微生物除草劑與生物安全

馬　娟　董金皋

摘要隨著人類環境意識的提高和農業可持續發展的需要，高效、環課微生物除草劑的研究越來越顯示其重要的社會意義和經濟價值。本文概述了微生物除草劑的種類、劑型及特點，個紹了利用微生物及其天然產物防治雜草的潛在優勢和目前國內外的研究進展，尤其是對微生物除草劑的生物安全性進行了評價。

關鍵詞微生物除草劑；種類；劑型；生物安全性

中圖分類號S482．49

雜草是農作物的主要勁敵，自從人類進行農業生產以來，人們就采用各種方式對其進行防除。化學除草劑以其作用迅速、使用方便等特點在20世紀50年代得到迅速發展。但隨著化學除草劑的廣泛應用，弊端日趨突出，化學除草劑造成環境污染和農藥殘留問題引起農藥科技工作者的高度關注，渴求開發研制無污染、安全的新型除草劑。生物除草劑具有對目標雜草以外的植物影響小，環境負效應小、安全性高的特點，符合可持續農業的發展要求，因而許多研究機構和農藥公司紛紛將研究重點轉向生物除草劑的研制，人們開始考慮運用植物病原物或微生物代謝產物防除雜草。

1微生物除草劑的類型及潛在優勢

微生物除草劑分為微生物活體和微生物代謝產物兩類，即微生物制劑除草劑和微生物源除草劑。近年來利用活體微生物，主要是植物病原微生物(真菌、細菌、病毒)，最常見的是植物病原真菌。它可以直接穿透寄主表皮，進入寄主組織，防治雜草。活體微生物防治雜草分傳統微生物防治和應用微生物除草劑兩種，前者是從雜草原產地引人寄生性和傳播能力較強的病原菌，在田間接種引起目標雜草病害流行，從而把雜草數量降到某一臨界點以下，通過天敵保持著一種動態平衡；而后者是將雜草的致病菌進行大量繁殖，制成標準化的制劑，像化學除草劑一樣在雜草敏感生長階段，于苗前或苗后施用，人為制造雜草病害大流行，從而減小雜草對作物的影響。該方法在短時間內可有效控制草害，適用于防治農田、草坪、花園中的雜草。微生物源除草劑是利用微生物的代謝產物進行雜草防除。該類除草劑根據其來源又可分為真菌源除草劑、細菌源除草劑、鏈霉菌源除草劑等，主要是利用這些微生物在代謝過程中產生的毒素和抗生素等，包括多肽、萜類、大環酯類和酚醛樹脂類等。

篩選和利用微生物天然產物防治雜草具有許多潛在優勢：1)這類除草劑作用位點新穎，是現有化學除草劑未涉及到的，有利于雜草的抗性治理；2)在低濃度時這些產物便可發揮較高生物活性；3)這些天然產物可以為新的除草劑合成方案提供線索；4)微生物天然產物在環境中的半衰期比合成農藥短得多，易迅速降解或解毒．因此登記試驗比化學農藥所用的時間短、資金少。

2微生物除草劑的劑型及特點

為保證微生物農藥在貯存過程中的穩定性和在田間充分發揮作用．除選擇助劑外，合適的劑型十分重要。鑒于此，微生物農藥劑型加工也逐漸從水基制劑向油基制劑，從液體制劑向固體制劑，從粉末狀制劑向顆粒狀制劑方向發展。與化學農藥相比，微生物除草劑的劑型加工更困難，特別是活體微生物除草劑。首先，微生物是不溶于水的生物體，其顆粒大小可從不足0.5m(顆粒病毒)到lOOOm以上(線蟲)，這種顆粒的疏水性直接影響制劑的潤濕性、分散性和懸浮性等物理性能；其次，作為生物體，微生物對外界環境因素如溫度、濕度和光照等比較敏感，制劑貯：存穩定性差，作用速度慢，田間持效期短。在選擇助劑時除考慮制劑理化性能的要求外，還要考慮選擇一些特殊助劑，如防光劑、增效劑等；再者，選擇助劑時要注意與活體微生物的相容性。活體微生物與各種助劑的相容性一般比化學農藥差，有些助劑可能完全不能使用。

真菌除草劑劑型主要有粉劑和于粉狀制劑。迄今，已商品化，最成功的莖葉處理真菌除草劑是Collego，它是由引起雜草炭疽病的盤長孢狀刺盤孢(Colletotrichurngloeosporioidesf．sp.ae—schynomene)產生的孢子制成干孢子可濕性粉劑，防治水稻和大豆田中的弗吉尼亞皂角(Aeschynomenevirginica)，防效達90％以上。在美國登記注冊的Devine是棕櫚疫霉(Phytophthora pahnivora)致病菌株的厚垣孢子制成的懸浮劑；Casst是決明鏈格孢(Alternariacasslae)分生孢子制成的可濕性粉劑。在加拿大研制成功的Biomal生物制品是錦葵盤長孢狀剌盤孢(C.gloeosporoides f．sp．tnalvaf)的孢子制成的懸浮劑。

3微生物源除草劑的應用現狀

1981年，在美國Devine被登記注冊為第一個生物除草劑，它是棕櫚疫霉制劑，用于柑橘園土壤處理防治莫倫藤(Morreniaodorata)。就生物除草劑來說，具有劃時代標志意義。次年Collego制劑由美國Upiohu公司開發成功，它是膠孢炭疽菌田皂角亞種的無性孢子制劑。繼之開發出羅得曼尼尾孢(Cfercospora rodmanii)防除水葫蘆(Eichhorniacrassipes)獲得專利保護。

近年來，微生物除草劑尤其是真菌除草劑的開發和研究獲得了突破性進展，已有約80種不同的侵染生物種被研究，防除約70種雜草。按照發展生物除草劑的標準，有望作為候選或已發展成生物除草劑的有36種，已經使用或商品化或極具潛力的有19種。真菌中有除草活性可望發展成除草劑的主要集中在盤孢菌屬(Colletotrichurn)、鐮孢菌屬(Fu－sarium)、鏈格孢菌屬(Alternaria)、尾孢菌屬(Cer-cospora)、疫霉屬(Phytophthora)、柄銹菌屬(Puc-cinia)、葉黑粉菌屬(Entyloma)、殼單孢菌屬(Asco-chyta)和核盤菌屬(Sclerotinia)等9個屬巾。細菌除草劑主要有假單孢菌屬(Pseudomonas)、腸桿菌屬(Enterobacter)、黃桿菌屬(Flavobacterium)、檸檬酸細菌屬(Citrobacer)、五色桿菌屬(Achromobos－ter)、產鹽桿菌屬(Alcalligenes)、黃單孢桿菌屬(Xanthomonas)等7個屬。此外，利用病毒防治雜草也有很多實例，如Lpp-l病毒可用來防治水中的藍綠藻等水生雜草，在容積為3．8m的貯水池中，接種100mL。該病毒制劑，7d內可使藻類數量明顯下降，表1列出了一些已商品化或具有開發潛力的微生物除草劑。

另外，許多微生物(植物病原真菌和細菌)在其專一性寄主植物上產生毒素，引發寄主感病。這些毒素滲入寄主雜草，破壞其細胞結構，可使雜草產生病斑或枯萎，從而達到防除雜草的目的。這些天然產生的毒素具有種的特異性和各種不同的化學結構，且大多數是新的化學結構，用經典的農藥化學合

成方法難以合成；它們大多對哺乳動物無毒或低毒，相對于化學除草劑而言更易于降解，不會引起生物災害。因此利用具有除草劑活性的微生物天然產物開發新型的除草劑日益受到人們的重視。目前已知的微生物源的毒素約80種。表2列舉了一些具有除草活性的微生物源毒素。

我國應用植物病原菌防除雜草的研究起步較早，“魯保一號”菌劑防治大豆兔絲子效果在85％左右，已有20多個省、市、自治區進行生產，防治面積每年達1．3萬hm以上。1979年新疆從自然感病埃及列當植株中分離得到鐮刀菌(Fusariumorobanches)，并制成生防制劑F798，防治列當效果達到95％《以上。云南省微生物所對紫莖澤蘭黑斑病病原尾孢菌(Cercosporacupatomz)、飛機草絨孢菌(Mycovellosiellaeupatorii-odorati)進行了研究。湖南農學院王明旭等研究了稗葉枯菌(Helminthos－porlummonoceFas)的產孢、產毒條件及其寄主范圍。中國農業大學陳勇等從稗草病葉上分離得到8種病原真菌，也發現稗葉枯菌對稗草致病性強，對水稻安全，并對該菌的流行學進行了研究。

同時，利用微生物代謝物防除雜草的研究近年也在逐步開展。中國科學院植物生理研究所周榮仁開展了放線菌代謝產物的雜草防除探索。中國農業科學院土壤肥料研究所高昭遠開展了膠孢炭疽菌S22毒素防除雜草的可行性研究，并取得了一定結果。張金林等發現，蔥葉枯病菌(Stemphyliumbotryosum)毒素對馬唐、狗尾草、稗草、狗牙根等雜草種子的萌發和幼苗生長有較強的抑制作用。上述工作的開展，為我國以菌除草的生防工作奠定了堅實的基礎。

4微生物除草劑的生物安全性評價

與化學除草劑相比，微生物除草劑具有選擇性強，不傷害天敵、不易產生抗藥性、單位面積用量少、對人畜高度安全、對微生態環境影響小等諸多特點。因此一般認為微生物除草劑比較安全，但由于不同種類生物的差異較大，微生物除草劑是否存在人們尚未認識的危害還需進一步研究，對其評價程序和方法也有許多有待改進的地方。此外，從植物和昆蟲中分離的微生物是否都對哺乳動物和人安全，值得探討。例如，含羞草致病菌(Fusariumpallidoro－seum)的毒素嚴重傷害含羞草和甜瓜等，但水稻不受影響，可作為稻田除草劑開發應用，但因其對人類健康的影響尚不清楚，目前尚未椎廣使用。美國Abbott實驗室開發的Devire微生物除草劑，由于P．palmovora寄主范圍的原因，而限制在柑桔園使用。

開發微生物除草劑應高度重視病菌的寄主范圍、致病力大小、病菌微生態，以及藥劑管理和檢測標準等，即使足已經失去致病性的微生物，也應有明確的判斷基準。評價生物農藥安全性的基本內容包括：1)作為有效組分的生物種的鑒定及其特性，是否會產生有害物質；2)對人無致病性、感染性、毒性，無過敏性反應；3)明確對日標生物的毒性、致病性；4)對目標牛物以外的生物無不良影響，或盡量降低其有害性。

對微生物除草劑的評價，理論上主要依據兩條標準即有效性(藥效)和專一性(安全性)。作為農藥，除草劑的開發首先必須保證環境的安全性，再者是對人的毒性(急性、亞急性、慢性毒性)和生物群落的安全性。必須事先了解微生物除草劑對動植物的致病性及其在環境中的生存情況。大多數真菌除草劑的病原來自當地的自然罹病寄主，對環境壓力不大，但因病菌致病過程和環境的復雜性，仍需要在人為接種條件下，對其他經濟植物的安全性進行深入研究，并了解其發病機理及對環境的影響。總之，在有效利用微生物除草劑的同時，對其安全性的評價是十分重要的，到什么程度為安全，要在應用中與利益相互權衡后，才能作出合理的評價。

隨著人們對微生物及微生物產物侵染和控制雜草機理的深入了解，通過基因工程和細胞融合技術，改良微生物除草劑的品種和寄主專一性；通過與低量的化學除草劑混配，進一步提高微生物除草劑的防效；而且并隨著發酵技術的發展，會有更多的活體微生物及其天然產物實現商品化生產，利用微生物及其天然產物防治雜草有著廣闊的發展前景。