环境生物技术作业

生物农药 小飞守角制作 生物农药概述 生物农药作用机理 生物农药展望 一 生物农药的起源及发展 第一章生物农药的概述 公元前3000多年 古希腊 荷马史诗 中已有用硫磺熏蒸杀虫防病的记载 公元前5 7世纪 中国有用嘉草 莽草 牡菊 蜃炭黑杀虫的记述 以后的 山海经 齐民要术 本草纲目 天工开物 等古籍中 均有使用植物性 动物性 矿物质药物防治农业有害生物的记载 19世纪以来 在近代科学技术和工业发展的基础上 生物农药的开发逐渐从经验式上升到科学实验阶段 20世纪早期随着微生物学的发展 促进了微生物农药的开发 生物农药的范围得以进一步扩大 从20世纪30年代起 有机合成农药的兴起极大地冲击了生物农药的发展 60年代以来 有害生物综合治理 防治策略的制定及人类环保 健康意识的提高 才使生物农药重新得到重视 并逐渐成为研究和应用的热点 近30年来 科学技术迅猛发展 特别是生物学 生物技术 遗传学和化学等学科与农药学相结合 产生了多种与生物有关的具有农药功能的物质 二 生物农药的概念及分类 1 生物农药的概念 中国农业百科全书 农药卷 中题录为生物农药即为生物源农药 指的是利用生物资源开发的农药 狭义上仅指直接利用生物产生的天然活性物质或生物活体农药 广义概念中还包括按天然物质的化学结构或类似衍生结构人工合成的农药 农药 天然产物农药 人工创制农药 完全创制农药 天然产物模板改造农药 矿物油农药 生物体农药 生物化学农药 矿物农药 生物农药 有机磷类 有机氯类等 氨基甲酸酯类 拟除虫菊酯类 沙蚕毒素类等 无机农药 农药分类图 生物农药即可用来防除病 虫 草等有害生物的生物体本身及源于生物 并可作为 农药 的各种生理活性物质 2 生物农药的分类 生物化学农药 生物体农药 微生物体农药 植物源生物化学农药 动物源生物化学农药 天敌昆虫 捕食螨 转基因昆虫等 生物农药 植物体农药 动物体农药 转基因作物 真菌 细菌 病毒 线虫 微孢子虫等 抗生素 毒素类等 毒素 激素 防卫素 植物源昆虫激素 异株克生物质等 昆虫信息素 昆虫激素 毒素等 微生物源生物化学农药 三 生物农药的特点 生物农药的出现和应用已有悠久的历史 但直到20世纪30年代之后才有了一定的发展 从70年代起 发展非常迅速 该类农药在长期的研究和应用中所表现的特点可归纳为以下几点 1 生物农药的优点 1专一性强 活性高生物农药最显著的特点就是专一性强 在生物体农药中 天敌昆虫 捕食螨常为寡食性或专性寄生 昆虫病原真菌 细菌 线虫 病毒 微孢子虫等均是从肝病昆虫中分离出啦 经人工繁殖在作用于该种昆虫 植物体农药更是有针对性地对某一种特定功能基因进行定性重组或改造 生物化学农药的专一性也较强 如昆虫性信息素只对同种昆虫有效 另外 生物农药特别是生物化学农药对有害生物的活性较高 2 对环境安全生物农药均是天然存在的活体生物或化合物 故在环境中会自然代谢 参与能量与物质循环 施用于环境中或作物上 不易产生残留 不会引起生物富集现象 3 对非靶标生物相对安全生物体农药均是活体生物 若不考虑生态因素 则其对非靶标生物几乎无影响 生物化学农药因活性较高 用量较少 而且对害虫多为胃毒作用 因此也是相对安全的 4 开发利用途径多天敌类动物体农药可以人工繁育 也可以引种释放 微生物类生物农药可以直接利用 也可以经基因重组后利用 生物化学类农药不但可直接利用或经人工合成后利用 也可以采用生物工程技术来定向培养 或采用基因重组转化为植物体农药 因此 可通过多种途径来开发利用生物农药 5 作用机理不同于常规农药传统的杀虫剂大多是神经毒剂 而生物农药尤其是生物化学农药的作用机理一般均较为复杂 可在IPM 抗性治理 协调治理中发挥显著作用 6 种类繁多 选择余地大凡对农业有害生物有控制作用的生物均有可能通过多种途径被开发为生物农药 随着人类环保意识的增强及农业可持续发展战略的实施 生物农药作为一类高效 安全的农药 必将具有广阔的发展前景 7 生产设备通用性较好生物农药的工业生产一般采用液体深层发酵 多用设备为通用设备 一般主要包括 种子罐 发酵罐 浓缩 过滤系统 有效成分的分离提取和干燥装置等 该类设备一般可以满足适用于对不同微生物或微生物代谢产物进行大规模工业化生产的需要 设备用途的多样化 有利于企业根据市场需求变化 从事开展生物农药或其他农业微生物产品的系列化开发 2 生物农药的缺点 1 防治效果一般比较缓慢 2 有效活性成分比较复杂 3 控制有害生物的范围较窄 4 杀虫防病的作用机理特异 5 易受到环境因素的制约和干扰 6 产品有效期短 质量稳定性较差7 产品价格无优势 第二章生物农药的作用机理 根据对生物农药的研究和利用 按来源从以下几个方面对生物农药进行概述 植物源农药 微生物源农药 动物源农药 一 植物源农药 1 植物源杀虫剂 黄酮类 生物碱类 萘醌类 萜 tie 烯类 甾 zai 类 植物杀虫有效成分主要是 毒害 拒食 引诱 趋避 绝育 调节昆虫发育 作用机理 植物中最毒的成分 对昆虫具有毒杀 拒食和抗生作用 萜烯类 生物碱类 萘醌和黄酮类 甾类 主要具有拒食 内吸 毒杀 麻醉 忌避及一定的生长抑制作用 广泛存在于植物中 对昆虫表现为拒食和抗生作用 具有拒食 毒杀和抗生作用 光活化毒素在光照下对害虫的杀伤力成几倍甚至上千倍的提高 是具有发展前景的一类物质 植物精油是一类分子量较小的植物次生代谢物质 主要分为萜烯类 芳香族类 脂肪族类和含氮含硫化合物 它们对昆虫具有驱避或引诱 拒食 抑制生长发育 毒杀等作用 光活化毒素 植物精油 植物源杀虫剂中两类独特成分 2 植物源杀菌剂 与植物源杀虫剂相比 对植物源杀菌剂的研究较少 wilkins等曾报道有1389种植物有可能作为杀菌剂 3 植物源除草剂 植物源除草剂主要是利用植物的异生相克作用 植物产生的某些次生代谢物质 释放到环境中能影响附近同种或异种植物的生长 包括刺激或抑制作用 目前已在30多个科的植物中发现了上百种植物含有除草活性的物质 4 植物内源激素 植物内源激素为植物产生的调节自身生长发育过程的非营养性微量活性物质 它在植物界中普遍存在 不同激素具有不同的调节生理功能 5 植物农药 20世纪末 在世界范围内转基因植物的研究十分活跃 目前投入市场的转基因作物主要为大豆 玉米 棉花 马铃薯及南瓜等 转基因植物的主要性状为耐除草剂 抗虫害和病害 二 微生物源农药 1 微生物源杀虫剂 微生物源杀虫剂 细菌杀虫剂 抗生素杀虫剂 真菌杀虫剂 病毒杀虫剂 原生动物杀虫剂 昆虫病原线虫制剂 细菌杀虫剂 目前筛选出的杀虫细菌约有100多种 Bt 苏云金杆菌 是细菌杀虫剂中的代表 目前已鉴定了70个血清型 82个亚种 是世界上用途最广 开发时间最长 产量最大 应用最成功的微生物杀虫剂 以Bt为例说明生物杀虫剂的作用机理 苏云金芽孢杆菌作用机理 苏云金杆芽孢菌 类芽孢体 孢子和晶体 敏感幼虫体内 内毒素 产生 释放 进入 转化为 真菌杀虫剂 已发现的杀虫真菌有100多属800多种其中以白僵菌 绿僵菌 拟青霉 虫霉等应用较多 全世界先后有50多个产品登记注册 真菌杀虫剂是触杀性杀虫剂 具有其他微生物农药所没有的广泛杀菌等优点 因此世界各国对虫生真菌的研究予以相当的重视 并已取得了较大的发展 目前已经进入大面积的应用阶段 病毒杀虫剂 病毒杀虫剂是用昆虫病毒防治农林害虫 1993年 我国第一个昆虫病毒杀虫剂 棉铃虫核型多角体病毒 HaNPV 取得产品登记 使之正式进入商品化生产领域 目前已知的昆虫病毒有1600多种 60 左右为杆状病毒 可引起110昆虫和螨类发病 可控制将近30 的粮食和纤维作物的主要病虫害 目前研究较多 应用较广的是核多角体病毒 NPV 颗粒体病毒 GV 和质型多角体病毒 CPV 原生动物杀虫剂 原生动物杀虫剂主要为微孢子虫 约有200多种 在中国 利用蝗虫微孢子虫控制草原蝗虫具有较好前景 昆虫病原线虫制剂 已报道对害虫有寄生作用的线虫有100多种 重要的有格氏线虫和斯氏线虫 抗生素杀虫剂 抗生素防治农业害虫的研究始于20世纪50年代近几年中报道的抗生索有3000多种 其中杀虫抗生素占5 左右 特别是阿维菌素的开发利用 被认为是微生物源天然产物研究取得的突破性进展 2 微生物源杀菌剂 直接利用活体微生物进行生物防治的研究很多 目前作为农药开发的杀菌剂主要有芽孢杆菌 假单胞菌 链霉菌 木霉 拟青霉等 此外 病毒外壳蛋白和弱毒株 卫生RNA也用于植物病毒的防治 3 微生物源除草剂 防除杂草的病原微生物主要包括 放线菌 真菌 病毒等 作用机理 微生物源生物除草剂就是依靠活体微生物或其代谢产物的作用 它的过程是将孢子 菌丝 代谢产物等等直接穿透寄主表皮 进入寄主组织 产生毒素 使杂草发病并逐步蔓延 影响杂草植株正常的生理状况 导致杂草死亡 最终达到控制杂草的种群数量的目的 4 微生物源植调剂 赤霉素 细胞分裂素是微生物产生的重要植调剂 利用发酵获得脱落酸是降低生产成本的重要途径 三 动物源农药 动物源农药主要用于害虫的防治 包括动物毒素 昆虫激素 昆虫信息素和天敌动物等 研究最为活跃的是昆虫信息素 动物毒素和昆虫神经肽 1 昆虫信息素 昆虫信息素又称昆虫外激素 大多是长链不饱和烃的醇 酯 醛 酮和环氧化合物 具有引诱 刺激 抑制 控制摄食或产卵 交配 集合 报警 防御等作用 2 动物毒素 动物毒素是动物产生的对有害生物具有毒杀作用的活性物质研究多集中于蜘蛛毒素和黄蜂毒素 动物毒素的研究为人们开发新型杀虫剂提供了新的思路 3 昆虫激素 昆虫激素是由昆虫内分泌腺体产生的具有调节昆虫生长发育功能的微量活性物质 主要有脑激素 蜕皮激素和保幼激素三类 4 昆虫神经肽 昆虫神经肽是一个比较活跃的领域目前主要是基础性研究 离实用化还有相当的距离 5 天敌动物 天敌动物是指对有害生物具有寄