何樹文 達(dá)世彩

（甘肅省張掖市農(nóng)業(yè)局 734000）

生物農(nóng)藥是指利用生物活體（真菌，細(xì)菌，昆蟲病毒，轉(zhuǎn)基因生物，天敵等）或其代謝產(chǎn)物（信息素，生長(zhǎng)素，萘乙酸，2，4-D等）針對(duì)農(nóng)業(yè)有害生物進(jìn)行殺滅或抑制的制劑。生物農(nóng)藥具有生產(chǎn)原料來(lái)源廣泛，對(duì)非靶標(biāo)生物安全、毒副作用小、對(duì)環(huán)境兼容性好等特點(diǎn)，已成為全球農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。近幾年，在高毒農(nóng)藥日益成為社會(huì)公眾關(guān)注的焦點(diǎn)、各方面要求禁用和淘汰高毒農(nóng)藥的環(huán)境下，隨著分子生物學(xué)技術(shù)、基因工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)工程、發(fā)酵工程、酶工程等高新技術(shù)的飛速發(fā)展，并逐步滲入到生物農(nóng)藥生產(chǎn)中，使得生物農(nóng)藥展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景和巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，其優(yōu)越特性（節(jié)能、環(huán)保、保護(hù)資源）比以往任何時(shí)候都受到世界各國(guó)政府的重視，成為各國(guó)生物技術(shù)研究機(jī)構(gòu)和公司研究的熱點(diǎn)。

1 國(guó)內(nèi)外全球發(fā)展現(xiàn)況

1.1 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)況

植物、動(dòng)物、微生物皆為生物農(nóng)藥的開發(fā)素材。微生物因?yàn)榉N類繁多，且其產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物更是多樣化，可具有抗蟲、抗病、除草、拮抗、誘導(dǎo)植物抗性、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)，甚至增加產(chǎn)量等各種功效，微生物資源便成為各界開發(fā)探索的目標(biāo)，目前微生物農(nóng)藥占生物農(nóng)藥總量的 90%。微生物種類中應(yīng)用最廣泛的為蘇力菌，2008年蘇力菌產(chǎn)品占全球微生物農(nóng)藥市場(chǎng)的53%，此外，已有多項(xiàng)細(xì)菌類、真菌類及病毒類產(chǎn)品上市。根據(jù)國(guó)際生物防治組織（International organization for Biological control，IOBC）于 2010年發(fā)表的報(bào)告，在美國(guó)及歐盟登記的微生物農(nóng)藥中用于抗病及殺蟲的產(chǎn)品種類較多，而具除草功能的產(chǎn)品較少。而唯一登記為殺細(xì)菌及真菌產(chǎn)品的枯草桿菌QST713（QST713）是 Agra Quest的產(chǎn)品的Serenade，可適用于葡萄、蔬菜、瓜類等作物，以防治白粉病、早疫病、細(xì)菌性斑點(diǎn)病等。Serenade有農(nóng)藥殘留檢測(cè)免除資格，并被列入美國(guó)有機(jī)資料審核協(xié)會(huì)清單中，可適用于有機(jī)農(nóng)業(yè)，且枯草桿菌QST713已列入歐盟農(nóng)化注冊(cè)指令附錄Ⅰ（AnnexⅠ），將于歐盟各國(guó)推行產(chǎn)品注冊(cè)。國(guó)際上細(xì)菌劑產(chǎn)品有來(lái)自農(nóng)桿菌、泛菌及嗜菌等；真菌劑方面真菌產(chǎn)品包含多項(xiàng)菌種，其中數(shù)量較多為木霉菌；殺蟲劑方面細(xì)菌類殺蟲劑有各種蘇力菌產(chǎn)品及其他芽孢桿菌，真菌類殺蟲劑有白僵菌、黑僵菌、酵母菌等；除草劑產(chǎn)品則有仙人掌桿菌、炭疽病菌、銹病菌等微生物菌種。

我國(guó)為化學(xué)農(nóng)藥的制造出口大國(guó)，而目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中生物農(nóng)藥的使用比列相當(dāng)?shù)?。雖然我國(guó)生物農(nóng)藥市場(chǎng)應(yīng)用處于起步階段，但卻是亞洲重要的蘇力菌產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)家。在農(nóng)業(yè)部登記的產(chǎn)品有效成分中發(fā)現(xiàn)，除了將蘇力菌開發(fā)為生物農(nóng)藥外，已自行開發(fā)了阿維菌素、三落松、苜蓿銀紋夜蛾核型多角軀病毒等，其中井岡霉素、阿維菌素、赤霉素、蘇云金桿菌（簡(jiǎn)稱Bt）4個(gè)品種已成為我國(guó)生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)中的拳頭產(chǎn)品和領(lǐng)軍品種，農(nóng)用鏈霉素、農(nóng)抗120、苦參堿、多抗霉素和中生菌素等產(chǎn)業(yè)化品種已成為我國(guó)生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)的中堅(jiān)力量，春雷霉素、滅瘟素、公主嶺霉素已成為實(shí)用化商品。

1.2 市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)況

美國(guó)市調(diào)公司BCCR esearch（2010）估計(jì)，全球農(nóng)藥市場(chǎng)2009年約428億美元，于2009年～2014年間將以年復(fù)合成長(zhǎng)率 3.6%的速度擴(kuò)大至 511億美元。雖然目前整個(gè)市場(chǎng)仍以化學(xué)農(nóng)藥為主，但因?yàn)榭共⌒?，農(nóng)藥殘留、人類與環(huán)境毒性等問(wèn)題的出現(xiàn)，生物農(nóng)藥帶來(lái)的好處受到重視，生物農(nóng)藥異軍突起于農(nóng)藥市場(chǎng)。生物農(nóng)藥占整個(gè)農(nóng)藥市場(chǎng)的比重由2000年的0.2%提高至2009年的3.7%，據(jù)BCCResearch(2010)估計(jì)，到 2014年生物農(nóng)藥占整個(gè)農(nóng)藥市場(chǎng)的比重將達(dá)到6.5%，而生物農(nóng)藥市場(chǎng)規(guī)模將由 2009年的 16億美元增加為2014年的的33億美元，年復(fù)合成長(zhǎng)率為15.6%，大幅高于化學(xué)農(nóng)藥的3%。在市場(chǎng)分析方面，該美國(guó)市調(diào)公司推測(cè)估算了2010年各地區(qū)生物農(nóng)藥市場(chǎng)比重，約為北美40%、歐洲25%、亞洲11%、拉丁美洲8%，大洋洲及非洲等地區(qū)約20%。整體來(lái)說(shuō)，歐美仍為市場(chǎng)的中心，其中又以美國(guó)為首。

1.3 推廣應(yīng)用現(xiàn)況

生物農(nóng)藥有乳油、水分散粒劑、可濕性粉劑和懸浮劑4種制劑，其中乳油為最常用的制劑類型，約占生物農(nóng)藥比重的60%，其次為水分散粒劑和可濕性粉劑。果樹作為生物農(nóng)藥的主要使用對(duì)象，年使用量占總生物農(nóng)藥量的55%，旱地和牧地年使用量占總生物量的29%，大田作物占16%。北美在大豆和玉米等大田作物種植過(guò)程中生物農(nóng)藥的使用空間已趨飽和，并在種植這些作物的土地上開始使用基因改良的種子。

按生物農(nóng)藥類型分析各類型所占市場(chǎng)比重，細(xì)菌類占74%、真菌類10%、病毒類占5%，其他類型生物農(nóng)藥占13%。細(xì)菌類中雖然蘇云金芽孢桿菌在生物農(nóng)藥市場(chǎng)中仍占主導(dǎo)地位，但在北美所占市場(chǎng)比重由1990年的90%下降至2007年的56.8%，主要由于是由于大量新的生物農(nóng)藥產(chǎn)品的出現(xiàn)占據(jù)了一部分市場(chǎng)份額。真菌類農(nóng)藥己經(jīng)開始被用作細(xì)菌類生物農(nóng)藥的補(bǔ)充。白僵屬真菌占總真菌類生物農(nóng)藥市場(chǎng)的60%，病毒類生物農(nóng)藥中核多角體病毒占60%，為病毒類生物農(nóng)藥的主導(dǎo)品種。

2 國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)及趨勢(shì)

2.1 細(xì)菌、病毒殺蟲劑

國(guó)內(nèi)外主要以蘇云金桿菌（Bt）為主。Bt殺蟲劑的研究在我國(guó)始于50年代，年產(chǎn)量約4萬(wàn)噸，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)產(chǎn)品的發(fā)酵和制劑水平仍存在相當(dāng)大的差距。國(guó)外生產(chǎn)已廣泛采用高效廣譜的工程菌株，發(fā)酵水平較高，發(fā)酵產(chǎn)品回收率高；劑型多樣，有粉劑、可濕性粉劑、懸浮劑、濃水劑、油乳劑、乳油、顆粒劑、片劑、ES（Emulsifiable suspension）、緩釋劑、生物包被劑等。而國(guó)內(nèi)大部分生產(chǎn)菌株為Bt蘇云金桿菌（Bt）k類型，產(chǎn)品劑型僅有可濕性粉劑、懸浮劑2種；液體發(fā)酵工藝主要采用批式發(fā)酵技術(shù)，后提取技術(shù)采用離心濃縮工藝，導(dǎo)致發(fā)酵液中增效因子等有效成分大量損失。此外，我國(guó)目前的噴霧干燥設(shè)備也制約了產(chǎn)品回收率的提高。采用基因工程技術(shù)構(gòu)建藥效穩(wěn)定，防治面較廣的Bt工程菌劑，是當(dāng)前Bt生物農(nóng)藥發(fā)展的新趨勢(shì)。

對(duì)目標(biāo)害蟲有持續(xù)控制效果的昆蟲病毒殺蟲劑的研究始于 70年代。上世紀(jì)棉鈴蟲的暴發(fā)，促進(jìn)了棉鈴蟲核型多角體病毒殺蟲劑的發(fā)展。我國(guó)登記注冊(cè)的 15個(gè)病毒殺蟲劑中有 12個(gè)是棉鈴蟲核型多角體病毒，可見(jiàn)目前我國(guó)昆蟲病毒殺蟲劑品種單一。

新型殺蟲微生物制劑：以葉甲類鞘翅目害蟲、甜菜夜蛾等鱗翅目害蟲為主要防治對(duì)象，進(jìn)行高效廣譜Bt制劑的研制和應(yīng)用研究。充分利用我國(guó)極其豐富的微生物資源，分離有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和重要應(yīng)用價(jià)值的新的抗蟲和抗病蛋白基因。通過(guò)殺蟲蛋白基因組合，分子進(jìn)化、不同結(jié)構(gòu)域中氨基酸定點(diǎn)誘變、融合、互換等分子設(shè)計(jì)手段進(jìn)一步提高殺蟲毒力，擴(kuò)大殺蟲譜。

2.2 抗生素農(nóng)藥

我國(guó)農(nóng)用抗生素占生物農(nóng)藥總產(chǎn)量的90%，但具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)實(shí)用化的新農(nóng)抗品種較少。20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)先后篩選報(bào)道了一些具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新農(nóng)抗品種，其中殺蟲抗生素有戒臺(tái)霉素，殺菌抗生素有寧南霉素等，但目前已實(shí)用化的品種僅寧南霉素一種。我國(guó)目前殺蟲、殺菌抗生素類農(nóng)藥29種，120個(gè)產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家約100個(gè)，年產(chǎn)制劑8萬(wàn)多噸，是生產(chǎn)農(nóng)用抗生素的大國(guó),但至今尚未創(chuàng)制出有影響力的新農(nóng)抗品種。從世界范圍看，20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)最有影響力的新的殺蟲抗生素Avermectin和除草抗生素Phthoxazollin，90年代發(fā)現(xiàn)最有影響力的新的殺蟲抗生素Spinosad和殺菌抗生素Strobilurin。其中Avermectin被美國(guó)默克等公司開發(fā)成目前世界上最好的產(chǎn)品，Phthoxazollin被作為先導(dǎo)化合物合成出目前最好的除草劑-草甘膦系列；Spinocad和Strobilurin正在開發(fā)中，有望成為世界上最好的生物殺蟲劑和殺菌劑。

近幾年來(lái)對(duì)海洋微生物、昆蟲病原細(xì)菌腸道微生物的研究獲得了一定進(jìn)展，這兩類特異生境的微生物能產(chǎn)生特異殺蟲或抑菌代謝物。結(jié)果表明，嗜線蟲致病桿菌北京變種產(chǎn)生的異香豆素衍生物對(duì)馬鈴薯晚疫病、番茄晚疫病、白粉病等有較好的控制作用。

2.3 新型植物激活蛋白

有關(guān)激發(fā)植物免疫抗病和增產(chǎn)作用的蛋白激活劑的研究，已引起國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注和重視。2000年由美國(guó)EDEN公司從細(xì)菌源過(guò)敏蛋白中開發(fā)出的康壯素（Messenger）農(nóng)藥產(chǎn)品，在美國(guó)獲得登記，被EPA列為免檢殘留的農(nóng)藥產(chǎn)品，準(zhǔn)許在所有作物上使用?，F(xiàn)已在美國(guó)、墨西哥等國(guó)的煙草、蔬菜和水果上廣泛應(yīng)用。2004年經(jīng)我國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥檢定所（ICAMA）審定通過(guò)，康壯素取得了農(nóng)藥臨時(shí)登記證，首批推薦在番茄、辣椒、煙草和油菜上使用。目前國(guó)內(nèi)正在研發(fā)的有Activator和HarpinXo，目前我國(guó)已成功分離和獲得了多個(gè)植物激活蛋白基因工程菌株。田間試驗(yàn)表明，激活蛋白農(nóng)藥對(duì)多種植物病毒病害防效可達(dá)70%，增產(chǎn)10%以上，2004年該成果已通過(guò)了農(nóng)業(yè)部成果鑒定，達(dá)到同類研究的國(guó)際先進(jìn)水平。

2.4 生物化學(xué)及新型激發(fā)子類農(nóng)藥

上個(gè)世紀(jì)80年代，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)來(lái)源于真菌及植物細(xì)胞壁的甲殼素等物質(zhì)能開啟植物中多種信號(hào)傳導(dǎo)途徑，作為一類全新的生物激發(fā)子生物化學(xué)農(nóng)藥的研發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用已引起國(guó)外科技界及國(guó)際跨國(guó)大公司的高度關(guān)注。中國(guó)具有豐富的寡糖等生物激發(fā)子的資源及研發(fā)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)高度重視，寡聚糖生物農(nóng)藥不但能十分有效地控制煙草花葉?。ǚ佬?2%）等多種農(nóng)作物及經(jīng)濟(jì)作物病害，同時(shí)可明顯提高產(chǎn)量10%～30%。最新昆蟲生化（消化）酶抑制劑研究表明：小分子蛋白和有機(jī)脂肪酸（透明質(zhì)酸）對(duì)昆蟲生化（消化）酶具有強(qiáng)烈的抑制作用導(dǎo)致昆蟲死亡，還具有兼抗線蟲、真菌、細(xì)菌和病毒的作用。

3 未來(lái)生物農(nóng)藥發(fā)展的展望

生物農(nóng)藥經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，逐步解決了自身存在的技術(shù)上的缺陷和應(yīng)用上的問(wèn)題，已經(jīng)逐漸形成規(guī)模，呈加速發(fā)展趨勢(shì)。利用生物農(nóng)藥不僅可以較好的對(duì)有害生物進(jìn)行生態(tài)治理，將其危害控制在經(jīng)濟(jì)許可的范圍內(nèi)，而且可以有效的保護(hù)有益生物的存在，維持良好的生態(tài)平衡以便更好的控制有害生物的危害，有效抑制有害生物抗性的增長(zhǎng)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，這已成為人們的共識(shí)。更為重要的是自覺(jué)有效的使用生物農(nóng)藥可以更好的保障人類食物的安全，實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

生物技術(shù)尤其是分子生物學(xué)和遺傳基因技術(shù)的飛速發(fā)展更好的為生物農(nóng)藥的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。未來(lái)生物農(nóng)藥的發(fā)展，以基因重組為核心的戰(zhàn)略高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新顯著加快，最新分子生物學(xué)手段越來(lái)越多地被應(yīng)用到生物農(nóng)藥研發(fā)中去，轉(zhuǎn)基因生物農(nóng)藥新品種不斷涌現(xiàn)；其研發(fā)和應(yīng)用向更安全和更環(huán)保方向發(fā)展；產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)已成為涉農(nóng)工業(yè)最具前景的發(fā)展領(lǐng)域。