我國(guó)微生物源農(nóng)藥研究概述

胡青平，展 陽(yáng)，周學(xué)永

（山西師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030031）

農(nóng)藥是農(nóng)業(yè)林業(yè)種植過(guò)程中不可或缺的重要材料。現(xiàn)如今隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，化學(xué)農(nóng)藥逐漸暴露出自己的短板，因此生物農(nóng)藥在農(nóng)藥中所占的比重越來(lái)越大。微生物源農(nóng)藥是生物農(nóng)藥中的主要類型之一，其是利用微生物自身或產(chǎn)生的活性成分對(duì)害蟲(chóng)、雜草等農(nóng)業(yè)上有害的生物因素進(jìn)行殺滅。微生物源農(nóng)藥對(duì)人畜安全而對(duì)作物害蟲(chóng)或病原菌才有殺滅或抑制作用，是現(xiàn)階段公認(rèn)的無(wú)公害農(nóng)藥[1]。細(xì)菌類微生物源農(nóng)藥是目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的微生物源農(nóng)藥，具有對(duì)環(huán)境危害較小，具有靶向性，對(duì)人體健康危害小等優(yōu)點(diǎn)[2]。本文將從微生物源農(nóng)藥常用的菌種類型、微生物源農(nóng)藥劑型和微生物源農(nóng)藥在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中所面臨的一些問(wèn)題等方面對(duì)微生物源農(nóng)藥的研究進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)概述，為微生物源農(nóng)藥產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和進(jìn)一步有效應(yīng)用提供參考借鑒。

1 微生物源農(nóng)藥的常用菌種

1.1 細(xì)菌類

1.1.1 芽胞桿菌

目前常用于微生物源農(nóng)藥的芽胞桿菌有蘇云金芽胞桿菌（Bacillus thuringiensis，Bt）、枯草芽胞桿菌（Bacillus subtilis），解淀粉芽胞桿菌（Bacillus amyloliquefaciens），日本金龜子芽胞桿菌（Bacillus popilliae）等 4 種，其均為革蘭氏陽(yáng)性菌，對(duì)人畜無(wú)害，不污染環(huán)境，是一種理想的農(nóng)業(yè)病害生物防治微生物[3]。其中，蘇云金芽胞桿菌可產(chǎn)生伴胞晶體，其相關(guān)產(chǎn)品殺蟲(chóng)作用高效，尤其是晶體殺蟲(chóng)蛋白復(fù)合物作為一種化學(xué)殺蟲(chóng)劑廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中；枯草芽胞桿菌可通過(guò)降低水稻、花生、小麥等作物病害、增加作物的抗逆能力以及克服作物連作障礙等3個(gè)方面提高作物的抗逆能力，但登記在冊(cè)用于防治的產(chǎn)品較少；解淀粉芽胞桿菌與枯草芽胞桿菌親緣度很高，能夠產(chǎn)生多種抑制植物病原菌的酶類活性物質(zhì)，同時(shí)解淀粉芽胞桿菌又是一種植物根際促生菌，產(chǎn)生吲哚乙酸（IAA）等生長(zhǎng)素，以促進(jìn)植物細(xì)胞的生長(zhǎng)[4]；日本金龜子芽胞桿菌專性寄生金龜子幼蟲(chóng)，主要對(duì)日本豆金龜和歐洲金龜子有宿主特異性，其他與之有親緣關(guān)系的金龜子也會(huì)感染。目前，關(guān)于日本金龜子芽胞桿菌的農(nóng)藥研究較少，其毒力也比正常生長(zhǎng)的芽胞桿菌毒力低得多。

據(jù)2022年1月的中國(guó)農(nóng)藥信息網(wǎng)顯示，以蘇云金芽胞桿菌為有效成分登記的農(nóng)藥產(chǎn)品249個(gè)，主要用作殺蟲(chóng)劑，少量用作除菌劑。以枯草芽胞桿菌為有效成分的產(chǎn)品共93個(gè)，用作殺菌劑，且絕大多數(shù)為可濕性粉劑。以解淀粉芽胞桿菌為主要成分的農(nóng)藥產(chǎn)品12個(gè)，也主要應(yīng)用于殺菌劑。而以日本金龜子芽胞桿菌制劑僅有2家美國(guó)公司生產(chǎn)和出售[5]。

1.1.2 鏈霉菌

目前研究較多應(yīng)用較廣的是阿維菌素鏈霉菌（Streptomyces avermitilis），革蘭氏陽(yáng)性菌，其產(chǎn)生的阿維菌素（AVM）是一種具有殺蟲(chóng)、殺螨、殺線蟲(chóng)活性的十六元大環(huán)內(nèi)酯化合物，而農(nóng)業(yè)上對(duì)阿維菌素鏈霉菌的應(yīng)用也主要集中在對(duì)其產(chǎn)物阿維菌素上的應(yīng)用。阿維菌素鏈霉菌最初由日本學(xué)者大村智和美國(guó)默克公司研究組在日本靜岡土壤中發(fā)現(xiàn)并分離，經(jīng)鑒定其為一個(gè)新種，并且發(fā)現(xiàn)其發(fā)酵液對(duì)動(dòng)物寄生蟲(chóng)及多種農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)有極強(qiáng)的消滅效果[6]。據(jù)2022年1月的中國(guó)農(nóng)藥信息網(wǎng)顯示，以阿維菌素為主要成分的農(nóng)藥共3 013個(gè)，且主要為殺蟲(chóng)劑，其他類型還有殺線蟲(chóng)劑，殺菌劑及殺螨劑，且包括水乳劑、水分散粒劑、乳油等多種劑型。

1.1.3 假單胞菌

目前研究較多應(yīng)用較廣的是熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens），革蘭氏陰性菌，化能異養(yǎng)，植物根際促生菌（PGPR）[7]，該菌類可以在根際土壤中大量繁殖，對(duì)多種植物致病菌類及線蟲(chóng)具有強(qiáng)烈的抑制與拮抗作用，抑制病害發(fā)生。在農(nóng)業(yè)中，該菌類還可作為重要的解鉀菌和解磷菌，提高土壤中的元素利用率。據(jù)2022年1月的中國(guó)農(nóng)藥信息網(wǎng)顯示，以熒光假單胞菌為有效成分的農(nóng)藥產(chǎn)品共7個(gè)，主要用作殺菌劑。

1.2 真菌類

1.2.1 木霉

木霉以拮抗、重寄生、競(jìng)爭(zhēng)等作用及分泌抗生素等方式控制病原微生物的侵染和病害的發(fā)生。目前主要集中在哈茨木莓、綠色木霉、深綠木霉等菌種，可拮抗18屬29種病原微生物引起的農(nóng)林病害，并促進(jìn)植物生長(zhǎng)，是一種非常重要的生物防治菌劑[8]。據(jù)2022年1月的中國(guó)農(nóng)藥信息網(wǎng)可知，目前在售的以木霉菌有效成分為主的農(nóng)藥共22個(gè)，用作殺菌劑，主要?jiǎng)┬蜑榭蓾裥苑蹌?/p>

1.2.2 白僵菌

白僵菌（Beauveria bassiana），是一種子囊菌類的蟲(chóng)生真菌，主要包括球孢白僵菌和布氏白僵菌等，是寄主范圍廣，致病力強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的昆蟲(chóng)病原真菌，白僵菌殺蟲(chóng)劑廣泛應(yīng)用于松樹(shù)等重要林業(yè)害蟲(chóng)的防治中，是目前林業(yè)最廣泛的生物殺蟲(chóng)劑之一[9]。據(jù)2022年1月的中國(guó)農(nóng)藥信息網(wǎng)顯示，目前在售以白僵菌為主要成分的微生物源農(nóng)藥共20個(gè)，用作殺蟲(chóng)劑，包括可分散油懸浮劑、母藥、可濕性粉劑等多種劑型。

1.2.3 綠僵菌

綠僵菌（Metarhiziun spp.）為昆蟲(chóng)病原真菌。Sorokin正式將第一種綠僵菌命名為金龜子綠僵菌，開(kāi)始了綠僵菌作為昆蟲(chóng)病原菌與生物農(nóng)藥的研究[10]。據(jù)2022年1月的中國(guó)農(nóng)藥信息網(wǎng)顯示，目前在售的以綠僵菌為主要成分的農(nóng)藥共17個(gè)，主要用作殺蟲(chóng)劑。

1.3 病毒類

1.3.1 核型多角體病毒

核型多角體病毒是一類專性昆蟲(chóng)病毒，其加工所得農(nóng)藥產(chǎn)品可作病毒殺蟲(chóng)劑使用。形態(tài)不等，對(duì)人、畜、魚(yú)、昆蟲(chóng)天敵等無(wú)害[11]。據(jù)2022年1月的中國(guó)農(nóng)藥信息網(wǎng)顯示，目前在售核型多角體病毒為有效成分的農(nóng)藥64個(gè)，用作殺蟲(chóng)劑，劑型主要為懸浮劑。

1.3.2 蘋(píng)果蠹蛾顆粒體病毒

蘋(píng)果蠹蛾（Cydia pomonella L.），屬鱗翅目卷蛾科小卷蛾亞科，雜食性鉆蛀害蟲(chóng)，在世界范圍內(nèi)廣泛分布，主要危害石榴、蘋(píng)果、梨樹(shù)等[12]。對(duì)蘋(píng)果蠹蛾毒性作用最好的病原物是蘋(píng)果蠹蛾顆粒體病毒，其毒力極強(qiáng)，能引起昆蟲(chóng)液化，并造成其體壁的破裂，從而殺死昆蟲(chóng)，目前并無(wú)在售產(chǎn)品。

2 微生物源農(nóng)藥的常見(jiàn)劑型

2.1 固體制劑

2.1.1 可濕性粉劑

指有效成分在水中分散成懸浮液的粉狀制劑，也是微生物源農(nóng)藥應(yīng)用的主要?jiǎng)┬椭唬杀据^低，也是制作一些其他劑型的基礎(chǔ)，一般先將所需成分濃縮后干燥，制成微生物源農(nóng)藥原藥，再加工為試劑。目前應(yīng)用領(lǐng)域主要為殺蟲(chóng)劑及殺菌劑，植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑極少，正在研究的可濕性粉劑類微生物源農(nóng)藥包括解淀粉芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、球孢白僵菌、熒光假單胞菌等。

2.1.2 水分散粒劑

其是固體制劑中可分散固體制劑分類中的一種，可在水中崩解，有效成分分散成懸浮液，具有混合性好、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)、有效成分含量高、粉塵少和懸浮性高等優(yōu)點(diǎn)[13]，常用領(lǐng)域包括殺蟲(chóng)劑、殺菌劑以及除草劑等，目前該劑型的微生物研究包括木霉、綠僵菌、蘇云金芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌等。

2.1.3 顆粒劑

指具有一定粒徑范圍的可自由流動(dòng)含有效成分的粒狀制劑，可直接溶解施用，也可直接填埋在土壤里，或放入植物葉中使用，溶解及吸收速率較快。在我國(guó)常用于殺蟲(chóng)劑、除菌劑、除草劑以及殺線蟲(chóng)劑，目前國(guó)內(nèi)研究該劑型的微生物主要有芽孢桿菌類和粘質(zhì)沙雷氏菌。

2.2 液體制劑

2.2.1 懸浮劑

指有效成分以固體微粒分散在水中成穩(wěn)定的懸浮液體制劑，一般與水混合，用水稀釋使用，不受水質(zhì)和水溫影響，使用方便，不易污染環(huán)境，成本較低，藥效較高且更持久。目前國(guó)內(nèi)對(duì)其微生物源農(nóng)藥研究主要領(lǐng)域?yàn)闅⑾x(chóng)劑及殺菌劑，少部分為除草劑，微生物類型包括蘇云金芽孢桿菌、阿維菌素鏈霉菌等[14]。

2.2.2 油懸浮劑

指有效成分以固體微粒分散在液體中成穩(wěn)定的懸浮液體制劑，一般用有機(jī)溶劑稀釋后使用。油懸浮劑滲透性強(qiáng)，黏性強(qiáng)，抗蒸發(fā)及沖刷，目前國(guó)內(nèi)油懸浮劑的研究主要為除草劑、殺蟲(chóng)劑，殺菌劑極少，主要研究的微生物有金龜子綠僵菌、木霉菌等[15]。

2.2.3 可分散油懸浮劑

指有效成分以固體微粒分散在非水介質(zhì)中成穩(wěn)定的懸浮液體制劑，一般用水稀釋后使用，具有原藥適應(yīng)性廣、藥效持久，高效，安全性強(qiáng)，加工簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[15]，目前該劑型常用作除草劑，極少部分殺蟲(chóng)劑及殺菌劑，主要研究的微生物包括綠僵菌、白僵菌、阿維菌素鏈霉菌等。

2.3 種子處理制劑

目前只有懸浮劑，是指直接或稀釋用于種子處理含有效成分、穩(wěn)定的懸浮液體制劑。種子處理劑產(chǎn)品可殺滅地下和作物苗期害蟲(chóng)，防治苗期病害和系統(tǒng)性病害，提高種子發(fā)芽率[16]。目前其在我國(guó)主要用作殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等，主要研究的微生物有阿維菌素鏈霉菌等。

2.4 新型納米劑型

生物科學(xué)的進(jìn)步總是伴隨著科學(xué)的發(fā)展，隨著人們對(duì)納米材料的不斷深入了解，新型微生物源農(nóng)藥——納米微生物劑型產(chǎn)生，該劑型將納米材料及納米技術(shù)運(yùn)用到微生物源農(nóng)藥領(lǐng)域。目前，其研究主要集中在納米材料的選擇、制備及應(yīng)用效果等方面，向雪梅[17]利用的納米材料為水鈉錳礦，制備了蘇云金芽孢桿菌原粉復(fù)合物，并對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)納米水鈉錳礦可以較好地保護(hù)蘇云金芽孢桿菌的殺蟲(chóng)活性物質(zhì)，防止其受到紫外照射所引起的損傷；李瀾等[18]利用納米Mg（OH）2負(fù)載Bt殺蟲(chóng)晶體（BtCry）后，能有效降低紫外線輻射對(duì)其蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞，提高伴孢晶體的殺蟲(chóng)活性；潘曉鴻等[19]將納米氫氧化鎂（MHNPs）與BtCry蛋白進(jìn)行負(fù)載，提高了BtCry的生物活性；李梓泳等[20]和蘇少純等[21]分別利用玉米醇溶蛋白和硅烷化聚琥珀酰亞胺負(fù)載微生物源農(nóng)藥AVM，提高了AVM的葉面滯留量以及抗紫外性能，有效減少農(nóng)藥流失；陳培榮等[22]發(fā)現(xiàn)一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米ZnO對(duì)油懸浮型白僵菌孢子具有較好的紫外保護(hù)機(jī)制，但其會(huì)對(duì)孢子產(chǎn)生抑制作用，使白僵菌孢子的萌發(fā)率降低。總之，納米材料對(duì)微生物源農(nóng)藥的影響主要集中在其可控釋、可防UV、提高生物活性、減少農(nóng)藥使用量等特點(diǎn)，可有效緩解微生物源農(nóng)藥單獨(dú)使用帶來(lái)的一些問(wèn)題。隨著生物源農(nóng)藥加工技術(shù)的發(fā)展，該劑型在世界范圍內(nèi)的研究浪潮逐步興起并將會(huì)越來(lái)越火熱。

2.5 其他劑型

目前，還有餌劑、粉劑、水分散片劑、條劑等其他劑型相繼也有不同程度的研究和應(yīng)用[23]。餌劑含有效成分，可引誘靶標(biāo)有害生物取食直接使用，我國(guó)對(duì)該類劑型的使用包括衛(wèi)生殺蟲(chóng)劑及殺鼠劑，正在研究的微生物包括阿維菌素鏈霉菌及綠僵菌等；粉劑是含有效成分的自由流動(dòng)粉狀制劑，具有使用方便、藥粒細(xì)、較能均勻分布、散布效率高、節(jié)省勞動(dòng)力和加工費(fèi)用較低的優(yōu)點(diǎn)，目前在我國(guó)農(nóng)藥市場(chǎng)應(yīng)用并不廣泛；水分散片劑可在水中崩解，從而使有效成分分散成懸浮液的片狀，國(guó)內(nèi)目前上市的有2種，但并無(wú)微生物源農(nóng)藥類型；條劑是指含有效成分的條狀或棒狀制劑，目前也還未見(jiàn)農(nóng)藥類型方面的應(yīng)用。

3 微生物源農(nóng)藥面臨的問(wèn)題

我國(guó)微生物源農(nóng)藥研發(fā)起步較晚，目前仍處于起步階段，技術(shù)尚未完全成熟，在農(nóng)藥施用過(guò)程中仍面臨著居多問(wèn)題[24-25]，包括微生物源農(nóng)藥混用增效及延緩害蟲(chóng)抗藥性的機(jī)制尚不明確；微生物源農(nóng)藥生效緩慢，周期較長(zhǎng)，且對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力弱；微生物源農(nóng)藥持效期較短，防效不穩(wěn)定；微生物源農(nóng)藥效果受環(huán)境及溫度影響較大；微生物源農(nóng)藥劑型較少，且一些微生物源農(nóng)藥噴施后存在顆粒無(wú)法溶解的問(wèn)題，噴施技術(shù)需改進(jìn)；一些微生物源農(nóng)藥單一抗菌成分收率低，純化工藝復(fù)雜，無(wú)法滿足農(nóng)業(yè)需求，需要與某些菌種或化學(xué)農(nóng)藥混用；微生物源農(nóng)藥專一性較強(qiáng)，殺蟲(chóng)譜較窄，應(yīng)用領(lǐng)域窄；微生物優(yōu)劣性判別能力與方法仍需進(jìn)一步探索，缺乏高效菌株。總之，仍需不斷研究，來(lái)減少甚至消除這些問(wèn)題對(duì)微生物源農(nóng)藥帶來(lái)的負(fù)面影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

微生物源農(nóng)藥由于其專一性及對(duì)人體毒性小或無(wú)毒等特點(diǎn)，吸引了越來(lái)越多的研究者。隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，可利用基因工程等技術(shù)對(duì)菌株進(jìn)行改造，以獲得持效性長(zhǎng)、毒力強(qiáng)的菌株，也可以利用納米材料的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)微生物源農(nóng)藥延長(zhǎng)持效期、控釋等功能，還可研究微生物源農(nóng)藥助劑，有效保護(hù)微生物源農(nóng)藥的有效成分，提升微生物源農(nóng)藥產(chǎn)品的性能[26-27]。總之，利用現(xiàn)代化技術(shù)，制作更有效、更實(shí)用的微生物源農(nóng)藥制劑，將對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展有著極為重要的意義。