植物病害生物防治劑的開發與前景

摘要：主要論述了植物病害生物防治劑開發在商業上、生物學上和技術上所必須考慮的重要因素，并對其開發前景進行了展望。

關鍵詞：生物防治劑；病害；開發；前景

中圖分類號：S476⁺.8 文獻標識碼：A 文章編號：1006－6500(2008)02－0059－04

使用化學防治劑不僅對環境造成嚴重的威脅，還可危害到食物和種子安全。因此，具有較小環境影響的新型生物防治劑的研究迫在眉睫。早在30年前生物防治劑就開始受到廣泛的關注，國外學者也進行了很多關于生物控制劑抑制植物疾病的試驗。例如，以Baker為首的科學家對一系列基于Trichoderma spp.的生物防治劑的研究做出了杰出的貢獻。而Sutton和同事們則對Clonos-tachys rosea及其對漿果灰霉病的防治進行了系統的研究。Whipps對Coniothyrium minitans防治由核盤菌引起的植物疾病方面的作用機理進行了研究等。

通過調查發現，已經注冊的生物防治劑只有很少的一些被商業化，表1給出了幾種國外已成功上市的生物防治劑。相關法規的缺失和高昂的注冊費用是生物防治劑商業化的主要障礙，工業上的和商業上的問題都可能使一個極具潛力的生物防治劑胎死腹中。因此，要想成功開發并商業化一種有效的生物防治劑，需要進行周全而細致地考慮和廣泛地調研論證，包括商業上、生物學上和技術上等。另外，還需有熱情有干勁的熟悉工業應用技術的人才。

1 商業上的考慮：市場、成本和注冊

對于生物防治劑商業上的考慮主要集中在市場規模的大小以及市場是否容易接受這種新產品上。一種生物防治劑，如果對于防治一小類發生在具有高附加值經濟作物上的疾病特別有效，將會更有吸引力。例如用于防治果樹根癌、用于防治高爾夫場草坪白霜病，以及防治由灰霉菌引起的草莓灰霉病等等。或者這種生物防治劑可以有效地防治大規模種植作物的疾病，例如棉花猝倒病、水稻稻瘟病等。其他一些比較成功的生物防治劑具有較寬的防治范圍，并且既可以用于高經濟價值的作物又可以用于大規模種植的作物，例如一些基于木霉的產品。這些生物防治劑都可以創造一個令人滿意的市場規模。總體來說，生物防治劑作為一種“綠色技術”，較容易被公眾所接受。在產品推廣的過程中這種“綠色”可以作為一個良好的市場突破點，并且防治劑生產企業也更容易為當地的環保部門所接受。生物防治劑與化學防治劑有很多不同的地方。例如生物防治劑在防治病原微生物時多以活體的形式存在，這樣才能保證它們的殺滅病原菌的活力，即生物防治劑在施用時要考慮諸多生物學因素。因此，無論是生物防治劑工業化生產中的操作人員，還是進行市場推廣和銷售的經銷商，多了解些生物學知識是很重要的。另外，其他商業上的因素，如研發和注冊登記的成本以及發酵生產，制劑等方面的成本也需要考慮。

2 生物學上的考慮：分離、篩選和田間試驗

在發現一種新的生物防治菌株時需要注意以下兩點：

(1)分離一種潛在的拮抗微生物，得到具有生防潛力菌株的環境最好和它將來可能施用的環境條件相似，或者至少不要相差太遠。

(2)在潛在菌株中篩選拮抗菌株，篩選所使用的條件應盡可能的模擬該生防菌株將來可能施用時的環境條件。

表1中列出的成功上市的生物防治劑中，除了極個別外，都是從施用環境中分離出的。例如，Cedomon(Pseudomonas chlororaphis)是從植物根部分離得到的；NoGall(Agrobacterium radiobacte K84)是從植物受傷的組織或者被感染部位分離得到的；而Contans(Coniothyrium minitans)則來源于被病原菌污染的土壤。因此，大部分上市生物防治劑的分離是遵循我們在前面提到的分離原則的。

在自然界，植物、病原物、生防微生物和環境之間的關系是及其復雜的。只有詳細了解生防微生物在植物根際和葉際與病原物及其它生物、植物及其分泌物、土壤及各種環境因子之間的相互作用及其變化規律，才能有效地調控無機與有機環境，更好地發揮生防微生物的防病功能。因此，加強生物防治劑的田間試驗也是開發工作者需要著重考慮的因素，因為它直接關系到生物防治劑的防治效果以及產品的市場接受程度。

在持續農業中，生物防治不僅要很好地利用有益微生物來防治病害，而且要把有益微生物的分離和篩選作為一個重要的任務。目前雖然篩選出了一批具有拮抗性的微生物，但還缺乏高效價的菌株，對其發酵工藝的研究也還十分欠缺，這就使得部分有前途的菌株不能盡快地轉化為商品，為農業生產服務。大多數生物防治工作者，雖然已認識到了菌株篩選的重要意義，但理解狹隘，只注意到了自然界生防微生物的開發利用，而沒有注意到人為增強有益微生物防治病害能力研究。開發工作者應通過物理、化學和分子生物學等方法改造自然微生物，培育對環境高抗逆性、對農藥高抗性、高繁殖力和對病害高控制能力的工程菌。應進一步研究利用誘變后增強的植物內生微生物對病原物的拮抗作用，研究轉毒素基因內生微生物的殺菌作用，以更有效地控制病原微生物。研制基因重組生物制劑以提高其防治病害的作用。目前生防微生物應用后防治效果能否穩定持久大多不能預見。因此，不良副作用的風險性也可能更大，需加強其風險性估計研究。

3 技術上的考慮：產品、制劑和施藥

生物防治劑包括兩大類：一是以生物為原料或以生物作為反應器而生產，但不含活體細胞的有效活性成分的制劑，如植物的提取物、微生物(主要包括細菌、真菌、放線菌)發酵的代謝產物。這類有效成分在作用方式上類似于化學防治劑，但非人工合成，純屬天然產品，容易自然分解，一般無殘留殘毒，因而是目前取代化學防治劑的首選產品。例如，國內已有生產的阿維菌素、以晶毒為有效成分的蘇云金桿菌制劑以及若干真菌毒素等。這類產品雖無公害，但長期使用可能誘導害蟲的抗藥性而提高用藥成本；二是對病原微生物具有致病侵染能力的各種微生物制劑，主要包括真菌、細菌、病毒和原生動物，有效成分是具有生命力的侵染體，如真菌孢子、菌絲、細菌的繁殖體和病毒粒子。其作用方式是通過侵染引發病原微生物的流行病，將有害種群控制在可容忍的水平下。因此，生物防治劑的產品形式必須考慮以下因素：(1)產品成本必須降低，這樣最終產品在價格方面可以和傳統農藥相競爭；(2)必須保持產品的藥效或生態適應性；(3)必須使產品有足夠的保質期，以保證產品到達最終用戶手中之前的有效性。

對任何生物防治劑來說，高效的劑型是將實驗室活性成分轉換成田間行為表現的基礎保證。盡管事實表明，劑型研究將有助于改善生物防治劑的田間藥效，提高施用效果以利于其占據植保市場份額，但是目前該領域的研究結果鮮有成效。當務之急必須尋找新的、更有效的助劑成分，例如紫外保護劑、濕潤劑、分散劑、粘著劑和載體等。在任何情況下，這些助劑應和生防微生物(病毒、細菌、昆蟲病原線蟲)和諧共存，因為它們要與有效活性成分同時進行噴施。另外，生物防治劑的劑型選擇還必須考慮環境影響因素。特別是活菌制劑應用后對靶標致病菌能否發揮有效的抑制作用，以及其作用程度受環境因素的影響很大。解決的途徑：(1)在獲得一株有效的生防菌后，需要明確其抑菌譜及對靶標致病菌的作用機制。再根據生防菌的生態習性及將要應用的環境，確定適宜的生產及使用劑型；(2)要克服對環境敏感的生防菌劑在田間防病效果不穩定的弊端，在實際應用中可以將生防微生物進行人工改造獲得具有抗藥性的菌株，與低劑量的高效、低毒、低殘留的殺菌劑混合使用，這不僅能夠明顯提高生防微生物的防病效果，也會增加其生態競爭能力。

開發工作者必須認識到，一個良好有效的生物防治劑在施藥技術上必須具有良好的適應性。生物防治劑產品應該能夠適應采用標準液壓噴嘴的施藥方法或者無需特殊噴施要求的噴藥裝置。種植者不希望為了施用一個生物防治劑產品而需在噴灑設備上增加投資，同樣他們也不會接受一種截然不同的噴灑方式或者比常規操作次數更為頻繁的施藥模式。

4 生物防治劑的開發前景

目前，世界上已發現可用于防治病蟲草害等具有生物防治作用的細菌100余種、真菌500余種、病毒700余種、植物4000余種，再加上線蟲、微生物代謝物、抗生素等，數量巨大，這將為新的生物防治劑的開發提供無窮的生物資源。隨著不斷增加的法規要求和食品安全意識的提高，以及部分化學防治劑產品的更新換代，生物防治劑將有可能從小的市場擴大成主流植物保護產品，具有良好的開發前景。