微生物農藥在植物病蟲害防治中的應用

林 靜，陳智明，張 峰

榕城海關，福建福州 350015

農業生產對維護人類糧食安全和社會穩定起到了重要的作用。然而，植物病蟲害的不斷蔓延對農作物產量和質量造成了嚴重威脅，限制了農業的可持續發展。傳統的化學農藥曾一度被廣泛使用于控制病蟲害，長期以來，其潛在的環境污染、食品殘留及抗藥性問題引發了人們對替代性防治方法的迫切需求。微生物農藥作為一種生態友好的替代選擇，因其對環境和人類健康的低風險性和高效的病蟲害控制效果而受到廣泛關注。

微生物農藥在防治植物病蟲害方面具有獨特的優勢。不同于化學農藥，微生物農藥的活性成分多為微生物（如細菌、真菌、病毒等），其生態友好性和生物特異性使其成為降低農業生態風險的潛在解決方案，在農業可持續發展中具有重要作用。

1 微生物農藥的種類和作用機制

1.1 細菌類微生物農藥

細菌類微生物農藥作為一種重要的生物防治手段，在抑制害蟲種群的發展上發揮著獨特作用。以綠僵菌（Metarhizium）為例，其與害蟲之間的交互作用展示了微生物農藥的潛力。綠僵菌是一種廣泛存在于自然界的真菌，能夠寄生在多種害蟲體內，從而實現對害蟲的控制。

在與害蟲的交互作用中，綠僵菌通過其孢子與害蟲接觸，這些孢子在適宜的環境條件下萌發，產生出短而彎曲的吸附結構，使其能夠牢牢附著在害蟲體表上。隨著害蟲的活動，孢子逐漸穿透其外殼進入害蟲體內，開始迅速生長并侵入害蟲的組織。其在生長過程中會產生一系列特殊的酶，這些酶不僅會分解害蟲的體組織，還會破壞害蟲的免疫系統。最終綠僵菌會通過釋放新的孢子，從害蟲體內遷移至外部環境，繼續感染其他害蟲，形成傳播周期[1]。

1.2 真菌類微生物農藥

真菌類微生物農藥在防治害蟲方面也具有顯著效果，其中以白僵菌（Beauveria bassiana）為代表。白僵菌通過其特殊的生物學特性，成功入侵害蟲的體內，實現對害蟲的生物控制。它的孢子在接觸害蟲體表后會萌發，產生出一系列分生孢子，這些分生孢子能夠通過害蟲的外骨骼逐漸滲透，進入害蟲體內。一旦進入害蟲體內，分生孢子開始快速生長并分化成真菌體。在此過程中，真菌體會釋放出一種特殊的酶，能夠分解害蟲的體內組織，為真菌提供養分。與此同時，真菌還會產生毒素，影響害蟲的神經系統，導致害蟲癱瘓和死亡。真菌體最終從害蟲體內伸出，繼續生長和繁殖形成新的孢子，這些孢子可以繼續感染其他害蟲，形成生命周期。

1.3 病毒類微生物農藥

病毒類微生物農藥利用病毒對害蟲的感染，達到生物控制的目的。在防治過程中，這些病毒具有特殊的作用機制，有助于控制害蟲種群的擴散。

這類微生物農藥常利用害蟲自身的生理特性，將病毒傳播給害蟲。一旦害蟲受到病毒感染，病毒開始在害蟲體內復制和繁殖。在此過程中，病毒大量增殖并破壞害蟲的生理平衡，干擾害蟲的正常生命活動。隨著病毒的復制，害蟲逐漸表現出病態狀況，包括行動遲緩、食欲喪失等。最終病毒會導致害蟲的免疫系統受到破壞，從而使害蟲變得極為脆弱。病毒的進一步繁殖最終會導致害蟲的死亡，從而有效地控制害蟲種群的擴散。

2 微生物農藥的優勢和挑戰

2.1 環境友好性與非靶標生物的安全性

生物農藥作為一種生物性防治手段，與傳統化學農藥相比，具備明顯的環境友好性。微生物農藥多以天然微生物為活性成分，其使用不會引發長期的環境污染和生態破壞。相比之下，化學農藥可能會在土壤中積累，影響土壤微生物的多樣性，甚至進一步威脅生態系統的平衡[2]。微生物農藥對非靶標生物的影響相對較小，因其對非靶標生物的生物特異性較高，從而降低了生態風險。

2.2 目標特異性及減少化學殘留問題

微生物農藥的優勢之一在于其目標特異性。微生物農藥作用的靶標通常是特定的害蟲，而不會對其他有益生物產生顯著影響。這種特性有助于保護生態系統中的生物多樣性，減少對有益生物的損害。同時，微生物農藥的應用能夠顯著減少化學殘留問題。在食品安全方面，化學農藥可能在農產品中殘留，帶來潛在的健康風險。而微生物農藥由于其生物性質，通常不會在農產品上留下有害的化學殘留物。

2.3 抗藥性問題與策略

微生物農藥面臨著抗藥性的挑戰，長期使用同一種微生物農藥可能會導致目標害蟲對該農藥產生抗藥性，降低治理效果。為應對抗藥性問題，科研人員和農業專家正在開展一系列研究，尋找策略減緩抗藥性，包括輪作使用不同的微生物農藥、結合化學農藥和微生物農藥的復合應用，以及基因編輯等創新方法。通過多種策略的組合，可以更好地管理抗藥性問題，延長微生物農藥的有效期。

2.4 生產、存儲和應用上的技術難題

在生產、存儲和應用過程中，微生物農藥需要高度控制的生物發酵工藝，確保農藥產品的純度和活性。而微生物易受環境條件變化的影響，其存儲和穩定性也是一個挑戰。在應用方面，微生物農藥的噴灑技術、劑量和施用時間的確定也需要進一步研究和改進。解決這些技術難題將有助于提高微生物農藥的應用效果和穩定性[3]。

3 微生物農藥在農作物上的應用

3.1 殺蟲菌在棉花害蟲防治中的應用

作為全球重要的農作物之一，棉花常受到各種害蟲的侵害，其中以棉鈴蟲（Helicoverpa armigera）為主要威脅。棉鈴蟲在其幼蟲階段以棉花的花蕾和棉鈴為食，導致嚴重的產量損失。傳統的防治方法主要依賴化學農藥，然而長期使用可能導致害蟲抗藥性、環境污染和食品殘留問題。

將不同濃度的殺蟲菌被施用于棉花田間試驗，記錄了施用前后的平均害蟲密度（表1）。從數據可以看出，隨著殺蟲菌濃度的增加，害蟲密度降低率逐漸增大，說明殺蟲菌在不同濃度下對棉鈴蟲的控制效果逐漸顯現。

表1 不同濃度的殺蟲菌在棉花害蟲防治中的應用

殺蟲菌作為微生物農藥的代表，在棉花害蟲防治中展現了強大的潛力。以典型的殺蟲菌——綠僵菌為例，它通過其孢子與棉鈴蟲接觸，進而實現害蟲的生物控制。綠僵菌的孢子在棉鈴蟲體表萌發，產生出附著結構，使其能夠牢固附著在害蟲體表上。隨著害蟲的活動，孢子逐漸穿透其外殼，進入害蟲體內。孢子進入害蟲體內后，綠僵菌開始迅速生長并侵入害蟲的組織，釋放出酶分解害蟲的體內組織。這會導致害蟲的生理平衡被打破，最終害蟲會因為綠僵菌的繁殖而死亡。田間試驗數據顯示，殺蟲菌在防治棉鈴蟲方面具有明顯的效果，能夠降低害蟲的種群密度，提高棉花的產量。

3.2 真菌農藥在番茄白粉病防治中的效果

番茄白粉病是番茄生產中常見的病害，其病原真菌易在潮濕環境下擴散，導致葉片上出現白色粉末狀斑點，影響植物生長和果實質量。傳統的防治方法主要依賴化學農藥，然而由于化學農藥的使用不僅對環境造成影響，還可能導致病害菌產生抗藥性，影響了長期防治效果。

真菌類微生物農藥在番茄白粉病防治中表現出了良好的效果。以白僵菌為例，它是一種寄生在害蟲體內的真菌，能夠侵入害蟲的外骨骼并控制蟲群。在番茄白粉病防治中，白僵菌通過孢子接觸和進入害蟲體內，感染并迅速繁殖。繁殖過程中，白僵菌分泌出酶，分解害蟲的外骨骼和內部組織，導致害蟲的生理平衡失調，最終害蟲死亡。溫室試驗數據表明，使用白僵菌作為真菌農藥可以顯著減輕番茄白粉病的病害程度，提高番茄產量和質量。

3.3 病毒農藥在蚜蟲防治中的應用

蚜蟲是許多農作物的主要害蟲，其不僅會直接攝取植物汁液，還可能通過病毒傳播對農作物造成嚴重危害。傳統的蚜蟲防治方法主要依賴化學農藥，然而由于蚜蟲繁殖快速且易產生抗藥性，化學農藥的效果逐漸受到影響。

而病毒類微生物農藥為蚜蟲防治提供了新的途徑，這些微生物農藥利用病毒感染害蟲，控制蚜蟲的種群密度。在防治過程中，病毒感染害蟲后，會破壞害蟲的生理平衡，影響其正常生長和繁殖。此外，病毒類微生物農藥還可能通過影響害蟲的食欲和行為，降低害蟲對農作物的損害。田間應用實例顯示，病毒農藥成功地減少了蚜蟲的種群數量，并降低了病害傳播的風險，從而維護了農作物的健康生長[3]。

4 關于微生物農藥的未來展望

4.1 基因編輯與微生物共生應用

未來微生物農藥的發展將聚焦于創新研究方向，其中基因編輯和微生物共生應用將成為重要的探索領域。基因編輯技術如CRISPRCas9已經在許多領域取得突破，將被用于改造微生物農藥。通過基因編輯，科研人員可以調整微生物農藥的特性，如提高其抗逆性、適應性和殺蟲能力，進一步提高其在防治病蟲害中的效果。微生物共生應用也備受矚目。將多種微生物組合應用于同一農田，通過它們之間的相互作用，取得更加綜合的病蟲害防治效果。例如：某些細菌可以促進植物生長，同時抑制病原微生物的生長，從而實現促進植物生長和防治的雙重效果。

4.2 保護機制的改進，提升微生物農藥效力和穩定性

盡管微生物農藥在環境友好性和生物特異性方面具有優勢，但其效力和穩定性仍是一個挑戰。在未來，科研人員將致力于克服這些技術難題，如保護機制的改進，以進一步提高微生物農藥的效果。微生物農藥在外界環境中容易受到溫度、濕度等因素的影響，從而影響其存活和生物活性[4-6]。因此，開發更加穩定的保護機制，如微膠囊化技術，可以提高微生物農藥在不利環境下的存活率，延長其防治效果。

4.3 微生物農藥與化學農藥的協同應用策略

微生物農藥與化學農藥的協同應用策略也將成為未來的重要發展方向。微生物農藥和化學農藥各自具有不同的作用機制和特點，在害蟲防治中具有互補性。將兩者結合，既可以降低化學農藥的使用量，減少環境風險，又可以克服微生物農藥在特定情況下的限制，提高防治效果[7-9]。科研人員可以通過優化施用劑型、時間和劑量等因素，實現微生物農藥與化學農藥的最佳協同效果。

微生物農藥的未來展望充滿著創新和挑戰。通過基因編輯、微生物共生應用等創新研究方向，微生物農藥的效力和穩定性將得到提高。同時，克服技術難題，改進保護機制，以及微生物農藥與化學農藥的協同應用策略，將為農業生產提供更加可持續、環保的病蟲害防治解決方案。

5 結論

微生物農藥作為一種綠色、環保的植物病蟲害防治手段，在農業可持續發展和食品安全保障方面具有巨大潛力。通過探討微生物農藥的種類、作用機制、優勢和挑戰，以及未來的創新方向和協同應用策略，充分展示了微生物農藥在農業領域中的重要作用，強調了微生物農藥在植物病蟲害防治中的前景，并呼吁進一步深入研究與應用，以推動農業向更加可持續、生態友好的方向發展。

隨著基因編輯和微生物共生應用等領域的不斷創新，微生物農藥的效力和穩定性將得到進一步提升。通過基因編輯技術，可以更精準地調控微生物農藥的特性，使其適應不同環境和害蟲的需求。微生物共生應用也為病蟲害的防治提供了更加多樣化的防治策略，通過不同微生物的協同作用，實現更廣泛、更強效的病蟲害防治效果。這些創新方向不僅為農業生產帶來新的希望，還為科研人員和農業專家提供了廣闊的研究和應用空間。然而，在追求微生物農藥前景的同時，抗藥性問題、技術難題和穩定性改進仍需要不斷努力和創新，并尋求解決方案，以確保微生物農藥能夠持續有效地應對植物病蟲害。

作為生物防治手段的代表，微生物農藥已經在植物病蟲害防治領域取得了顯著的成就。隨著科技的進步和創新的推動，微生物農藥的前景更加廣闊。科研界、農業界和政府部門應繼續加大對微生物農藥研究的支持力度，進一步推動其應用，為農業生產的綠色、可持續發展注入新的活力。