生物農藥的國內外發展動態

何樹文 達世彩

（甘肅省張掖市農業局 734000）

生物農藥是指利用生物活體（真菌，細菌，昆蟲病毒，轉基因生物，天敵等）或其代謝產物（信息素，生長素，萘乙酸，2，4-D等）針對農業有害生物進行殺滅或抑制的制劑。生物農藥具有生產原料來源廣泛，對非靶標生物安全、毒副作用小、對環境兼容性好等特點，已成為全球農業產業發展的新趨勢。近幾年，在高毒農藥日益成為社會公眾關注的焦點、各方面要求禁用和淘汰高毒農藥的環境下，隨著分子生物學技術、基因工程、細胞工程、蛋白質工程、發酵工程、酶工程等高新技術的飛速發展，并逐步滲入到生物農藥生產中，使得生物農藥展現出良好的應用前景和巨大的社會經濟效益，其優越特性（節能、環保、保護資源）比以往任何時候都受到世界各國政府的重視，成為各國生物技術研究機構和公司研究的熱點。

1 國內外全球發展現況

1.1 產業發展現況

植物、動物、微生物皆為生物農藥的開發素材。微生物因為種類繁多，且其產生的代謝產物更是多樣化，可具有抗蟲、抗病、除草、拮抗、誘導植物抗性、生長調節，甚至增加產量等各種功效，微生物資源便成為各界開發探索的目標，目前微生物農藥占生物農藥總量的 90%。微生物種類中應用最廣泛的為蘇力菌，2008年蘇力菌產品占全球微生物農藥市場的53%，此外，已有多項細菌類、真菌類及病毒類產品上市。根據國際生物防治組織（International organization for Biological control，IOBC）于 2010年發表的報告，在美國及歐盟登記的微生物農藥中用于抗病及殺蟲的產品種類較多，而具除草功能的產品較少。而唯一登記為殺細菌及真菌產品的枯草桿菌QST713（QST713）是 Agra Quest的產品的Serenade，可適用于葡萄、蔬菜、瓜類等作物，以防治白粉病、早疫病、細菌性斑點病等。Serenade有農藥殘留檢測免除資格，并被列入美國有機資料審核協會清單中，可適用于有機農業，且枯草桿菌QST713已列入歐盟農化注冊指令附錄Ⅰ（AnnexⅠ），將于歐盟各國推行產品注冊。國際上細菌劑產品有來自農桿菌、泛菌及嗜菌等；真菌劑方面真菌產品包含多項菌種，其中數量較多為木霉菌；殺蟲劑方面細菌類殺蟲劑有各種蘇力菌產品及其他芽孢桿菌，真菌類殺蟲劑有白僵菌、黑僵菌、酵母菌等；除草劑產品則有仙人掌桿菌、炭疽病菌、銹病菌等微生物菌種。

我國為化學農藥的制造出口大國，而目前農業生產中生物農藥的使用比列相當低。雖然我國生物農藥市場應用處于起步階段，但卻是亞洲重要的蘇力菌產品生產國家。在農業部登記的產品有效成分中發現，除了將蘇力菌開發為生物農藥外，已自行開發了阿維菌素、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（簡稱Bt）4個品種已成為我國生物農藥產業中的拳頭產品和領軍品種，農用鏈霉素、農抗120、苦參堿、多抗霉素和中生菌素等產業化品種已成為我國生物農藥產業的中堅力量，春雷霉素、滅瘟素、公主嶺霉素已成為實用化商品。

1.2 市場發展現況

美國市調公司BCCR esearch（2010）估計，全球農藥市場2009年約428億美元，于2009年～2014年間將以年復合成長率 3.6%的速度擴大至 511億美元。雖然目前整個市場仍以化學農藥為主，但因為抗病性，農藥殘留、人類與環境毒性等問題的出現，生物農藥帶來的好處受到重視，生物農藥異軍突起于農藥市場。生物農藥占整個農藥市場的比重由2000年的0.2%提高至2009年的3.7%，據BCCResearch(2010)估計，到 2014年生物農藥占整個農藥市場的比重將達到6.5%，而生物農藥市場規模將由 2009年的 16億美元增加為2014年的的33億美元，年復合成長率為15.6%，大幅高于化學農藥的3%。在市場分析方面，該美國市調公司推測估算了2010年各地區生物農藥市場比重，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約20%。整體來說，歐美仍為市場的中心，其中又以美國為首。

1.3 推廣應用現況

生物農藥有乳油、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。果樹作為生物農藥的主要使用對象，年使用量占總生物農藥量的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程中生物農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。

按生物農藥類型分析各類型所占市場比重，細菌類占74%、真菌類10%、病毒類占5%，其他類型生物農藥占13%。細菌類中雖然蘇云金芽孢桿菌在生物農藥市場中仍占主導地位，但在北美所占市場比重由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藥產品的出現占據了一部分市場份額。真菌類農藥己經開始被用作細菌類生物農藥的補充。白僵屬真菌占總真菌類生物農藥市場的60%，病毒類生物農藥中核多角體病毒占60%，為病毒類生物農藥的主導品種。

2 國內外研究熱點及趨勢

2.1 細菌、病毒殺蟲劑

國內外主要以蘇云金桿菌（Bt）為主。Bt殺蟲劑的研究在我國始于50年代，年產量約4萬噸，但與發達國家相比，我國產品的發酵和制劑水平仍存在相當大的差距。國外生產已廣泛采用高效廣譜的工程菌株，發酵水平較高，發酵產品回收率高；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。而國內大部分生產菌株為Bt蘇云金桿菌（Bt）k類型，產品劑型僅有可濕性粉劑、懸浮劑2種；液體發酵工藝主要采用批式發酵技術，后提取技術采用離心濃縮工藝，導致發酵液中增效因子等有效成分大量損失。此外，我國目前的噴霧干燥設備也制約了產品回收率的提高。采用基因工程技術構建藥效穩定，防治面較廣的Bt工程菌劑，是當前Bt生物農藥發展的新趨勢。

對目標害蟲有持續控制效果的昆蟲病毒殺蟲劑的研究始于 70年代。上世紀棉鈴蟲的暴發，促進了棉鈴蟲核型多角體病毒殺蟲劑的發展。我國登記注冊的 15個病毒殺蟲劑中有 12個是棉鈴蟲核型多角體病毒，可見目前我國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象，進行高效廣譜Bt制劑的研制和應用研究。充分利用我國極其豐富的微生物資源，分離有自主知識產權和重要應用價值的新的抗蟲和抗病蛋白基因。通過殺蟲蛋白基因組合，分子進化、不同結構域中氨基酸定點誘變、融合、互換等分子設計手段進一步提高殺蟲毒力，擴大殺蟲譜。

2.2 抗生素農藥

我國農用抗生素占生物農藥總產量的90%，但具有自主知識產權實用化的新農抗品種較少。20世紀90年代以來，國內先后篩選報道了一些具有自主知識產權的新農抗品種，其中殺蟲抗生素有戒臺霉素，殺菌抗生素有寧南霉素等，但目前已實用化的品種僅寧南霉素一種。我國目前殺蟲、殺菌抗生素類農藥29種，120個產品，生產廠家約100個，年產制劑8萬多噸，是生產農用抗生素的大國,但至今尚未創制出有影響力的新農抗品種。從世界范圍看，20世紀80年代發現最有影響力的新的殺蟲抗生素Avermectin和除草抗生素Phthoxazollin，90年代發現最有影響力的新的殺蟲抗生素Spinosad和殺菌抗生素Strobilurin。其中Avermectin被美國默克等公司開發成目前世界上最好的產品，Phthoxazollin被作為先導化合物合成出目前最好的除草劑-草甘膦系列；Spinocad和Strobilurin正在開發中，有望成為世界上最好的生物殺蟲劑和殺菌劑。

近幾年來對海洋微生物、昆蟲病原細菌腸道微生物的研究獲得了一定進展，這兩類特異生境的微生物能產生特異殺蟲或抑菌代謝物。結果表明，嗜線蟲致病桿菌北京變種產生的異香豆素衍生物對馬鈴薯晚疫病、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

有關激發植物免疫抗病和增產作用的蛋白激活劑的研究，已引起國內外的廣泛關注和重視。2000年由美國EDEN公司從細菌源過敏蛋白中開發出的康壯素（Messenger）農藥產品，在美國獲得登記，被EPA列為免檢殘留的農藥產品，準許在所有作物上使用。現已在美國、墨西哥等國的煙草、蔬菜和水果上廣泛應用。2004年經我國農業部農藥檢定所（ICAMA）審定通過，康壯素取得了農藥臨時登記證，首批推薦在番茄、辣椒、煙草和油菜上使用。目前國內正在研發的有Activator和HarpinXo，目前我國已成功分離和獲得了多個植物激活蛋白基因工程菌株。田間試驗表明，激活蛋白農藥對多種植物病毒病害防效可達70%，增產10%以上，2004年該成果已通過了農業部成果鑒定，達到同類研究的國際先進水平。

2.4 生物化學及新型激發子類農藥

上個世紀80年代，學者們發現來源于真菌及植物細胞壁的甲殼素等物質能開啟植物中多種信號傳導途徑，作為一類全新的生物激發子生物化學農藥的研發、生產及應用已引起國外科技界及國際跨國大公司的高度關注。中國具有豐富的寡糖等生物激發子的資源及研發優勢，應高度重視，寡聚糖生物農藥不但能十分有效地控制煙草花葉病（防效72%）等多種農作物及經濟作物病害，同時可明顯提高產量10%～30%。最新昆蟲生化（消化）酶抑制劑研究表明：小分子蛋白和有機脂肪酸（透明質酸）對昆蟲生化（消化）酶具有強烈的抑制作用導致昆蟲死亡，還具有兼抗線蟲、真菌、細菌和病毒的作用。

3 未來生物農藥發展的展望

生物農藥經過幾十年的發展，逐步解決了自身存在的技術上的缺陷和應用上的問題，已經逐漸形成規模，呈加速發展趨勢。利用生物農藥不僅可以較好的對有害生物進行生態治理，將其危害控制在經濟許可的范圍內，而且可以有效的保護有益生物的存在，維持良好的生態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，保護生態環境，這已成為人們的共識。更為重要的是自覺有效的使用生物農藥可以更好的保障人類食物的安全，實現社會、經濟、環境的可持續發展。

生物技術尤其是分子生物學和遺傳基因技術的飛速發展更好的為生物農藥的研究開發和產業發展提供了強有力的技術支撐。未來生物農藥的發展，以基因重組為核心的戰略高技術競爭日趨激烈，關鍵技術創新顯著加快，最新分子生物學手段越來越多地被應用到生物農藥研發中去，轉基因生物農藥新品種不斷涌現；其研發和應用向更安全和更環保方向發展；產品更新換代速度加快，生物農藥產業已成為涉農工業最具前景的發展領域。