胡武澤

（安徽省行知學校，安徽黃山 245200）

因生態(tài)環(huán)境惡化、水資源下降、人口持續(xù)增長等問題，農(nóng)業(yè)第二次綠色革命在全世界范圍內(nèi)掀起，其要求種植高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高抗性農(nóng)作物的同時，也要利用低毒害、無毒害的生物技術(shù)及生物農(nóng)藥抑制農(nóng)作物病蟲害，提升農(nóng)作物產(chǎn)量，提高植物保護效果與生態(tài)性。因此，鑒于生物農(nóng)藥、生物技術(shù)在植保方面的重大意義，應(yīng)全面了解具體應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展需要展望技術(shù)未來發(fā)展，及時解決技術(shù)缺陷。

1 生物農(nóng)藥在植保中的應(yīng)用與展望

1.1 生物農(nóng)藥的應(yīng)用

化學農(nóng)藥在植保中造成的成分殘留問題，導(dǎo)致食品安全問題頻發(fā)，并加重環(huán)境污染，滋生抗病原物體，其中因諸多病原物對化學農(nóng)藥產(chǎn)生抗體，導(dǎo)致藥物免疫力增強，降低化學農(nóng)藥使用效果，無法發(fā)揮抗病蟲害作用。因此，在農(nóng)業(yè)第二次綠色革命中，提出將農(nóng)藥轉(zhuǎn)化為生物農(nóng)藥，降低其有毒有害性，安全、環(huán)保、有效地開展植物保護。通過生物農(nóng)藥加強對病蟲害的防治，為農(nóng)作物的生長創(chuàng)造更安全的環(huán)境，如利用微生物農(nóng)藥技術(shù)，直接作用于宿主，避免病蟲害產(chǎn)生抗體，從而在保護植物的同時，增加農(nóng)作物產(chǎn)量[1]。此外，生物農(nóng)藥毒害性降低，對周圍環(huán)境的影響有所下降，能夠維系生物生存環(huán)境的健康、穩(wěn)定。目前，據(jù)國內(nèi)外研究報道顯示，生物農(nóng)藥在抑制真菌、細菌、病毒以及線蟲防治方面均有著顯著效果，按照生物農(nóng)藥的性質(zhì)與范疇進行化分，可分為昆蟲病毒、細菌農(nóng)藥、真菌農(nóng)藥、天敵、轉(zhuǎn)基因生物5 類。

1.1.1 昆蟲病毒。生物制劑研究過程中主要將顆粒病毒、多角病毒作為研究契機，從1980 年至今多角病毒被反復(fù)應(yīng)用于棉鈴蟲、油桐尺蠖、菜粉蝶、斜紋夜蛾等害蟲防治當中，進行大量試驗后，確定其有著顯著效果。安徽省農(nóng)科院植保所也通過茶蠶顆粒體病毒以及茶小卷葉蛾顆粒體病毒對茶樹蟲害展開了有效防治；武漢大學研發(fā)出一種由小菜蛾病毒與Bt 復(fù)合而成的病毒微生物復(fù)合殺蟲劑，已在我國取得專利，該生物農(nóng)藥對小菜蛾防治率可達76%～92.5%，效果十分理想[2]。但昆蟲病毒的缺陷也十分突出，由于技術(shù)水平有限，目前殺蟲譜相對單一，適用范圍小，價格昂貴，不利于農(nóng)民接受，無法在我國大范圍推廣，且存在病毒侵染時間長、病毒毒力不穩(wěn)定等問題。

1.1.2 真菌農(nóng)藥。真菌農(nóng)藥主要應(yīng)用于植物的病蟲害防治，經(jīng)過大量研究證實效果顯著，對推動農(nóng)業(yè)發(fā)展有著重大價值。其主要種類有白僵菌、多毛菌、擬青霉菌、蟲生藻菌等，其中白僵菌的適用范圍最廣，使用頻率最高。在1960 年被發(fā)現(xiàn)，從最初的病害防控試驗，逐漸發(fā)現(xiàn)白僵菌在作用松毛蟲、玉米螟等害蟲方面有著顯著效果，且具備生物農(nóng)藥的優(yōu)勢，無毒害性，但效果不穩(wěn)、抗逆性差等問題也客觀存在。因此，目前并未在植保中廣泛推廣使用白僵菌，研究領(lǐng)域也在不斷通過技術(shù)手段優(yōu)化改造白僵菌內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過克隆桿菌酶基因、真菌孢子基因，不斷提高白僵菌的殺蟲效果與殺蟲效率。此外，目前處理直接利用昆蟲病原真菌作為殺蟲劑以外，生物防治研究中也開始探索利用殺蟲活性代謝產(chǎn)物防治昆蟲病原[3]。

1.1.3 細菌農(nóng)藥。細菌農(nóng)藥中以金芽菌制劑最具代表性，經(jīng)實踐發(fā)現(xiàn)，其在松毛蟲、馬鈴薯蟲、菜青蟲、棉鈴蟲等蟲害防治中具有顯著效果，其成分中的蛋白基因是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最寬滅蟲基因，能夠分離出兩類殺蟲蛋白基因，即Cyt、Cry。我國在20 世紀末首次克隆出抗蟲蛋白基因，目前已經(jīng)完成210 余種抗蟲蛋白基因克隆，在全國多個地區(qū)的植保中均發(fā)揮出顯著的作用，并在中國農(nóng)業(yè)科學院植保所等單位的聯(lián)合下，已成功構(gòu)建起成熟的Bt 功能基因研究平臺，可對Bt 資源進行鑒定，并克隆出多個晶體蛋白基因，也開發(fā)了Bt 生物工程菌。其中與安徽省農(nóng)業(yè)科學院植保所合作研究的Bt 工程菌防治地下害蟲蠐螬已進入中間試驗階段，待條件適宜下將進一步開展環(huán)境釋放試驗[4]。

1.1.4 天敵。我國天敵防治害蟲具有3000 多年的悠久歷史，早在《詩經(jīng)》中就對天敵防治害蟲有所記載，而在我國不斷深入發(fā)展微生物技術(shù)的過程中，天敵農(nóng)藥的研發(fā)一直被列為重點，目前我國已經(jīng)登記生產(chǎn)的Bt 殺蟲劑已有近百家企業(yè)，并成功利用木霉菌真菌制劑防治蔬菜灰霉病，并從Bt 資源中提取出CryAc10 以及CrylBb3等蛋白基因，提取出在抗病蟲害中效果更為顯著的蘇云金芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌等菌株。

1.1.5 轉(zhuǎn)基因生物。轉(zhuǎn)基因生物通過rDNA 技術(shù)將外源目的基因轉(zhuǎn)移到生物體內(nèi)進行表達，是國內(nèi)外近年來生物農(nóng)藥研究的重點。國外通過轉(zhuǎn)基因生物在病蟲害防治中開辟了新渠道，選擇特定抗性基因進行雜交育種，能夠提高植保工作的預(yù)見性，并減少植物生長期間農(nóng)藥的使用。目前國際上已有90 余種轉(zhuǎn)基因類植物產(chǎn)品，用于防治玉米螟、甲蟲、紅鈴蟲、等病蟲草害中，也培育出抗病毒的西葫蘆，抗除草劑的棉花、大豆、玉米等作物。而我國轉(zhuǎn)基因生物的研究也有顯著成果，從20 世紀末至今，已研發(fā)出近50 種轉(zhuǎn)基因植物，其中涉及基因超過100 育種，并且抗病蟲草害的基因則有62 種，且30 多種轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品已進入田間試驗與環(huán)境釋放環(huán)節(jié)，諸多產(chǎn)品已獲得商業(yè)化審批，如抗病毒害的番茄與甜椒、抗棉鈴蟲的棉花等。并進一步探索具有抗蚜蟲效果的轉(zhuǎn)基因油菜、抗褐飛虱的轉(zhuǎn)基因水稻。

1.2 生物農(nóng)藥的最新開發(fā)

近年來，從辣椒中提取活性成分辣椒素制成生物農(nóng)藥取得了良好的市場反響，由于辣椒便于獲取，可解決原材料獲取難的問題，便于大規(guī)模投產(chǎn)。辣椒素中主要包含辣椒素單體、二氫辣椒素單體、降二氫辣椒素單體，占比分別為68%、25%、5%；其純品為單斜長方體無色結(jié)晶，具有極強的刺激性，但無毒害，沸點介于210～220℃、熔點介于62～66℃，穩(wěn)定性良好，在萃取過程中損失小，可在堿性水溶液中溶解；經(jīng)過廣泛研究，目前能夠證實辣椒素具有調(diào)節(jié)血脂、減肥、抗癌、止痛、消炎等多個方面的作用，作用于動物時能夠使其產(chǎn)生一系列生理反應(yīng)，從而發(fā)揮作用。

目前，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，辣椒素發(fā)揮出了殺蟲、殺菌、趨避等作用。具體來講，辣椒素對于害蟲具有顯著的觸殺作用，諸多害蟲在接觸辣椒素后出現(xiàn)麻痹、癱瘓等情況，經(jīng)過提取與分析害蟲胃毒發(fā)現(xiàn)，辣椒素進入害蟲體內(nèi)后，解毒酶系遭到抑制，從而引發(fā)生理病變。目前，在蚜蟲、桃蚜等害蟲治理中均取得良好效果，也有研究將辣椒素堿的害蟲治療效果與傳統(tǒng)殺蟲劑進行比對，發(fā)現(xiàn)兩者之間作用效果具有相似性，雖然在持效性、速效性上并無特殊優(yōu)勢，但其環(huán)保，可降低對環(huán)境與人畜安全的威脅。辣椒素的強烈刺激性使其成為一種高活性抑菌劑，目前已經(jīng)證實在抑制酵母菌、革蘭氏陽性菌等方面均具有良好的效果，且有學者采用生物自顯影法展開測試，能夠確定起到主要依據(jù)作用的成分為辣椒素，也有研究證實能夠抑制大腸桿菌、四鏈球菌、枯草芽孢桿菌。因辣椒素具有較強刺激性，可以作為趨避鳥類、昆蟲以及其他動物的趨避劑，辣椒素具有藥效持久、可降解的優(yōu)勢，對于哺乳動物造成的危害持續(xù)時間短。

鑒于辣椒素的良好應(yīng)用前景，目前已經(jīng)展開了辣椒素生物農(nóng)藥劑型的開發(fā)，已有劑型包括常規(guī)劑型中的乳油、微膠囊懸浮劑，納米農(nóng)藥劑型中包括納米乳劑、納米分散體。其中乳油最為常見，具有生產(chǎn)工藝簡單、方便使用、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，因其能夠與有機溶劑溶解，制成乳油后可降低有機溶劑的危害，減輕污染。

1.3 未來發(fā)展展望

20 世紀90 年代開始，全世界范圍內(nèi)加速生物農(nóng)藥的研制，目前已經(jīng)實現(xiàn)商品化的生物農(nóng)藥有30 余種，并且在農(nóng)藥市場上的份額不斷擴大。我國從20 世紀70 年代開始研究生物農(nóng)藥，經(jīng)歷基礎(chǔ)研究、應(yīng)用試驗、批量化生產(chǎn)等多個階段，目前已有專門的生物病毒研究機構(gòu)，但規(guī)模小、技術(shù)能力有限、資金不足，使發(fā)展受到限制。從生物農(nóng)藥的應(yīng)用情況以及植保的需要兩個角度，未來生物農(nóng)藥發(fā)展中還需強化以下工作。

1.3.1 加強基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。深入探究生物農(nóng)藥的作用機理、殘留、毒性以及對自然環(huán)境的影響，并在應(yīng)用過程中基于生物農(nóng)藥的功能與價值優(yōu)化生產(chǎn)工藝.加強研究有益病毒、真菌、細菌，培養(yǎng)具有無毒害副作用以及高活性的菌株，實現(xiàn)批量研發(fā)。

1.3.2 促進橫向聯(lián)合、提供資金與政策支持。加強科研機構(gòu)以及生產(chǎn)企業(yè)之間的橫向聯(lián)合，加速生物農(nóng)藥研究成果轉(zhuǎn)化。在國家政策與資金的扶持下，加大研發(fā)投入，完善研發(fā)設(shè)備與技術(shù)手段，提高生物農(nóng)藥研究水平。

2 生物技術(shù)在植保中的應(yīng)用與展望

2.1 生物技術(shù)的應(yīng)用

生物技術(shù)基于生物學、工程學、化學等基本原理，通過利用生物體與其組成部分生產(chǎn)出有用物質(zhì)，為人類提供某種服務(wù)。在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域，生物技術(shù)加強了對植物蛋白質(zhì)學的認識，在增強糧食產(chǎn)量方面發(fā)揮了重要作用，并減少農(nóng)藥的使用，提高了農(nóng)業(yè)發(fā)展的生態(tài)性與環(huán)保性。目前，國內(nèi)外植保領(lǐng)域生物技術(shù)的應(yīng)用實踐產(chǎn)生的代表性成果主要有以下3 種。

2.1.1 PCR 技術(shù)。PCR 是分子生物學領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，目前在植保中可用于昆蟲分類，培養(yǎng)更全能的植物細胞，增強植物的抗病蟲害能力。在具體應(yīng)用中，實時熒光技術(shù)、ELISA 技術(shù)、多重PCR 技術(shù)、巢式PCR 技術(shù)都為PCR 技術(shù)體系的組成內(nèi)容，各項技術(shù)功能不同，應(yīng)用效果也存在差異。其中，巢式PCR 技術(shù)在病害檢測中具有高靈敏度以及特異度，主要應(yīng)用于病害不明確的植物檢測。因此，從PCR 技術(shù)的應(yīng)用方向來看，主要在短時間內(nèi)完成植物不明顯病害的檢測，并明確病害形成原因。

2.1.2 酶聯(lián)免疫技術(shù)。酶聯(lián)免疫技術(shù)主要應(yīng)用于植物病害成因的判斷，提高植保工作現(xiàn)代化與智能化水平。目前，世界上已研制成功多種單克隆抗體，可快速創(chuàng)造出診斷植物病毒、螺原體病原、菌質(zhì)體、細菌、真菌的條件，且可利用酶聯(lián)免疫吸附法確定田間狀態(tài)病原，靈敏地進行相近成分區(qū)分。近年來，國內(nèi)酶聯(lián)免疫技術(shù)的研究主要集中在植物病毒以及細菌病害2 個方面，并已形成多種單克隆雜交瘤細胞株，如番木瓜環(huán)斑病毒、煙草花葉病毒、水稻白葉枯病、天麻壞死黃脈病毒中均成功研制出單克隆抗體，這些成功研制的抗體使鑒別病原物更加簡便、靈敏、快速。

2.1.3 基因芯片技術(shù)?；蛐酒夹g(shù)是在支持物上固定大量探針分子后與標記樣品分子展開雜交，經(jīng)檢測獲取每個探針分子的雜交信號情況，根據(jù)信號強度獲取樣品分子數(shù)量以及序列信息。該項技術(shù)的探索已進行數(shù)10年之久，最初在1998 年美國將該項技術(shù)作為當年自然科學領(lǐng)域十大進展之一，被推廣到生物科學等眾多領(lǐng)域當中，可在基因表達檢測、基因組多態(tài)性分析、突變檢測等多個方面應(yīng)用。在植保領(lǐng)域中，可以利用基因芯片技術(shù)篩選基因突變農(nóng)作物，尋找出植物的高產(chǎn)、抗病蟲等基因。此外，在植物檢驗檢疫工作中也有著顯著價值，在一項研究中，利用Genbank 數(shù)據(jù)庫信息，針對馬鈴薯侵染病毒展開特異性探針設(shè)計，在基因芯片上完成與病毒cDNA 的雜交。試驗結(jié)果顯示：黑環(huán)病毒、馬鈴薯斑駁病毒以及紡錘塊莖類病毒信號十分強烈。

2.2 生物技術(shù)的最新開發(fā)

近年來，生物技術(shù)在改良作物品種、改善采后處理、降低病蟲害所帶來的損失方面發(fā)揮著重要的作用。其中以水稻所取得的成果最為突出，從1994-2020 年能夠統(tǒng)計到的數(shù)據(jù)顯示，全世界范圍內(nèi)水稻作物種植中導(dǎo)入增加產(chǎn)量有利基因的增長比例為24%，導(dǎo)入耐干旱、抗鹽脅迫的有利基因增長比例為10%，從而使全球水稻產(chǎn)量較1994 年增長56%。在水稻種植領(lǐng)域應(yīng)用生物技術(shù)取得的最突出成果則是在雜交水稻基礎(chǔ)上引入生物技術(shù)，如利用定位高產(chǎn)數(shù)量性狀位點（QTL）增產(chǎn)，其屬于分子生物技術(shù)，可以對性片斷長度多態(tài)性、簡單序列長度多態(tài)性做出限制，可更直觀地鑒定高產(chǎn)性狀共分離染色體區(qū)域，從而利用高產(chǎn)數(shù)量性狀點位則可實現(xiàn)水稻增產(chǎn)。又如袁隆平院士在研究中提出，為水稻引入外源基因延遲衰老，也實現(xiàn)了增產(chǎn)效果，水稻在衰老過程中，葉片細胞基因表達與代謝之間發(fā)生和諧變化，能夠使植株本身的光合能力急劇衰減，但外用細胞興奮素能夠抑制該情況。因此，當有一種基因?qū)χ参锶~片細胞衰老做出抑制，使水稻生物量更持久，則會實現(xiàn)高產(chǎn)，也可以抑制因病害帶來的產(chǎn)量下降。目前的研究中有導(dǎo)入操縱水稻黃矮病的cDNA、東格魯病的cDNA 以及操縱害蟲的晶體蛋白基因、蛋白酶抑制劑等，按照抗衰老的思路實現(xiàn)了抗病蟲害能力改善，也對水稻增產(chǎn)作出了巨大貢獻。

2.3 未來發(fā)展展望

生物技術(shù)在植保領(lǐng)域的應(yīng)用達到其他技術(shù)不具備的效果，尤其是基因檢測、檢驗檢疫等方面，諸多技術(shù)難點均通過生物技術(shù)手段攻克，為植保領(lǐng)域創(chuàng)造了新的生產(chǎn)力，貢獻巨大。因此，加深生物技術(shù)的研究與創(chuàng)新發(fā)展，不斷與傳統(tǒng)植保技術(shù)相結(jié)合是未來一段時間內(nèi)生物技術(shù)發(fā)展的主要任務(wù)。同時，也要認識到當前生物技術(shù)發(fā)展中存在的缺陷，雖然生物技術(shù)為病蟲害鑒定提供了更科學、準確、靈敏、高效的工具，其產(chǎn)生的價值不可忽視，但其應(yīng)用中也存在明顯問題，如外源基因穩(wěn)定性控制問題、外源基因表達量問題以及轉(zhuǎn)基因安全性問題、抗性新品種抗性被新種病原克服問題。綜合以上，應(yīng)加強對生物技術(shù)基礎(chǔ)理論研究，并從分子機理角度加深對現(xiàn)代生物學研究成果與植物病蟲害關(guān)系的研究，從而為植保工作提供更科學的技術(shù)手段，不斷提高植保工作質(zhì)量。

綜上所述，生物農(nóng)藥與生物技術(shù)在植保中的應(yīng)用，解決了植保工作與生態(tài)環(huán)境保護之間的沖突，并在提高植物生長質(zhì)量中發(fā)揮著不可替代的作用。但生物農(nóng)藥與生物技術(shù)的發(fā)展也存在明顯缺陷，希望得到全世界共同關(guān)注，在專業(yè)領(lǐng)域的不斷探索、深入研究下，及時攻克技術(shù)難題，有效提高植保工作質(zhì)量。