微生物杀虫剂应用及其发展.docx

微生物杀虫剂应用及其发展摘要 随着现代生物技术和基因工程在环境保护中的应用及发展，传统的化学农药的弊端越来越明显，微生物农药的兴起有效的填补了这一领域的短板。高效、低毒、无残留的微生物防治和生物农药已成为农业生物工程研究中最为活跃的领域之一，另有研究表明，由于生物防治（包括微生物防治）在环保问题上具有的特殊优势，温室作物有可能在不久的将来不再需要使用传统的化学农药了。本文主要阐述了微生物防治中微生物杀虫剂的研究现状及其应用，并对其发展前景进行展望。关键词 微生物农药 生物防治 环境保护 微生物杀虫剂 微生物杀虫剂是利用微生物的活体制成的。在自然界，存在着许多对害虫有致病作用的微生物，利用这种致病性来防治害虫是一种有效的生物防治方法。从这些病原微生物中筛选出施用方便、药效稳定、对人畜和环境安全的菌种，进行工业规模的生产开发，从而制成微生物杀虫剂。利用微生物防治害虫的研究始自19世纪，到20世纪上半期逐渐进入开发实用阶段。发展较快的是真菌和细菌杀虫剂，到50年代，以苏云金杆菌为代表的细菌杀虫剂已实现工业生产。70年代以来，病毒杀虫剂开始商品化1。微生物杀虫剂是生物科学与工程技术结合发展的产物，随着现代生物工程的迅速发展，微生物杀虫剂将有很大的开发前景。1、 微生物杀虫剂的分类微生物杀虫剂种类很多，已发现的有2000多种，按照微生物的分类可分为细菌、真菌、病毒、原生动物和线虫等。目前，国内研究开发应用并形成商品化产品的主要有细菌类杀虫剂、真菌类杀虫剂、病毒类杀虫剂和抗生素类杀虫剂。其中，抗生素类杀虫剂一般是利用放线菌的代谢产物抗生素，而不直接利用其活体作杀虫剂。其他的如原生动物、线虫和立克次氏体等微生物的利用研究得很少，尚未实用化。故此这里只简单介绍以下三类：1、真菌杀虫剂：真菌杀虫剂是一类寄生谱较广的昆虫病原真菌，是一种触杀性微生物杀虫剂。已发现的昆虫病原真菌约750种，寄生范围很广，但开发成杀虫剂的不多，已试验成功并有一定规模应用的有：利用白僵菌防治马铃薯甲虫、大豆食心虫、松毛虫和玉米螟；利用绿僵菌防治金龟子、孑孓；利用汤普森多毛菌防治柑橘锈螨；利用轮枝孢防治温室蚜虫；利用座壳孢防治粉虱和介壳虫等。2、细菌杀虫剂：细菌杀虫剂是利用对某些昆虫有致病或致死作用的杀虫细菌，及其所含有的活性成分制成，用于防治和杀死目标害虫的生物杀虫制剂。其作用机制是胃毒作用。细菌类杀虫剂是国内研究开发较早的生产量最大、应用最广的微生物杀虫剂。其中研究开发最成功的是利用芽孢杆菌作杀虫剂2，主要品种为苏云金杆菌，已广泛应用于农作物、森林、粮仓和蚊蝇等的防治。苏云金杆菌发现于20世纪初，30年代开始实用化，50年代即有工业生产，70年代以来发展较快，80年代全世界年销售额超过2000万美元。中国在70年代已大量生产，有青虫菌、杀螟杆菌等许多商品名称。苏云金杆菌有很多变种，其芽孢内含毒蛋白晶体，通称-内毒素,是杀虫的主要成分。当孢子进入害虫消化道后，毒素被活化，使害虫麻痹瘫痪而死。由于各变种所含蛋白晶体的结构不同，其毒力和适用的害虫对象也不同。例如应用较广的寇氏变种，用于防治鳞翅目幼虫；以色列变种用于防治孑孓。其他已开发利用的细菌杀虫剂还有日本甲虫芽孢杆菌，用于防治金龟子幼虫颇有效。 3、病毒杀虫剂：病毒是一类没有细胞结构的生物体，主要成份是核酸和蛋白质。病毒侵人昆虫后，核酸在宿主细胞内进行病毒颗粒复制，产生大量的病毒粒子，促使宿主细胞破裂，导致昆虫死亡。寄生于农业害虫的病毒已发现约 200种3，有些已被开发作为病毒杀虫剂。其中大多数属于杆状病毒的核多角体病毒，少数是颗粒体病毒。昆虫病毒有高度的专一寄生性,通常一种病毒只侵染一种昆虫,而对他种昆虫和人无害，因此不干扰生态环境。但由于病毒只能用害虫活体培养增殖，使大规模工业生产受到限制。已经小规模商品化的病毒杀虫剂多数用于防治鳞翅目害虫，例如棉铃虫、舞毒蛾、斜纹夜蛾、天幕毛虫、菜粉蝶等。中国在80年代已广泛试验推广病毒杀虫剂。2、 微生物杀虫剂的特点微生物杀虫剂作为一种农药，与传统化学农药相比，具有以下优点：（1）对非目标生物无害，特异性强 害虫病原体对宿主特异性强，因此，微生物杀虫剂对防治目标以外的生物是安全无害的，不会对人类造成影响。如已有大量研究证明，苏云金杆菌制剂对于鱼类、禽类、哺乳动物和人类是完全安全的。（2）有自然传播感染的能力 对各类昆虫病原体来说，昆虫是最适合其生长发育的培养基，某些还是不可代替的培养基。昆虫病原体进入虫体后会增殖产生芽孢、病毒多角体等具有感染力的繁殖体，这些繁殖体可在昆虫群落中自然传播去感染其它健康昆虫而造成流行病，从而可以起到长期防治的作用。有些病原微生物虽然短期防治效果不佳，但一旦在某一生态环境中定居后，在适宜的环境条件下就可引起昆虫的疾病和死亡，成为经常性抑制虫口的自然因素4。这是任何化学杀虫剂所不具备的特点。 （3）害虫不易产生抗药性 针对一种害虫长期使用同一类化学农药，往往会使其产生抗药性，影响使用效果，而由于微生物杀虫剂多种因素和成分发挥作用，害虫和病菌难以产生抗药性。大量的研究表明，虽然害虫对微生物长期反复的侵染会产生一定的抗性，但是这种抗性的增长是极其缓慢的，也就是说害虫对一些病原微生物的免疫力多年来始终保持在一个很低的水平。（4） 能保护害虫天敌 微生物杀虫剂的选择性强，能有区别地作用于害虫和害虫的天敌，不杀害虫的天敌和有益生物，保持了天敌对害虫的制约作用，不破坏生态平衡生态。（5）易于大规模生产 微生物繁殖快，生长迅速，易变异，可用现代生物技术和基因工程的方法对微生物进行改造，不断改进性能和提高品质。大多种类都可以采用简易的固体发酵法进行生产，无需特别的设备条件，易于进行大规模工业化生产。3、 微生物杀虫剂的生产 微生物杀虫剂有离体和活体培养两种生产方法。离体法是将菌种在发酵罐中用液体深层通空气发酵，工艺过程类似的生产。通常发酵液中产生大量孢子，经沉淀、浓缩、干燥等后处理，再加入、配制成含一定浓度孢子的各种剂型，如液剂、粉剂、可湿性粉剂、颗粒剂等，即可作产品销售使用。由于这种制剂含有活体孢子，对包装和贮存条件要求比较严格。离体法易于大规模工业生产，对细菌、真菌都适用。活体法要用活体害虫寄主来繁殖微生物，实现大规模生产困难较大，利用生物工程的细胞培养技术繁殖病毒的研究工作已在进行，并取得一定的进展。四、研究现状及应用实例目前微生物杀虫剂中以取得较大进展的有两类，一是昆虫病毒，一是苏云金芽孢杆菌（Bt） 1、 昆虫病毒核多角体病毒(NPV)、颗粒体病毒(GV)， 与化学杀虫剂不同，这是抑制害虫种群的病原性天敌。NPV和GV以鳞翅目害虫为特异性寄主，安全性高、可长期保存、易于生产、并与化学杀虫剂具有相似的施用方法， 因而作为优良的生物防治因子，得到世界各国的广泛重视与研究。近年来，日本、美国、加拿大、英国等正着力研究NPV的提速、增效和扩大杀虫谱的途径和机制，已取得突破性进展。特别是日本研究者福原和三桥和佐藤分别发现粘虫痘病毒（Pseudaletia separata EPV）对PuNPV和AcNPV具有极强的增效作用；後藤则发现八字地老虎(Xestia c-nigrum)的颗粒体病毒（XcGV）不仅对XcNPV、HaNPV(棉铃虫NPV)、SeNPV(甜菜夜蛾NPV)等多种NPV具有100-10000倍的增效作用，而且同时使NPV的杀虫速度提高一倍以上、并拓宽NPV的杀虫谱5。GV对NPV提速、增效、扩谱作用的发现，一举突破了NPV应用于农作物防治重大害虫的3大障碍，使NPV首次展示了真正替代化学杀虫剂防治害虫的产业化开发前景。江苏省农科院植保所6引进完整的NPV和GV增效株系及VEF增效基因重组表达体系，为我国开发该项最新技术奠定了坚实的基础，目前已开发出针对水稻螟虫（二化螟、三化螟）的NPV-GV增强型高效生物杀虫剂，对二化螟的杀虫效果均达90%以上。 2、苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis，简称Bt）是目前产量最大、使用最广的生物杀虫剂，随着绿色食品的深入人心，Bt制剂在国内外农药市场上收到普遍欢迎。在20多个省市用于防治粮、棉、果蔬、林业等作物上的20多种害虫，使用面积达5千万亩次。江苏里下河地区农科所7自70年代专业从事苏云金杆菌（Bt）、球形芽孢杆菌（Bs）等微生物农药的研究与生产，是国内最早的生物农药研究机构之一。“九五”期间在研究筛选对夜蛾类等害虫广谱高杀虫活性Bt菌种的基础上，成功地运用Bt与国产氟铃脲(昆虫生长调节剂)两种生物农药增效复配的方式，既克服了Bt制剂的不足，也解决了氟铃脲单独应用成本较高和易产生药害等问题，对一些夜蛾类害虫，在初孵及1-3龄的龄期结构情况下，防效已达到80%左右，药效期7-10天，大大超过了Bt制剂单用的水平8。近年来，深入开展了微生物高效毒株的筛选和生物增效因子的研究，筛选出高毒力Bt菌株Yz-2、和两株对Bt、SeNPV具有显著增效作用的病毒（PuGV-Ps和AsNPV）；率先在省内开展Bt复配制剂的研究，筛选了Bt+阿维菌素等多个增效组合，示范推广效果显著。通过增进毒株毒力、病毒增效因子修饰、复配增效等多重有效手段克服制约微生物杀虫剂应用的瓶颈，提高 Bt、病毒制剂毒力、扩大杀虫谱、增强环境稳定性，为其大规模运用于生产实践，开辟了新的途径。五、微生物杀虫剂开发的限制因素及对策尽管微生物杀虫剂相比于传统化学农药具有无可比拟的优势，但要拓宽微生物杀虫剂的应用范围还有很多限制因素。微生物杀虫剂是通过生物间的相互作用来控制植物病虫害发生的，因此其效果不可能像化学农药那么快速、有效，但它们的防效是持久的、稳定的，因此对微生物杀虫剂的防治效果应该进行长期追踪调查，这样才能制定出使用微生物杀虫剂进行农作物病虫害管理的途径和策略。同时，把微生物杀虫剂的防效与化学农药的防效进行比较，并套用化学防治的使用方法进行生物防治，这是一种错误的思路。因此，应该建立生物农药防治植物病虫害效果的评价体系，从微生物杀虫剂对环境保护、可持续控制、农产品安全等诸方面的影响进行评估，有利于生物农药健康、迅速地发展。微生物杀虫剂进行实验室研究、小试的产品和品种很多，但真正最终实现产业化的却很少，究其原因，主要是未能解决产销用三个环节的实际问题。许多研究人员不大愿意做大范围的田间生物防治试验，因为这种试验费用大，各种干扰因素复杂，获得成果的可能性小。所以，国家政府在经费投入上应对微生物农药的研制及其产业化给予倾斜，鼓励研究人员加快微生物农药的产业化进程，同时对微生物农药产品的商品化应给予优惠条件。 微生物杀虫剂剂型单一、生产工艺落后，产品的理化指标和有效成分含量不稳定，致使成为微生物农药发展的一个瓶颈。因此，要开展产学研联合攻关，筛选能保持新剂型理化性状的助剂配方，筛选能提高新剂型分散性和附着性的表面活性剂，研制出提高生物农药防治效果的新助剂和新剂型。提高微生物农药的防治效果和有效利用率。此外，由于农民长期使用化学农药，首先考虑效果好坏，其次是成本与经济效益的关系，基本不考虑环境污染和农产品残留问题，对微生物农药的优点和可持续控制作用缺乏感性认识，加上微生物农药的毒性低、药效相对慢等弱点和宣传力度不足等原因，使农民对微生物农药的优越性认识不足。因此要加大宣传力度，使广大农民充分认识到生物农药的优越性，同时应加强农产品化学农药残留的检测，严格实行农产品优质优价，使农民真正获得使用生物农药的好处；要抓住当前各级政府大力发展无公害农产品、大面积建设无公害农产品生产基地的契机，促进微生物农药的迅速发展。6、 前景展望 微生物农药是21世纪农药工业的新产业，代表着植物保护的方向，其最大的优势在于能克服化学农药对生态环境的污染和减少在农副产品中农药残留量，同时在示范推广微生物农药应用的过程中，农副产品的品质和价格将大幅度上升，有利地促进农村经济增长和农民增收，社会效益不可估量。微生物农药研究与发展，将有效地实现农产品的优质安全生产，提升农产品的经济附加值，扩大我国农副产品外销市场，推进绿色产业的发展，这些均对发展农村经济、增加农民收入、促进农村繁荣具有重要的推进作用。微生物农药作为无公害农副产品生产的必要生产资料之一，在未来的农作物病虫害防治方面将有巨大的市场需求，因此，进一步加快微生物农药的研制、产业化和推广应用进程，降低农药在农副产品中的残留和对农田生态环境的污染，实现农作物重大病虫害可持续控制，满足我国无公害农产品产业化生产对农业科技的重大需求，必将产生巨大的社会、经济和生态效益。参 考 文 献1邓彩萍.微生物杀虫剂的研发与应用M.中国农业科学技术出版社,2012.2陈志芳. 新杀虫微生物资源筛选利用研究D.南京师范大学,2005.3姚东伟,郑宇,张光星. 病毒杀虫剂的研究现状J. 北方园艺,2008,(03):69-72.4秦启联,程清泉,张继红,王红托,苗麟,李瑄,张寰. 昆虫病毒生物杀虫剂产业化及其展望J. 中国生物防治学报,2012,(02):157-164.5范月蕾,赵晓勤,陈大明,毛开云. 微生物杀虫剂研发现状和产业