生物农药及其应用

生物农药及其应用 湖北省植物保护总站推广研究员2015 09 主要内容 一 生物农药概念和种类二 生物农药作用机理三 生物农药发展的机遇四 作物病害与营养失衡五 作物全程绿色解决方案六 转变工作方式 一 生物农药概念和种类 生物农药主要指以动物 植物 微生物本身或者他们产生的物质为主要原料加工而成的农药 生物农药大致可以分为六类 一是植物源农药 主要原料直接来源于植物体 如苦参碱 印楝素 二是细菌微生物源农药 主要原料为活的细菌 真菌 病毒等 如白僵菌 甜菜夜蛾核型多角体病毒 三是天敌生物农药 主要为自然界本身存在 同时对病虫害有防治效果的人工繁殖动物 如松毛虫赤眼蜂 平腹小蜂 四是生物化学农药 主要原料在生物体中以及存在 对病虫害没有直接毒性 通过调节 干扰作物或病虫害的生长发育起作用 如芸苔素内酯 赤霉酸 诱虫烯 五是蛋白或寡聚糖类农药 使用后能诱导植物对病害产生抗性 如氨基寡糖素 几丁聚糖 香菇多糖 阿泰灵等 六是微生物源抗生素类农药 主要原料是由微生物发酵产生的 如春雷霉素 宁南霉素 阿维菌素 1 植物源农药 植物源农药是指有效成分来源于植物体的农药 主要是指利用植物体内的次生代谢物质 如木质素 黄酮 生物碱等加工而成的农药 这些物质是植物自身防御功能及与有害生物适应演变 协同进化的结果 其中的多种次生代谢物质对昆虫具有拒食 毒杀 麻醉 抑制生长发育及干扰正常行为的活性 对多种病原菌及杂草也有抑制作用 是一类天然的生物源农药 植物源农药的优点 1 对环境友好 植物源农药的主要成分是天然存在的化合物 这些活性物质主要是由C H O等元素组成 来源于自然 在长期的进化过程中已形成了其固定的参与能量与物质的循环代谢途径 受阳光或微生物作用后容易降解或代谢为简单的天然化合物 所以 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 对环境安全 2 对非靶标生物安全 除个别品种外 目前市售植物源农药一般毒性较低 对非靶标生物相对安全 3 不易产生抗药性 植物源农药是从植物中提取而来 大多为多种活性化合物的混合物 同时植物源农药作用方式多样 机理复杂 大多是植物材料粗提取物且各活性成分标靶可能有所不同 由于多种成分协同作用 因此病虫害不易对其产生抗药性 4 作用方式特异 植物源杀虫剂除具有和合成杀虫剂相同的作用方式 触杀 胃毒 熏蒸 外 还表现出一些特异的作用方式 包括拒食 抑制生长发育 忌避 麻醉 抑制种群形成等 上述特殊作用方式并不能直接杀死害虫 而是阻止害虫直接为害或抑制种群形成 达到对害虫可持续控制的目的 5 可以促进作物生长 提高抗病性 植物源农药产品中除含有具有可杀灭病虫草等有害生物的活性成分外 还含有如氨基酸 有机酸 醇 酮等成分 这些成分往往与作物生长及抗逆性有关 故多数产品在田间应用中表现出刺激作物植物生长 提高作物的抗病性和提高植物免疫力 6 种类繁多 开发利用途径多 研究以及发现有6000余种植物具有控制有害生物的活性 研发的候选资源非常丰富 对自然资源中含量高的植物可直接开发利用 即将植物本身或其提取物加工成农药商品 植物源农药的缺点 1 速效性差 相比化学农药 大多数植物源农药速效性差 不适用于防治突发性 爆发性及发生比较严重的病虫害 2 持效性短 植物源农药有效成分易降解 相比化学农药其持效期短 3 需提前用药 二次稀释 与化学农药相比 植物源农药以预防为主 治疗为辅 施用时应抓准用药时机 提前用药效果好 由于活性成分复杂 所以对植物源农药配药时 需要进行二次稀释 以使其溶解更充分 分布更均匀 提高用药效果 防治药害发生 4 易光解 多数植物源农药在强光下容易加快分解并失去活性 同时 干旱 低温一般不利于药效的发挥 因此 应在避光条件下使用 2 细菌微生物农药 细菌农药是指利用细菌或其代谢产物针对农作物病虫害进行抑制或杀灭的生物菌剂 是生物农药中重要种类之一 按有效成分为具有杀虫抑菌生物活性的 无核膜的原核细胞构成的微生物农药 按照其功能主要分为杀虫剂和杀菌剂 前者用于杀灭或防治多种农作物的靶标害虫 如常见的苏云金芽孢杆菌可湿性粉剂 后者主要用于防控或抑制农林作物病害的枯草芽孢杆菌悬浮剂和拌种剂 由于具有毒性低 对人畜安全 不污染环境等优点 使其在现代农业中经常被使用 常见杀虫防病的细菌微生物农药主要品种有 苏云金芽孢杆菌 球星芽孢杆菌 金龟子芽孢杆菌 杀菌剂主要品种有 枯草芽孢杆菌 荧光假单胞杆菌 这些细菌农药品种中 研究最深入 产业化最好的是苏云金芽孢杆菌 阿维菌素和甲基阿维菌素杀虫剂 防治多种病害的枯草芽孢杆菌细菌农药 细菌微生物农药优点 1 对人 畜无毒 使用安全 Bt细菌的蛋白质毒素在人畜和家禽的肠胃里不起作用 2 选择性强 不伤害天敌 只对靶标昆虫有害 对天敌起到保护作用 3 不污染环境 不影响土壤微生物的活动 是一种环境友好型的生物农药 4 无残留 生产的产品可安全食用 同时 也不改变蔬菜的果实色泽和风味 5 相对而言不易产生抗性 虽然害虫对微生物长期反复侵染会产生一定的抗性 但是 这抗性的增长是及其缓慢的 也就是说害虫对一些病原微生物的免疫力多年来可以保持一个很低的水平 细菌微生物农药的使用 1 温度 细菌微生物农药的活性成分是蛋白质晶体和有生命的芽孢 在低温条件下 蛋白晶体不易发生作用 2 湿度 细菌微生物农药中细菌的芽孢喜欢潮湿环境 因此 在田间湿度越大药效越好 一般在清晨或者傍晚有露水时喷施药剂 有利于菌剂较好的粘附在作物表面上 提高药剂的生防效果 3 阳光 阳光中的紫外线直接照射对细菌菌体有一定杀伤作用 所以 喷施细菌微生物农药最好在傍晚或阴天进行 4 雨水 喷施细菌微生物农药后短期内 如遇大雨 会降低药效 但如在施药5小时后下雨 不但不会降低药效 反而会有增效作用 3 天敌生物 天敌生物是指能通过捕食 寄生或其他方式 致使农业害虫死亡或者发育停滞 延缓的一类有益的昆虫 根据天敌昆虫的取食特点 主要分为捕食性天敌昆虫和寄生性天敌昆虫两大类寄生性天敌昆虫按其寄生部位来说 可分为内寄生和外寄生 按发育期又分为卵寄生 幼虫寄生 蛹寄生和成虫寄生 卵寄生昆虫的成虫把卵产入寄主卵内 其幼虫在卵内取食 发育 化蛹 至成虫才咬破寄主卵壳外出自由生活 例如赤眼蜂科 缘腹卵蜂科 黑卵蜂 平腹蜂科 缨小蜂科的大多数种类等 幼虫寄生的昆虫的成虫把卵产入寄主幼虫体内或寄主体外 其幼虫在寄主幼虫体内或体外取食 发育 成熟幼虫在寄主幼虫的体外或体内化蛹 羽化为成虫后自由生活 例如小蜂总科的许多种类 姬蜂总科的许多种类 寄蝇 麻蝇的许多种类等 蛹寄生昆虫的成虫把卵产于寄主蛹内或蛹外 其幼虫在寄主蛹内或蛹外取食 在寄主蛹内或蛹外化蛹 成虫期自由生活 例如小蜂总科 姬蜂总科 寄蝇 麻蝇的许多种类等属于这个类群 成虫寄生昆虫的成虫把卵产于寄主的成虫体上或体内 其幼虫在寄主体内或附在寄主体上取食 发育 在寄主体内或离开寄主化蛹 在小蜂总科 姬蜂总科 寄蝇 麻蝇等中的一些种属于这个类群 转基因生物 转基因生物 一词的最初来源是英语 TransgenicOrganisms 因为在上世纪70年代 重组脱氧核糖核酸技术 rDNA 刚开始应用于动植物育种的时候 常规的做法是将外源目的基因转入生物体内 使其得到表达 即为了达到特定的目的而将DNA进行人为的改造的生物 通常的做法是提取某生物具有特殊功能的基因片段 通过基因技术加入到目标生物当中 因而在早期的英语文献中 这种移植了外源基因的生物被形象地称为 transgenicOrganisms 即 转基因生物 随着分子生物技术的不断发展 尤其是上世纪90年代末以来 科学家们能够在不导入外源基因的情况下 通过对生物体本身遗传物质的加工 敲除 屏蔽等方法也能改变生物体的遗传特性 获得人们希望得到的性状 在此类情形下 没有转入外源基因 严格说就不能再称为转基因 称为 基因修饰 更加合适和全面 因此现在开始用 GeneticallyModifiedOrganisms 简称GMOs 即 基因修饰生物 来代替早期的 TransgenicOrganisms 因此 现在我们所指的 转基因生物 其概念已经为 基因修饰生物 所涵盖 但因为 转基因 一词已经普遍为人们接受 而且外源基因导入仍然是目前分子生物技术在作物育种领域中所采用的主要方法之一 转基因生物 一词就沿用至今 据不完全统计 1996年全球转基因农作物耕种面积170万公顷 到了2000年增至4420万公顷 其中转基因大豆和玉米的耕种面积 约占总耕种面积的80 现在水稻发展也很猛 转基因食品安全性 转基因食品是从实验室中走出来的 是人工制造出来的 在讲究自然 生态 健康消费的今天 转基因食品被不少人视为 异类 被打入 冷宫 可以说 转基因食品的安全性倍受人们的质疑 美国是转基因技术发展最快的国家 其国内转基因农作物种类最多 种植面积也最大 目前美国6o 以上的加工食品都是以转基因农作物为原料 美国公众接受转基因食品的程度也最高 而抗议和抵制转基因食品最强烈的要数欧洲的消费者 据调查 66 的法国人认为转基因食品对人体健康有害 在英国也只有l4 的人接受转基因食品 大多数消费者对转基因食品的安全性持怀疑态从目前的情况看 转基因产品确实在有些方面还说不清楚 据英国媒体报道 1998年秋 英国一位研究人员在电视节目中公布了他的实验成果 用转基因马铃薯饲养大鼠 引起了大鼠器官的生长异常 体重减轻 免疫系统遭到破坏 虽然后来这一实验在英国皇家学会组织的专门评审中定调为共有6项缺陷 但仍然引起了人们对转基因食品一定程度的怀疑 其实 根据国际通行的生物安全评价办法 按照转基因生物对人类 动植物 微生态和生态环境的危害程度 农业转基因生物可分为4个等级 即安全等级I 尚不存在危险 安全等级II 具有低度危险 安全等级I 具有中度危险 安全等级Iv 具有高度危险 可见 对转基因食品的安全措施是有的 只要坚持 预先防范 的原则 是完全可以确保转基因食品安全的 另据介绍 转基因食品的外表和天然食品没有多大差别 它的味道与天然食品相似 或许更好一些 由于转基因生物的产量高 它的成本其实很低 据介绍 从外国登陆的转基因产品要比国内同类天然产品便宜20 一30 有的转基因食品中添加了提高蛋白质 维生素含量的基因 还能给人体补充适量的营养 可以这样说 转基因食品并不可怕 我们早就享受了杂交水稻煮出的饭香 而杂交水稻就是一次性转移了无数个基因形成的 也可以算是转基因植物 其中含有的抗虫 抗病基因对人体并没有坏处 转基因食品的潜在危险 目前的转基因技术可以准确地将DNA分子切断和拼接 进行基因重组 但是异源DNA片段被导入一个生物体后 对受体基因的影响程度不能事先完全地 精确地预测到 受体基因的突变过程及对人类的危害同样是无法预测的 许多人担心转基因技术可能导致一些改变 这些改变并不是人们努力就可以达到十分安全的 转基因食品管理 目前国际上对转基因食品的生产主要有3种管理模式 一是宽松型 以美国为代表 只要经过有关分析 达到要求即允许上市 二是严格型 以欧盟为代表 对转基因潜在风险 产品实验 商品化与环境释放等均作了严格的规定 三是标识制度 即由消费者自由选择 2000年2月在英国爱丁堡召开的转基因食品安全性的国际论坛上 有关人士呼吁各国对转基因食品采取谨慎有理性的评价 关于转基因食品的争沦必须更加开放 更加透明 更加全面 新生物技术与食品安全国际会议2001年7月在曼谷落下帷幕 300多名与会者一致认为 转基因生物对食品安全和人类健康以及生态环境产生直接影响 其重要性不容质疑 关键在于科学和正确的评估 我国于2001年5月23日国务院颁布了 转基因生物安全管理条例 使我国在转基因生物的安全管理方面更加完善具体 转基因食品的安全性现在仍是一个沉重的话题 4 生物化学农药 植物免疫激活蛋白是生物农药中的一种 是指来源于微生物 能使多种农作物的自身免疫力增强的蛋白质物质 他的主要特征是 1 来源于真菌或细菌等微生物 2 能引起植物体内与抗病反应相关的指标升高 3 能使植物自身免疫力增强 产生抗病效果 植物免疫激活剂是对能诱导植物产生免疫抗性的物质的总称 其在农业生产中对农作物的作用效果与人类或动物免疫用的疫苗类似 因此 又被人称为 植物疫苗 能够作为植物免疫激活剂的物质很多 但目前在农业生产中正式作为 植物疫苗 应用的产品主要是两大类 植物免疫激活蛋白和糖炼植物疫苗类产品 包括葡聚糖及其寡糖 壳聚糖及其寡糖 寡聚半乳糖醛酸等 5 微生物源抗生素农药 农用抗生素是指由微生物发酵产生 具有农药功能用于农业上防治病虫草鼠等有害生物的次生代产物 农用抗生素实际上是介于生物农药和化学农药之间的一大类重要的特殊农药 现在生产上应用较多的有 井冈霉素 阿维菌素 多杀霉素等 微生物源抗生素农药优点 1 化学结构复杂 不能或不易通过化学方法合成 2 低毒 低残留 对人畜无害或低毒 使用到田间易被生物或自然因素所分解 不在环境中积累或残留 3 活性高 用量小 选择性好 4 农用抗生素一般是多种有效成分的混合物 各个有效成分的作用机制经历了长期的自然选择 病原菌不易对其产生抗药性 5 许多农用抗生素还是植物免疫诱抗剂 能诱导植物产生系统抗性 兼具增产效果 6 农用抗生素生产原料为淀粉 糖类等农产品 属于再生性生物资源 7 采用发酵工程生产 废液和废水可以回收 对环境污染较小 同一套设备略加改造 就可应用于不同菌种发酵产生不同的抗生素 投入成本较小 微生物源抗生素农药使用 1 对症下药 病虫草害的种类繁多 而农用抗生素的应用范围较窄 具有一定的选择性 如井冈霉素对水稻纹枯病最有效 春雷霉素主要是防治水稻稻瘟病的 2 看天用药 温度 湿度 光照等气象条件都会影响农用抗生素的效果 当气温在10 27度时 害虫取食量和吸收量大 适宜用药 当温度高于30度或者低于10度时 用药效果会差一些 3 适当提前用药 农用抗生素的防治效果比化学农药稍慢 因此 要加强病虫害预报 在发病初期使用 效果较好 4 浓度适宜 科学间隔 浓度低的抗生素 防效差 容易造成浪费 高浓度又可能会造成药害 因此 是由适时施用适宜的农抗制剂 使病虫害获得充足的致死剂量 才能保证防治效果 5 正确配方 混合使用 农药混配可以扩大应用范围 提高防治效率 特别是在暴食性害虫成灾时十分不要 但是大多数农抗不宜与碱性农药混配 在配方混用时要做到随配随用 不可久放 6 对无内吸性农用抗生素 喷雾时要均匀周到 小结 1 优点 结构稳定 针对性强 低毒或无毒 对非靶标安全 环境友好 作用机理独特 不易产生抗性 促进生长 2 缺点 药效慢 持续时间短 有些易光解 3 使用 对症用药 提前用药 二次稀释 适宜的温湿度 几个思考的题外话 1 生物体是以牺牲自己安全生活环境为代价 典型案例 大疫必有大灾 土传病害 2 健康营养不如健康环境3 生物平衡是生物生长的最好环境4 很多生物农药主要作用就是调理平衡 调节代谢 促进生长和环境平衡 二 生物农药作用机理 Bt的作用机理 苏云金芽孢杆菌晶体蛋白被昆虫吃到体内 经过肠道碱性环境溶解成可溶性原毒素 然后 在昆虫肠道蛋白酶的作用下 对原毒素进行激活 活化后的毒素与昆虫中肠柱上皮细胞的膜受体结合 并定位于细胞膜 形成穿孔 进而引起细胞渗透平衡破坏 细胞吸胀破裂 最后 导致肠壁破裂 昆虫得败血症而死亡 生物农药作用机理 植物源农药作用机理 对昆虫具有拒食 毒杀 麻醉 抑制生长发育及干扰正常行为的活性 对多种病原菌及杂草也有抑制作用 天敌生物农药作用机理 通过捕食 寄生或其他方式 致使农业害虫死亡或者发育停滞 延缓 蛋白或寡聚糖类农药作用机理 使用后能诱导植物对病害产生抗性 寡雄腐霉菌作用机理 寄生作用 对20多种植物病原真菌或其它卵菌具有寄生作用 寄生作用的过程包括吸附 缠绕和穿透 寡雄腐霉通过菌丝侵入致病真菌或其他卵菌的组织内 逐渐消耗其体内养分 最终达到杀灭作用 抑制作用寡雄腐霉在生长过程中能产生大量的分泌物 如纤维素酶 胞外溶解酶 蛋白酶 脂肪酶 1 3 葡聚糖酶等 这些分泌物对植物的多种病原真菌菌丝的生长有抑制作用 能够导致病原真菌菌丝细胞壁破裂 穿孔 干瘪 菌丝分化出的分生孢子梗少 产孢量明显下降 诱导抗性分泌出寡雄蛋白 oligandrin 的激素 诱导植物产生抗性 抵抗病原菌的侵入 显著降低病害的发生率 壳寡糖对作物的作用效果 三 生物农药发展的机遇 农产品安全需求 生态环境安全需求 政策取向 1 连续三个一号文件 2013年开展高效低毒农药示范 500万元 10个省 2014年开展高效低毒农药补贴 1000万元 15个省 2015年加强高效低毒农药推广 2000万元 17个省 2 简化生物农药登记程序 3 加大高毒农药定点步伐 去年5个 今年8个 四 作物病害与营养失衡 生物农药与生物肥料没有严格界线 生物农药一般都有促进作物生长的作用 生物肥料一般都能增强作物抗性 控制病虫发生 有些病害是因为作物营养失衡导致 平衡是作物健康 安全生产的基础 简单区别病害还是营养失衡的基本点 是点还是面 作物缺素 葡萄缺钾 棉花缺钾 棉花病害与营养失衡 棉花黄萎病 水稻缺磷与纹枯病 水稻缺钾与矮缩病 水稻缺钙与叶尖枯病 玉米缺镁与细菌性条斑病 小麦缺硼与条锈病 五 作物全程绿色解决方案 基本思路 外循环控制 内循环增体质 外循环从土壤改善 改善土壤结构 控制土传病害 环境控制 保护天敌 种植环境作物 到病虫全程生物防控 内循环就是从种子处理开始 作物全程素质培养到最后产品收获 生物保鲜技术 重要生物防控技术 土壤处理 包括增施有机肥 土壤调理剂 土传病害处理 多链芽孢杆菌 交链孢菌 等 种子处理 包括28 高芸苔素 阿泰灵 作物生育全程生物防控 包括杀虫剂 杀菌剂 生物信息 天敌等适当采用生物与化学结合 生物农药推广示范 嘉鱼县 包菜 萝卜全程生物防控方案长阳县 茶叶 番茄全程生物防控方案 宜昌市茶叶 荆门市蔬菜 曾都区蔬菜 通过项目引导形成全省经济作物全程生物防控技术体系积极探讨生物农药推广应用模式 试验引导 激励示范 合作推广 产业发展 几种主要生物农药品种及使用