水稻病蟲害生物防治應用研究進展

張欣欣 明珂 馮國忠

（1 中國水稻研究所/水稻生物育種全國重點實驗室，杭州 311400；2 臺州市農(nóng)業(yè)生態(tài)保護與質(zhì)量安全中心，浙江 臺州 318026）

水稻是我國重要的糧食作物之一，稻米是我國60%以上人口的主食，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及保障糧食安全方面具有重要地位[1-2]。病蟲害嚴重影響作物質(zhì)量和產(chǎn)量。在水稻生產(chǎn)中，蟲害以褐飛虱（Nilaparvata lugens）、白背飛虱（Sogatella furcifera）、二化螟（Chilo suppressalis）和稻縱卷葉螟（Cnaphalocrocis medinalis）為主，病害以稻瘟病（Pyricularia oryzae）、紋枯?。≧hizoctonia solani）和稻曲?。║stilaginoidea virens）為主[3-4]。

施用化學農(nóng)藥是防治病蟲害的一種有效措施，但是，施用化學農(nóng)藥不可避免會造成病蟲害的抗藥性、病蟲害的再猖獗和農(nóng)藥殘留等“3R”問題[5-7]。采用生物防治技術(shù)防治水稻病蟲害有利于減少環(huán)境污染，保證水稻質(zhì)量安全，重建稻田生態(tài)安全，保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 生物防治定義及演變

生物防治是指利用生物有機體或其天然（無毒）產(chǎn)物控制病蟲害的方法[8]。此定義不僅包括了以蟲治蟲、以菌治病蟲、以植物治病蟲，還包括昆蟲、微生物、植物的代謝產(chǎn)物以及轉(zhuǎn)基因技術(shù)等防治病蟲害的技術(shù)措施，充分利用有益生物與植物的抗性基因相互配合[9]。生物防治技術(shù)作為農(nóng)業(yè)病蟲害防治的重要手段，具有安全性、高效性和持效期長等特點，可以提升農(nóng)作物病蟲害防治效率，降低害蟲對農(nóng)作物以及環(huán)境的影響[10]。

2 水稻病蟲害生物防治應用研究概況

2.1 害蟲天敵控制作用

害蟲天敵對控制害蟲種群數(shù)量起著重要作用，可以減少或者替代化學殺蟲劑的使用[11]。在稻田中，天敵資源豐富，我國水稻害蟲天敵有1 303 種，主要包括寄生性天敵和捕食性天敵兩大類，寄生性天敵有419 種，捕食性天敵820 種，另外病原性天敵64 種[12]。

赤眼蜂（Trichogrammatid）是稻田中常見且重要的寄生性天敵，可以寄生多種鱗翅目害蟲的卵[13]。赤眼蜂主要通過提高卵寄生率、降低卷葉率和卵枯心率來防治稻縱卷葉螟等鉆蛀性螟蟲，試驗表明，利用植保無人機釋放赤眼蜂平均寄生率為69.65%[14]。鰲蜂（Dryinidae）是稻飛虱若蟲和成蟲期重要的寄生性天敵，我國稻田中常見的鰲蜂有稻虱單節(jié)紅鰲蜂、黃腿雙距螯蜂和兩色食虱鰲蜂，兩色食虱鰲蜂壽命最短，控害作用相對最弱。鰲蜂對寄主的控制作用與寄主種類、寄主齡期和寄主密度等多種因素有關(guān)。稻虱單節(jié)紅鰲蜂對白背飛虱2 齡若蟲的寄生率可以達到43.00%[15]；黃腿雙距螯蜂（Gonatopus flavifemur）是我國南方稻田中褐飛虱成蟲和若蟲的主要天敵，對褐飛虱4 齡幼蟲的寄生率最高[16]。

稻田中捕食性天敵主要有蜘蛛、盲蝽和螨蟲等。稻田蜘蛛與飛虱等害蟲的生態(tài)位重疊指數(shù)大，是控制飛虱的主要天敵[17]。羊紹武等[18]對多年生水稻田主要害蟲、天敵消長規(guī)律及時間生態(tài)位進行分析，發(fā)現(xiàn)華麗肖蛸（Tetragnatha nitens）與稻飛虱在時間維度上具有同步性，對稻飛虱具有很好的控制作用。鐘平生等[19]在有機稻田白背飛虱種群動態(tài)及其天敵作用的研究中指出，黑肩綠盲蝽（Cyrtorhinus lividipennis）和青翅蟻形隱翅蟲（Paederus fuscipes）是稻飛虱捕食天敵的優(yōu)勢種，在捕食性天敵總數(shù)中占有較高比例，分別占27.78%和47.62%。黑肩綠盲蝽對稻飛虱低齡期幼蟲有很好的捕食作用[20]。捕食螨是植物線蟲的潛在天敵，巴氏新小綏螨（Neoseiulus barkeri）能夠捕食多種害螨和昆蟲，也可以捕食水稻干尖線蟲，其對水稻干尖線蟲的最大理論捕食量為227.27 條/d。巴氏新小綏螨生長發(fā)育最佳溫度為25 ℃，在該溫度條件下，饑餓4 d 的雌螨對線蟲的捕食量最大[21]。

2.2 植物源農(nóng)藥防治水稻病蟲害

植物源農(nóng)藥是指利用植物活性提取物、植物本身和按照活性結(jié)構(gòu)合成的化合物及衍生物制作的植物保護劑，對人畜安全、不污染作物和環(huán)境[22]。

用于水稻病蟲害防治的植物源農(nóng)藥主要有苦參堿、印楝素、魚藤酮和藜蘆堿。試驗結(jié)果表明，每667 m2噴施0.36%苦參堿水劑60~70 mL 對稻象甲﹑白背飛虱具有很好的控制作用，藥后5~7 d，防效分別為71.61%~74.55%和84.81%~ 90.31%，對白背飛虱一、二齡若蟲防效達91.50%～97.60%[23]。印楝素是一種存在于印楝樹中的檸檬苦素化合物，可以對昆蟲產(chǎn)生拒食、趨避作用，可以干擾昆蟲產(chǎn)卵，抑制生長，對稻縱卷葉螟、二化螟等都有很好的防治作用[24-25]。魚藤酮溶液也可以用于防治稻縱卷葉螟，9% 12α-羥基魚藤酮水乳劑用藥量為80~100 mL/667 m2時，可有效防治稻縱卷葉螟低齡幼蟲；用藥量為100~120 mL/667 m2時，可高效殺滅田間白背飛虱和褐飛虱[26]。藜蘆堿是各種藜蘆屬植物產(chǎn)生的一種生物堿，藜蘆堿經(jīng)蟲體表面或吸食進入消化系統(tǒng)，引起蟲體興奮反射，進而抑制蟲體感覺神經(jīng)末梢，經(jīng)傳導抑制中樞神經(jīng)而致害蟲死亡，0.5%藜蘆堿生物制劑對稻潛葉蠅的防治效果可達75.36%~82.60%[27]。

在病害防治方面，自然界存在多種具有殺菌活性的植物源物質(zhì)，但由于其加工成本高、產(chǎn)品穩(wěn)定性差，最終開發(fā)成殺菌劑并不多。目前我國登記的植物源殺菌劑主要有蛇床子素、小檗堿、香芹酚、大蒜素和苯丙烯菌酮等[28]。試驗表明，擬原白頭翁素A 600 倍液對水稻白葉枯病的防效與噻枯唑（使用劑量450~562.5）藥效相似，但擬原白頭翁素A 600 倍液對害蟲天敵和水稻植株更安全[29]。10%孜然殺菌微乳100 倍液劑對稻瘟病防治效果顯著，對穗頸瘟和葉瘟的防效分別達到60.32%和68.70%，但對稻曲病防治效果一般[30]。白屈菜紅堿是中草藥白屈菜中含量最豐富的生物堿之一，對鐮刀菌、炭疽菌和灰霉菌生長有很強的抑制作用，以其為原藥開發(fā)的懸浮劑對稻曲病的防治效果可以達到95.88%，且對環(huán)境友好，具有良好的應用前景[31]。

2.3 微生物及其代謝產(chǎn)物防治水稻病蟲害

2.3.1 細菌

細菌具有種類多、來源廣、易于培養(yǎng)的優(yōu)點，并且能夠產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，被廣泛應用于植物病蟲害防治。目前，以芽孢桿菌屬（Bacillus）、假單胞菌屬（Pseudomonas）和放線菌屬（Actinomyces）應用最為廣泛。

作為開發(fā)最早的微生物殺蟲劑，蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis）利用自身代謝物內(nèi)毒素伴孢晶體和外毒素殺死鱗翅目害蟲，害蟲取食后，其在腸道堿性消化液作用下釋放毒素，害蟲中毒并停止取食，最后害蟲因饑餓和神經(jīng)中毒死亡[32-33]。在我國，蘇云金桿菌殺蟲劑登記產(chǎn)品有183 種，可以有效控制稻縱卷葉螟和二化螟。室內(nèi)毒力測定實驗結(jié)果表明，用蘇云金芽孢桿菌推薦劑量處理的稻莖飼喂二化螟幼蟲，其存活率在第5 d 顯著降低[34]。利用8 000 IU/μL 蘇云金桿菌懸浮劑防治稻縱卷葉螟的效果明顯高于1.8%阿維菌素乳油[35]。芽孢桿菌對稻瘟病和稻曲病也有顯著的抑制作用，枯草芽孢桿菌T429 的發(fā)酵液在溫室下對盆栽中稻瘟病的防治效果可以達到69.40%[36]。尹小樂等[37]從云南、江蘇采集的土樣中分離出的枯草芽孢桿菌對稻曲病的田間防治效果分別達到47.88%和43.12%。

假單胞菌活體難存活，易受環(huán)境影響，在我國的發(fā)展較晚，目前我國登記注冊最多的假單胞菌是熒光假單胞菌。沙月霞等[38]篩選獲得對稻瘟病菌具有明顯拮抗作用的菌株S149，對稻瘟病菌P131 菌絲抑制率達到83.33%。JHA 等[39]從水稻GJ17 根中篩選出促進水稻生長的根際細菌——類產(chǎn)堿假單胞菌（P.pseudoalcaligenes），該菌可以誘導水稻產(chǎn)生防御病原體的酶，將病害指數(shù)降低38.20%。銅綠假單胞菌（P.aeruginosaSUB8）與稻瘟病菌對峙培養(yǎng)的抑菌帶為4.53 cm，對稻瘟病抑菌效果良好[40]。

放線菌通過好氧發(fā)酵產(chǎn)生多殺菌素（spinosad），多殺菌素作用于昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)，引起昆蟲抽搐、乏力和死亡。放線菌應用于生物防治前景廣闊，可以產(chǎn)生多殺毒素、井岡霉素、鏈霉素和氯霉素等[41-42]。

2.3.2 真菌

白僵菌和綠僵菌是主要的水稻真菌類殺蟲劑，主要防治對象為稻飛虱。真菌類殺蟲劑主要以真菌分生孢子附著于昆蟲表皮后吸水、萌發(fā)而長成芽管或形成附著胞，侵入昆蟲體內(nèi)，造成病理變化和物理損害，最后導致昆蟲死亡[43]。曹雅蕓等[44]研究發(fā)現(xiàn)，金龜子綠僵菌（MetarhiziumanisopliaeCQMa421）能有效侵染并致死稻飛虱，宜在蟲體小時使用。龍興富等[45]研究發(fā)現(xiàn)，80億孢子/mL 金龜子綠僵菌（CQMa421）可分散油懸浮劑對稻飛虱、稻縱卷葉螟有較好防效，連續(xù)噴施2 次后對稻飛虱的防效最高達70.02%，對稻縱卷葉螟的防效最高為65.03%。球孢白僵菌（Beauveria bassiana）也是一種應用廣泛的殺蟲劑。戴長庚等[46]比較了5 種不同的殺蟲劑（氯蟲苯甲酰胺、殺蟲雙、蘇云金桿菌、球孢白僵菌及綠僵菌）對二化螟不同齡期幼蟲的毒力和防效，發(fā)現(xiàn)球孢白僵菌對不同齡期幼蟲均保持較高的毒力。

2.3.3 病毒

甘藍夜蛾核型多角體病毒是一種廣譜性殺蟲劑，它經(jīng)口穿過中腸上皮細胞進入體內(nèi)，在害蟲體內(nèi)大量增殖，侵入健康細胞，最后導致宿主生理功能破壞，害蟲死亡[47]，防治水稻二化螟、大螟和稻縱卷葉螟效果顯著。每667 m2用30 億PIB/mL 甘藍夜蛾核型多角體病毒懸浮劑40～50 mL，對稻縱卷葉螟的防治效果較好，施藥后14 d，保葉防效為76.62%～83.66%，殺蟲防效為81.82%～87.50%[48]。甘藍夜蛾核型多角體病毒30 億PIB/mL 懸浮劑對大螟具有良好的防治效果[49]。試驗結(jié)果表明，在卵孵化期內(nèi)用無人機每667 m2噴施50 mL的30 億PIB/mL 甘藍夜蛾病毒懸浮劑，藥液量1 L，加3 次放蜂（每次1 000 頭），每次間隔5 d，能有效控制田間螟蟲危害，且對田間害蟲天敵及水稻生長安全，可作為稻田農(nóng)藥減量控害的防控方案[50]。

2.3.4 微生物代謝產(chǎn)物

微生物代謝產(chǎn)物農(nóng)藥（microbial metabolite pesticide，簡稱MMP）是以微生物發(fā)酵產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物為活性成分，用于防治病蟲草鼠等有害生物或促進植物生長發(fā)育的生物農(nóng)藥。MMP 主要包括農(nóng)用抗生素、微生物源植物免疫誘抗劑和微生物源植物生長調(diào)節(jié)劑，是我國應用面積最廣的生物農(nóng)藥[51]。生防微生物及其代謝產(chǎn)物具有防效高、作用譜廣、對人畜及環(huán)境安全的優(yōu)點。

春雷霉素（Kasugamycin）是一種氨基糖苷類抗生素，是春日鏈霉素和小金色鏈霉素所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，干擾氨基酸代謝途徑，影響蛋白質(zhì)合成，進而抑制病原真菌活性，被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部列為可在無公害農(nóng)產(chǎn)品上推薦使用的農(nóng)藥[52]。閆東林等[53]利用4%春雷霉素水劑防治稻瘟病，結(jié)果表明，63 g/667 m2和70 g/667 m2的處理在藥后10 d 的平均防效均達到80%以上，防治效果良好。井岡霉素（Jinggangensis）是由鏈霉素井岡變種通過微生物發(fā)酵法制得的農(nóng)用抗生素，1973 年由上海農(nóng)藥研究所從江西井岡山地區(qū)土壤中分離得到，是我國第1 個具有自主產(chǎn)權(quán)的農(nóng)用抗生素[54]。井岡霉素是一種氨基葡萄糖苷抗生素，具有較強的內(nèi)吸性，對水稻紋枯病、稻曲病以及蔬菜、豆類等作物病害具有良好防治效果。

2.4 昆蟲信息素

昆蟲性信息素通過模擬昆蟲雌蛾揮發(fā)的性信息素引誘雄蛾前來交配，并利用誘捕器進行誘捕，從而減少雌雄交配，降低危害[55]。大螟性信息素、二化螟性信息素、稻縱卷葉螟和三化螟等信息素已經(jīng)鑒定，但應用最廣泛的是二化螟性誘劑。二化螟性誘劑具有靈敏、準確、高效的特點，專一性強，對其他生物安全。

姜照琴[56]在河南信陽應用性信息素防治水稻二化螟一代、二代成蟲，枯心率分別為1.19%和0.49%，低于群眾自防區(qū)（1.7%和0.8%）。同時研究發(fā)現(xiàn)，二化螟性誘劑可以作為測報工具，通過誘捕器對水稻田內(nèi)越冬代二化螟進行誘捕，在二化螟初見期就開始防治[57]。通過大量實驗驗證，明確了水稻二化螟誘捕器適宜密度為每667 m2設置1 套，高度為誘捕器下沿距地面0.8~1.0 m 或高于水稻冠層10.0~20.0 cm，此措施誘捕效果最佳[58]。

3 水稻病蟲害生物防治的不足之處

目前我國水稻生物防治已經(jīng)取得了很大的進展，但也存在著一些不足：1）天敵昆蟲種類與數(shù)量受環(huán)境影響較大，部分天敵昆蟲雖然已經(jīng)推廣且工廠化生產(chǎn)，但是商業(yè)化的產(chǎn)品還不能滿足市場需求；2）部分生物農(nóng)藥穩(wěn)定性較差，受環(huán)境影響大；3）宣傳力度薄弱，農(nóng)民習慣于采購熟悉的化學制劑，生物農(nóng)藥推廣速度慢；4）生物資源難以達到工業(yè)化生產(chǎn)的水平，產(chǎn)量低。

4 水稻病蟲害生物防治的思考與展望

4.1 充分利用生防微生物來拮抗病原菌

一些生防微生物如芽孢桿菌（Bacillus）、假單胞桿菌（Pseudomonas）和葡萄球菌（Staphylococcus）等對病原真菌有很好的拮抗效果，能夠產(chǎn)生多種抗菌活性化合物，這些物質(zhì)由于是天然的，對環(huán)境友好，因此可以充分利用這些生防微生物來拮抗水稻病害病原真菌的生長，從而減輕病菌對水稻的危害。

4.2 充分發(fā)揮天敵對水稻害蟲的調(diào)節(jié)作用

隨著飼養(yǎng)技術(shù)的進步及實驗室條件的完善，一些天敵昆蟲，如寄生蜂、瓢蟲、蜘蛛等已經(jīng)能夠人工規(guī)?；敝?，在害蟲生防領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。因此，可以通過規(guī)?；曫B(yǎng)水稻害蟲捕食性天敵在田間釋放，利用天敵對害蟲的調(diào)節(jié)作用，實現(xiàn)天敵與害蟲之間的動態(tài)平衡。

4.3 加強微生物代謝產(chǎn)物生物農(nóng)藥的研發(fā)

害蟲天敵和病原微生物等均為活體生物，其防治效果受環(huán)境因素影響大，合成生物學是以系統(tǒng)生物學為基礎(chǔ)，運用現(xiàn)代生物學技術(shù)方法，突破天然產(chǎn)物的缺陷，設計新的生物合成途徑，使天然產(chǎn)物按照預期的方式實現(xiàn)各項生物功能[59]。合成生物學具有廣闊的發(fā)展空間，利用合成生物學的方法對微生物活性成分的基因或基因簇進行改造，配制適宜的培養(yǎng)基以及利用合適的發(fā)酵方法生產(chǎn)活性代謝產(chǎn)物，從而適應規(guī)模化的生產(chǎn)和應用。

隨著人民生活水平的提高，對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全要求增強，水稻病蟲害的生物防治越來越受到人們關(guān)注，生物防治也會發(fā)揮越來越大的作用。