我國微生物源農(nóng)藥研究概述

胡青平，展 陽，周學永

（山西師范大學 生命科學學院，山西 太原 030031）

農(nóng)藥是農(nóng)業(yè)林業(yè)種植過程中不可或缺的重要材料?，F(xiàn)如今隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，化學農(nóng)藥逐漸暴露出自己的短板，因此生物農(nóng)藥在農(nóng)藥中所占的比重越來越大。微生物源農(nóng)藥是生物農(nóng)藥中的主要類型之一，其是利用微生物自身或產(chǎn)生的活性成分對害蟲、雜草等農(nóng)業(yè)上有害的生物因素進行殺滅。微生物源農(nóng)藥對人畜安全而對作物害蟲或病原菌才有殺滅或抑制作用，是現(xiàn)階段公認的無公害農(nóng)藥[1]。細菌類微生物源農(nóng)藥是目前應用最廣泛、發(fā)展最快的微生物源農(nóng)藥，具有對環(huán)境危害較小，具有靶向性，對人體健康危害小等優(yōu)點[2]。本文將從微生物源農(nóng)藥常用的菌種類型、微生物源農(nóng)藥劑型和微生物源農(nóng)藥在現(xiàn)實應用中所面臨的一些問題等方面對微生物源農(nóng)藥的研究進展進行系統(tǒng)概述，為微生物源農(nóng)藥產(chǎn)品的開發(fā)和進一步有效應用提供參考借鑒。

1 微生物源農(nóng)藥的常用菌種

1.1 細菌類

1.1.1 芽胞桿菌

目前常用于微生物源農(nóng)藥的芽胞桿菌有蘇云金芽胞桿菌（Bacillus thuringiensis，Bt）、枯草芽胞桿菌（Bacillus subtilis），解淀粉芽胞桿菌（Bacillus amyloliquefaciens），日本金龜子芽胞桿菌（Bacillus popilliae）等 4 種，其均為革蘭氏陽性菌，對人畜無害，不污染環(huán)境，是一種理想的農(nóng)業(yè)病害生物防治微生物[3]。其中，蘇云金芽胞桿菌可產(chǎn)生伴胞晶體，其相關產(chǎn)品殺蟲作用高效，尤其是晶體殺蟲蛋白復合物作為一種化學殺蟲劑廣泛應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中；枯草芽胞桿菌可通過降低水稻、花生、小麥等作物病害、增加作物的抗逆能力以及克服作物連作障礙等3個方面提高作物的抗逆能力，但登記在冊用于防治的產(chǎn)品較少；解淀粉芽胞桿菌與枯草芽胞桿菌親緣度很高，能夠產(chǎn)生多種抑制植物病原菌的酶類活性物質，同時解淀粉芽胞桿菌又是一種植物根際促生菌，產(chǎn)生吲哚乙酸（IAA）等生長素，以促進植物細胞的生長[4]；日本金龜子芽胞桿菌專性寄生金龜子幼蟲，主要對日本豆金龜和歐洲金龜子有宿主特異性，其他與之有親緣關系的金龜子也會感染。目前，關于日本金龜子芽胞桿菌的農(nóng)藥研究較少，其毒力也比正常生長的芽胞桿菌毒力低得多。

據(jù)2022年1月的中國農(nóng)藥信息網(wǎng)顯示，以蘇云金芽胞桿菌為有效成分登記的農(nóng)藥產(chǎn)品249個，主要用作殺蟲劑，少量用作除菌劑。以枯草芽胞桿菌為有效成分的產(chǎn)品共93個，用作殺菌劑，且絕大多數(shù)為可濕性粉劑。以解淀粉芽胞桿菌為主要成分的農(nóng)藥產(chǎn)品12個，也主要應用于殺菌劑。而以日本金龜子芽胞桿菌制劑僅有2家美國公司生產(chǎn)和出售[5]。

1.1.2 鏈霉菌

目前研究較多應用較廣的是阿維菌素鏈霉菌（Streptomyces avermitilis），革蘭氏陽性菌，其產(chǎn)生的阿維菌素（AVM）是一種具有殺蟲、殺螨、殺線蟲活性的十六元大環(huán)內酯化合物，而農(nóng)業(yè)上對阿維菌素鏈霉菌的應用也主要集中在對其產(chǎn)物阿維菌素上的應用。阿維菌素鏈霉菌最初由日本學者大村智和美國默克公司研究組在日本靜岡土壤中發(fā)現(xiàn)并分離，經(jīng)鑒定其為一個新種，并且發(fā)現(xiàn)其發(fā)酵液對動物寄生蟲及多種農(nóng)業(yè)害蟲有極強的消滅效果[6]。據(jù)2022年1月的中國農(nóng)藥信息網(wǎng)顯示，以阿維菌素為主要成分的農(nóng)藥共3 013個，且主要為殺蟲劑，其他類型還有殺線蟲劑，殺菌劑及殺螨劑，且包括水乳劑、水分散粒劑、乳油等多種劑型。

1.1.3 假單胞菌

目前研究較多應用較廣的是熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens），革蘭氏陰性菌，化能異養(yǎng)，植物根際促生菌（PGPR）[7]，該菌類可以在根際土壤中大量繁殖，對多種植物致病菌類及線蟲具有強烈的抑制與拮抗作用，抑制病害發(fā)生。在農(nóng)業(yè)中，該菌類還可作為重要的解鉀菌和解磷菌，提高土壤中的元素利用率。據(jù)2022年1月的中國農(nóng)藥信息網(wǎng)顯示，以熒光假單胞菌為有效成分的農(nóng)藥產(chǎn)品共7個，主要用作殺菌劑。

1.2 真菌類

1.2.1 木霉

木霉以拮抗、重寄生、競爭等作用及分泌抗生素等方式控制病原微生物的侵染和病害的發(fā)生。目前主要集中在哈茨木莓、綠色木霉、深綠木霉等菌種，可拮抗18屬29種病原微生物引起的農(nóng)林病害，并促進植物生長，是一種非常重要的生物防治菌劑[8]。據(jù)2022年1月的中國農(nóng)藥信息網(wǎng)可知，目前在售的以木霉菌有效成分為主的農(nóng)藥共22個，用作殺菌劑，主要劑型為可濕性粉劑。

1.2.2 白僵菌

白僵菌（Beauveria bassiana），是一種子囊菌類的蟲生真菌，主要包括球孢白僵菌和布氏白僵菌等，是寄主范圍廣，致病力強，環(huán)境適應性強的昆蟲病原真菌，白僵菌殺蟲劑廣泛應用于松樹等重要林業(yè)害蟲的防治中，是目前林業(yè)最廣泛的生物殺蟲劑之一[9]。據(jù)2022年1月的中國農(nóng)藥信息網(wǎng)顯示，目前在售以白僵菌為主要成分的微生物源農(nóng)藥共20個，用作殺蟲劑，包括可分散油懸浮劑、母藥、可濕性粉劑等多種劑型。

1.2.3 綠僵菌

綠僵菌（Metarhiziun spp.）為昆蟲病原真菌。Sorokin正式將第一種綠僵菌命名為金龜子綠僵菌，開始了綠僵菌作為昆蟲病原菌與生物農(nóng)藥的研究[10]。據(jù)2022年1月的中國農(nóng)藥信息網(wǎng)顯示，目前在售的以綠僵菌為主要成分的農(nóng)藥共17個，主要用作殺蟲劑。

1.3 病毒類

1.3.1 核型多角體病毒

核型多角體病毒是一類專性昆蟲病毒，其加工所得農(nóng)藥產(chǎn)品可作病毒殺蟲劑使用。形態(tài)不等，對人、畜、魚、昆蟲天敵等無害[11]。據(jù)2022年1月的中國農(nóng)藥信息網(wǎng)顯示，目前在售核型多角體病毒為有效成分的農(nóng)藥64個，用作殺蟲劑，劑型主要為懸浮劑。

1.3.2 蘋果蠹蛾顆粒體病毒

蘋果蠹蛾（Cydia pomonella L.），屬鱗翅目卷蛾科小卷蛾亞科，雜食性鉆蛀害蟲，在世界范圍內廣泛分布，主要危害石榴、蘋果、梨樹等[12]。對蘋果蠹蛾毒性作用最好的病原物是蘋果蠹蛾顆粒體病毒，其毒力極強，能引起昆蟲液化，并造成其體壁的破裂，從而殺死昆蟲，目前并無在售產(chǎn)品。

2 微生物源農(nóng)藥的常見劑型

2.1 固體制劑

2.1.1 可濕性粉劑

指有效成分在水中分散成懸浮液的粉狀制劑，也是微生物源農(nóng)藥應用的主要劑型之一，成本較低，也是制作一些其他劑型的基礎，一般先將所需成分濃縮后干燥，制成微生物源農(nóng)藥原藥，再加工為試劑。目前應用領域主要為殺蟲劑及殺菌劑，植物生長調節(jié)劑極少，正在研究的可濕性粉劑類微生物源農(nóng)藥包括解淀粉芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、球孢白僵菌、熒光假單胞菌等。

2.1.2 水分散粒劑

其是固體制劑中可分散固體制劑分類中的一種，可在水中崩解，有效成分分散成懸浮液，具有混合性好、儲存時間長、有效成分含量高、粉塵少和懸浮性高等優(yōu)點[13]，常用領域包括殺蟲劑、殺菌劑以及除草劑等，目前該劑型的微生物研究包括木霉、綠僵菌、蘇云金芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌等。

2.1.3 顆粒劑

指具有一定粒徑范圍的可自由流動含有效成分的粒狀制劑，可直接溶解施用，也可直接填埋在土壤里，或放入植物葉中使用，溶解及吸收速率較快。在我國常用于殺蟲劑、除菌劑、除草劑以及殺線蟲劑，目前國內研究該劑型的微生物主要有芽孢桿菌類和粘質沙雷氏菌。

2.2 液體制劑

2.2.1 懸浮劑

指有效成分以固體微粒分散在水中成穩(wěn)定的懸浮液體制劑，一般與水混合，用水稀釋使用，不受水質和水溫影響，使用方便，不易污染環(huán)境，成本較低，藥效較高且更持久。目前國內對其微生物源農(nóng)藥研究主要領域為殺蟲劑及殺菌劑，少部分為除草劑，微生物類型包括蘇云金芽孢桿菌、阿維菌素鏈霉菌等[14]。

2.2.2 油懸浮劑

指有效成分以固體微粒分散在液體中成穩(wěn)定的懸浮液體制劑，一般用有機溶劑稀釋后使用。油懸浮劑滲透性強，黏性強，抗蒸發(fā)及沖刷，目前國內油懸浮劑的研究主要為除草劑、殺蟲劑，殺菌劑極少，主要研究的微生物有金龜子綠僵菌、木霉菌等[15]。

2.2.3 可分散油懸浮劑

指有效成分以固體微粒分散在非水介質中成穩(wěn)定的懸浮液體制劑，一般用水稀釋后使用，具有原藥適應性廣、藥效持久，高效，安全性強，加工簡單等特點[15]，目前該劑型常用作除草劑，極少部分殺蟲劑及殺菌劑，主要研究的微生物包括綠僵菌、白僵菌、阿維菌素鏈霉菌等。

2.3 種子處理制劑

目前只有懸浮劑，是指直接或稀釋用于種子處理含有效成分、穩(wěn)定的懸浮液體制劑。種子處理劑產(chǎn)品可殺滅地下和作物苗期害蟲，防治苗期病害和系統(tǒng)性病害，提高種子發(fā)芽率[16]。目前其在我國主要用作殺蟲劑、殺菌劑、植物生長調節(jié)劑等，主要研究的微生物有阿維菌素鏈霉菌等。

2.4 新型納米劑型

生物科學的進步總是伴隨著科學的發(fā)展，隨著人們對納米材料的不斷深入了解，新型微生物源農(nóng)藥——納米微生物劑型產(chǎn)生，該劑型將納米材料及納米技術運用到微生物源農(nóng)藥領域。目前，其研究主要集中在納米材料的選擇、制備及應用效果等方面，向雪梅[17]利用的納米材料為水鈉錳礦，制備了蘇云金芽孢桿菌原粉復合物，并對其應用效果進行了研究，發(fā)現(xiàn)納米水鈉錳礦可以較好地保護蘇云金芽孢桿菌的殺蟲活性物質，防止其受到紫外照射所引起的損傷；李瀾等[18]利用納米Mg（OH）2負載Bt殺蟲晶體（BtCry）后，能有效降低紫外線輻射對其蛋白質結構的破壞，提高伴孢晶體的殺蟲活性；潘曉鴻等[19]將納米氫氧化鎂（MHNPs）與BtCry蛋白進行負載，提高了BtCry的生物活性；李梓泳等[20]和蘇少純等[21]分別利用玉米醇溶蛋白和硅烷化聚琥珀酰亞胺負載微生物源農(nóng)藥AVM，提高了AVM的葉面滯留量以及抗紫外性能，有效減少農(nóng)藥流失；陳培榮等[22]發(fā)現(xiàn)一定質量分數(shù)的納米ZnO對油懸浮型白僵菌孢子具有較好的紫外保護機制，但其會對孢子產(chǎn)生抑制作用，使白僵菌孢子的萌發(fā)率降低。總之，納米材料對微生物源農(nóng)藥的影響主要集中在其可控釋、可防UV、提高生物活性、減少農(nóng)藥使用量等特點，可有效緩解微生物源農(nóng)藥單獨使用帶來的一些問題。隨著生物源農(nóng)藥加工技術的發(fā)展，該劑型在世界范圍內的研究浪潮逐步興起并將會越來越火熱。

2.5 其他劑型

目前，還有餌劑、粉劑、水分散片劑、條劑等其他劑型相繼也有不同程度的研究和應用[23]。餌劑含有效成分，可引誘靶標有害生物取食直接使用，我國對該類劑型的使用包括衛(wèi)生殺蟲劑及殺鼠劑，正在研究的微生物包括阿維菌素鏈霉菌及綠僵菌等；粉劑是含有效成分的自由流動粉狀制劑，具有使用方便、藥粒細、較能均勻分布、散布效率高、節(jié)省勞動力和加工費用較低的優(yōu)點，目前在我國農(nóng)藥市場應用并不廣泛；水分散片劑可在水中崩解，從而使有效成分分散成懸浮液的片狀，國內目前上市的有2種，但并無微生物源農(nóng)藥類型；條劑是指含有效成分的條狀或棒狀制劑，目前也還未見農(nóng)藥類型方面的應用。

3 微生物源農(nóng)藥面臨的問題

我國微生物源農(nóng)藥研發(fā)起步較晚，目前仍處于起步階段，技術尚未完全成熟，在農(nóng)藥施用過程中仍面臨著居多問題[24-25]，包括微生物源農(nóng)藥混用增效及延緩害蟲抗藥性的機制尚不明確；微生物源農(nóng)藥生效緩慢，周期較長，且對環(huán)境適應能力弱；微生物源農(nóng)藥持效期較短，防效不穩(wěn)定；微生物源農(nóng)藥效果受環(huán)境及溫度影響較大；微生物源農(nóng)藥劑型較少，且一些微生物源農(nóng)藥噴施后存在顆粒無法溶解的問題，噴施技術需改進；一些微生物源農(nóng)藥單一抗菌成分收率低，純化工藝復雜，無法滿足農(nóng)業(yè)需求，需要與某些菌種或化學農(nóng)藥混用；微生物源農(nóng)藥專一性較強，殺蟲譜較窄，應用領域窄；微生物優(yōu)劣性判別能力與方法仍需進一步探索，缺乏高效菌株?？傊?，仍需不斷研究，來減少甚至消除這些問題對微生物源農(nóng)藥帶來的負面影響。

4 結束語

微生物源農(nóng)藥由于其專一性及對人體毒性小或無毒等特點，吸引了越來越多的研究者。隨著生物技術的快速發(fā)展，可利用基因工程等技術對菌株進行改造，以獲得持效性長、毒力強的菌株，也可以利用納米材料的特點，實現(xiàn)微生物源農(nóng)藥延長持效期、控釋等功能，還可研究微生物源農(nóng)藥助劑，有效保護微生物源農(nóng)藥的有效成分，提升微生物源農(nóng)藥產(chǎn)品的性能[26-27]。總之，利用現(xiàn)代化技術，制作更有效、更實用的微生物源農(nóng)藥制劑，將對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展有著極為重要的意義。