李健 李美 高興祥 房鋒 董連紅

摘要：微生物除草劑因其資源豐富、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛關(guān)注。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外微生物除草劑發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展的限制因素進(jìn)行了綜述，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：雜草；生物防治；微生物除草劑；現(xiàn)狀

中圖分類號(hào)：S482.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2016）10-0149-04

農(nóng)田雜草嚴(yán)重威脅作物產(chǎn)量，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005和2006年我國(guó)受雜草危害的田地面積約在7 000萬(wàn)公頃左右，直接經(jīng)濟(jì)損失在1 000億元左右[1]?；瘜W(xué)除草劑的發(fā)現(xiàn)和大規(guī)模應(yīng)用，對(duì)于減輕雜草危害、釋放農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力、促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程起到了重要作用。迄今，化學(xué)除草劑已經(jīng)是使用量最大的農(nóng)藥類別，僅僅草甘膦的使用量就已占據(jù)近20%的全球農(nóng)藥市場(chǎng)，年銷售超過(guò)20億美元[2]?；瘜W(xué)除草劑仍是目前最有效的雜草防除方法，但隨著其持續(xù)大量使用，不僅加大了環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，也造成了抗性雜草種類、種群密度和發(fā)生面積的增加[3]，使得相應(yīng)除草劑的防治效果降低和使用量加大，從而步入一個(gè)惡性循環(huán)過(guò)程[4，5]。近年來(lái)，微生物除草劑因具有資源豐富、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，被人們廣泛關(guān)注，且已經(jīng)取得了一定成果。因此，研制環(huán)境友好型的微生物除草劑已經(jīng)變得越來(lái)越重要。

1國(guó)內(nèi)外微生物除草劑發(fā)展現(xiàn)狀

微生物除草劑是指一類直接以微生物個(gè)體為對(duì)象開(kāi)發(fā)制備的微生物制劑[6]。雜草生防微生物（主要為真菌）多采集于自然界，具有毒性低和長(zhǎng)效防治的特點(diǎn)，是開(kāi)發(fā)生物除草劑的重要來(lái)源。隨著對(duì)微生物源除草劑研究的不斷重視，越來(lái)越多的具有生防效果的微生物被開(kāi)發(fā)出來(lái)。截至目前，有近40個(gè)屬80多種真菌微生物已經(jīng)具備了被開(kāi)發(fā)為微生物除草劑的潛力[6]，其中真菌性生物除草劑主要集中在鐮孢菌屬（Fusarium）、鏈格孢菌屬（Alternaria）、尾孢霉屬（Cercospora）、盤孢菌屬（Colletotrichum）、疫霉屬（Phytophthora）、柄銹菌屬（Puccinia）、葉黑粉菌屬（Entyloma）、殼單孢菌屬（Ascochyta）和核盤菌屬（Sclerotinia）等[7]。細(xì)菌性生物除草劑主要集中在假單胞菌屬（Pseudomonas）、腸桿菌屬（Enterobacter）、黃桿菌屬（Flavobacterium）、檸檬酸細(xì)菌屬（Citromyces）、無(wú)色桿菌屬（Achranobacter）、產(chǎn)堿桿菌（Alcaligenes）和黃單胞桿菌（Xanthomonas）等[6-8]。2014年底，病毒除草劑也研制成功并在美國(guó)獲得注冊(cè)登記。但由于生產(chǎn)條件和成本、應(yīng)用效果和規(guī)模等因素的限制，目前細(xì)菌和病毒類除草劑的開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于真菌除草劑。

1.1國(guó)外微生物除草劑開(kāi)發(fā)與利用

從20世紀(jì)60年代起，國(guó)外就已經(jīng)開(kāi)始研究微生物除草劑[9]。Devine是第一個(gè)被注冊(cè)的真菌除草劑，該除草劑是一種棕櫚疫霉（Phytophthora palmivora Butler）制劑，1981年從美國(guó)佛羅里達(dá)州的柑橘園中分離得到，主要用來(lái)防治柑桔園莫倫藤（Morrenia odorata）[10-13]，最高防效可達(dá)95%。隨后，真菌制劑Collego獲得注冊(cè)登記，該菌劑是一種盤長(zhǎng)孢狀刺盤孢合萌?；停–olletotrichum gloeosporioides f. sp. aeschynomene），用于防除水稻和大豆田中的豆科雜草[11]。繼之，BioMal是由加拿大農(nóng)業(yè)調(diào)查研究所開(kāi)發(fā)，PhilomBioS公司于1992年商品化的一種盤長(zhǎng)孢狀刺盤孢錦葵?；停–olletotrichum gloeosporioides f.sp. malvae）干粉劑。該制劑用于防治圓葉錦葵（Malva pusilla）、苘麻（Abutilon theophrasti Medicus）等雜草[13，14]。微生物除草劑Biochon于1997年在荷蘭被登記注冊(cè)，該菌劑是利用銀葉菌（Chondrostereum purureum）防治野黑櫻（Prunus serotina）[15，16]。目前，國(guó)外已獲得專利保護(hù)或已登記注冊(cè)的微生物除草劑主要有羅得曼尼尾孢菌（Cercospora rodmanii）防除水葫蘆（Eichhornia crassipes）[17]、百日草鏈格孢（Alternaria zinniae）防治蒼耳（Xanthium occidentale）[18]、圓盤孢（C. orbiculare）防治刺蒼耳（X. spinosum）[19]、膠孢炭疽菌（Colletorichum spp.）防除菟絲子（Cuscutta spp.）[6]、膠孢炭疽菌田皂角轉(zhuǎn)化型（C. gloeosporioides f. sp. aeschynomene）防除弗吉尼亞田皂角（Aeschynomene virginica）和利用巨口莖點(diǎn)霉（Phoma macrostoma）防除草坪闊葉草等[18，20]。

1.2國(guó)內(nèi)微生物除草劑的開(kāi)發(fā)與利用

我國(guó)微生物除草劑的研究起步較早，在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)開(kāi)發(fā)出“魯保一號(hào)”菌劑，該菌劑是利用膠孢炭疽菌（C. gloeosporioides）防治菟絲子[21，22]。在20世紀(jì)80年代，新疆哈密植保站研制出“生防劑798”防治西瓜田列當(dāng)（Orobanche spp.）[23]。近些年來(lái)，在國(guó)家各級(jí)政府部門和科研機(jī)構(gòu)的高度重視下，我國(guó)在雜草生物防治方面取得了一系列成果，初步利用畫眉草彎孢霉（Curvularia eragrostidis）和厚垣孢鐮刀菌（Fusarium chlamydosporum）防治馬唐（Digitaria sanguinalis）[24]；利用新月彎孢霉（C. lunata）、禾長(zhǎng)蠕孢菌（Helminthosporium gramineum）和露濕漆斑菌（Myrothecium roridum）防治稗草（Echinochloa crusgalli）[25]；空心蓮子草假隔鏈格孢菌（Nimbya alternantherae）防治空心蓮子草（Alternanthera philoxeroides）[26]；利用膠孢炭疽菌婆婆納專化型（C. gloeosporioides Penz. f. sp. veronica）防治波斯婆婆納（Veronica persica）[27]和利用齊整小核菌（Sclerotium rolfsii）防治加拿大一枝黃花（Solidago canadensis）等方面均取得了一定成果[6]。

2微生物除草劑發(fā)展的限制因素

近20年來(lái)，美國(guó)、加拿大和日本等國(guó)家專利局公布的關(guān)于生物除草劑的專利已經(jīng)分別達(dá)到了90多個(gè)、17個(gè)和8個(gè)，但截至目前全球范圍內(nèi)僅有20多個(gè)生物除草劑產(chǎn)品登記。這是因?yàn)閷＠碗s草生防菌雖然初步具備了被開(kāi)發(fā)為生防制劑的潛力，但是否具備開(kāi)發(fā)價(jià)值并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)為除草劑登記產(chǎn)品還受諸多因素限制。微生物除草劑在其研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中還存在一些問(wèn)題和困難，阻礙其商品化進(jìn)程。

2.1易受周圍環(huán)境影響

微生物除草劑是以活體微生物體來(lái)發(fā)揮作用。侵染環(huán)境中的溫度和濕度等都是限制雜草生防真菌發(fā)揮治病效果的重要因素，而多數(shù)生防真菌的侵染循環(huán)過(guò)程對(duì)環(huán)境濕度的要求都較高[28]。因此，濕度對(duì)真菌致病力發(fā)揮的影響較大。例如利用尖角突臍孢（Exserohilum monoceras）防治稗草[29]、利用蕉斑鐮刀菌（F. stoveri）防治水花生[30]的過(guò)程都需要一定時(shí)間的保濕過(guò)程；在90%濕度條件下，厚垣孢鐮刀菌（F. chlamydosporum）對(duì)馬唐的鮮重防效達(dá)到90.2%，而當(dāng)濕度降低到40%時(shí)，其鮮重防效僅為51.5%[31]。

2.2菌種致病力退化

真菌除草劑在連續(xù)培養(yǎng)過(guò)程中易發(fā)生菌種致病力退化，是困擾其進(jìn)一步應(yīng)用的另一個(gè)重要因素。例如我國(guó)第一個(gè)大規(guī)模推廣的雜草生防菌劑“魯保一號(hào)”，在20世紀(jì)60年代中、后期，曾在山東、江蘇、安徽、寧夏等20多個(gè)省、區(qū)生產(chǎn)和應(yīng)用。但是，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的人工培養(yǎng)和保藏，“魯保一號(hào)”菌種孢子多核化現(xiàn)象增多，菌劑對(duì)大豆菟絲子的致病力降低，甚至喪失生產(chǎn)和應(yīng)用價(jià)值。菌種的嚴(yán)重退化使“魯保一號(hào)”的生產(chǎn)、應(yīng)用很快陷入困境，幾乎瀕于消亡的邊緣[32]。

2.3寄主單一

微生物除草劑對(duì)目標(biāo)雜草有較強(qiáng)的選擇性。但在一個(gè)復(fù)雜的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中雜草群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜，微生物除草劑相對(duì)于化學(xué)除草劑來(lái)說(shuō)，由于其寄主的單一性，往往很難具有廣譜的除草效果，因此很難達(dá)到理想的除草目的，因而，其推廣必然會(huì)受到限制[9，33]。

3我國(guó)微生物除草劑的發(fā)展展望

我國(guó)農(nóng)業(yè)部在2015年3月發(fā)布了《到2020年農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，就如何提高農(nóng)藥利用效率、減少農(nóng)藥總使用量、改善我國(guó)土壤環(huán)境問(wèn)題等方面提出了具體要求。與傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥相比，微生物源農(nóng)藥在環(huán)境相容性和安全性上是化學(xué)除草劑所不可比擬的，因此微生物源農(nóng)藥的開(kāi)發(fā)顯得十分迫切[34-36]。

雖然我國(guó)近十年來(lái)在雜草生物防治方面已經(jīng)取得了一定成果，獲得了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利保護(hù)菌株，但是在雜草生防菌制劑化和商品化過(guò)程中仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家。我國(guó)生物資源豐富，物種多樣，環(huán)境條件差異大，這些都預(yù)示著自然田野中有大量有待發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)的潛力生防菌株。這也要求我國(guó)科研工作者應(yīng)以當(dāng)前農(nóng)藥減量為導(dǎo)向，大量收集并開(kāi)發(fā)可用于雜草防治的微生物制劑。

參考文獻(xiàn)：

[1]張朝賢， 李香菊. 雜草學(xué)學(xué)科發(fā)展[M]//2007-2008植物保護(hù)學(xué)學(xué)科發(fā)展報(bào)告. 北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社， 2008： 75-86.

[2]Prado J R， Segers G， Voelker T， et al. Genetically engineered crops： from idea to product[J]. Annual Review of Plant Biology， 2014， 65： 769-790.

[3]Heap I. International survey of herbicide resistant weeds[R/OL].http：//www.weedscience.com （Feb 21， 2016）.

[4]Green J M. Current state of herbicides in herbicide-resistant crops [J]. Pesticide Management Science， 2014， 70（9）： 1351-1357.

[5]Czaja K， Góralczyk K， Struciński P， et al. Biopesticides-towards increased consumer safety in the European Union [J]. Pesticide Management Science， 2015， 71（1）： 3-6.

[6]陳世國(guó)， 強(qiáng)勝. 生物除草劑研究與開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)生物防治學(xué)報(bào)， 2015， 31（5）： 770-779.

[7]馬娟， 董金皋. 微生物除草劑與生物安全[J]. 植物保護(hù)， 2006， 32（1）： 9-12.

[8]王利， 朱朝華. 生物除草劑研究進(jìn)展[J]. 廣西熱帶農(nóng)業(yè)， 2008（1）：15-17.

[9]仉歡， 王開(kāi)運(yùn).微生物除草劑研究進(jìn)展[J].雜草科學(xué)， 2010（2）：1-8.

[10]Kenney D S. DeVine-the way it was developed-an industrialists view [J]. Weed Science. 1986， 34（Suppl.1）： 15-16.

[11]Ridings W H. Biological control of strangervine（Morrenia odorata Lindl.） in citrus-a researchers view[J]. Weed Science， 1986， 34：31-32.

[12]Smith R J. Biological controls as components of integrated weed management for rice in the United States[M]. ASPAC， Food & Fertilizer Technology Center， 1993.

[13]楊恒友， 劉杰， 張劍. 微生物除草劑研究發(fā)展及開(kāi)發(fā)展望[J]. 中國(guó)植保導(dǎo)刊， 2010， 30（7）： 14-17.

[14]Mortensen E K. The potential of an endemic fungus，Collelotrichum gloeosporioide f.sp. malvae for biological control of round-leaved mallow（Malvapusilla） and velvetleaf （Abutilon theophrastis） [J].Weed Science， 1988， 36：473-478.

[15]De Jone M D， Seheepens P C， Zadoks J C. Risk analysis for biological control： a Dutch case study in biocontrol of Prunus serotinaby the fungus， Chondrostereum purpureum[J]. Plant Dis.， 1990， 74： 189-194.

[16]強(qiáng)勝. 生物除草劑的最新研究進(jìn)展[J]. 雜草科學(xué)， 1997（4）：9-10.

[17]Mcrac C F.Role of codinal matrix of Colletotrichum orbicularein pathogenesis of Xanthium spinosurm [J]. Mycological Research， 1990， 94：890-896.

[18]強(qiáng)勝. 生物除草劑研究的歷史、現(xiàn)狀及展望[C]//植物保護(hù)21世紀(jì)展望暨第三屆全國(guó)青年植物保護(hù)科技工作者學(xué)術(shù)研討會(huì)文集，1998.

[19]陳曼芳. 玉米蛋白粉、魚粉及其水解多肽萌前除草活性的研究[D]. 南京： 南京林業(yè)大學(xué)， 2007.

[20]李海濤. 寄生疫霉菌作為微生物除草劑防除麥瓶草潛力的研究[D]. 泰安： 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2005.

[21]劉志海， 朱全讓. 魯保一號(hào)菌[M]. 濟(jì)南： 山東科技出版社， 1980.

[22]林冠倫. 我國(guó)雜草防治的一些情況[J]. 生物防治通報(bào)， 1985， 1（2）： 51-52.

[23]王之越，朱廠翼，馬德成，等.應(yīng)用鐮刀菌防治瓜列當(dāng)[J]. 生物防治通報(bào)， 1985， 3（3）： 35-38.

[24]Zhu Y Z，Qiang S. Isolation，pathogenicity and pafety of Curvulariaeragrostidis isolate QZ -2000 as a bioherbicide agent for large crabgrass （Digitaria sanguinalis）[J]. Biocontrol Science and Technology， 2004， 14： 769-782.

[25]韋韜，李靜，倪漢文.稗草生防菌新月彎孢菌株J15（2）的生物學(xué)特性[J].中國(guó)生物防治，2009， 25 （1）： 54-59.

[26]聶亞鋒， 陳志誼， 劉永鋒， 等. 假隔鏈格孢SF-193的產(chǎn)孢特性及其分生孢子對(duì)空心蓮子草的致病力[J].中國(guó)生物防治， 2009， 25（3）：260-266.

[27]朱秦. 膠孢炭疽菌作為防除波斯婆婆納的生物除草劑產(chǎn)業(yè)化相關(guān)技術(shù)的研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2003.

[28]李新，謝明，譚萬(wàn)忠，等.雜草生防真菌的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)生物防治， 2009， 25（1）： 83-88.

[29]陳勇，倪漢文，萬(wàn)方浩，等.稗草致病菌——尖角突臍孢菌的生物學(xué)特性[J].中國(guó)生物防治， 2004， 20（4）： 264- 268.

[30]鄭燕梅，王源超，喬廣行，等.水花生病原真菌的篩選與生防潛力的研究[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006， 29（2）： 57- 60.

[31]李健，李美，高興祥，等. 馬唐生防真菌ZC201301的篩選及其致病力測(cè)定[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2015， 47（6）： 93-96.

[32]高昭遠(yuǎn). “魯保一號(hào)菌S22變異株”研究成果通過(guò)鑒定[J]. 生物防治通報(bào)， 1988（1）： 5.

[33]Auld B A， Morin L.Constraint sin the development of bioherbicides[J].Weed Technology， 1995， 9：638-652.

[34]劉順字， 曹永軍. 微生物源農(nóng)藥應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2015， 44（5）： 22-25， 30.

[35]Ash G J. The science， art and business of successful bioherbicides[J]. Biological Control， 2010， 52（3）： 230-240.

[36]強(qiáng)勝， 宋小玲， 戴偉民. 抗除草劑轉(zhuǎn)基因作物面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)及其發(fā)展策略[J]. 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào)， 2010， 18（1）： 114-125.