生物农药课件

生物农药第一节生物农药概况一、生物农药的发展在农药的发展历史中，生物农药是最古老的一类。

《周李·秋官》就有“莽草熏之”“焚牡菊，以灰洒之”等防治害虫的记述；

19世纪以来，应用生物成分防治有害物从经验上升到科学的试验阶段，如除虫菊、鱼藤和烟草等的应用；20世纪早期，苏芸金杆菌（B.thuringiensis)的发现促进了微生物农药的发展；

20世纪30年代以来，几类植物内源激素先后被发现和利用，20世纪40年代后，由于有机合成农药的发展，使生物农药的研究和开发被忽视而发展缓慢；

20世纪60年代，化学农药的弊端暴露出来，生物农药的研究又受到重视；最近的几十年，生物农药得到了长足发展，中国近三年生物农药增长了80％，2000年销售额所占比例由9％上升至20％。二、生物农药的内涵

过去，生物农药就是指“微生物农药”。后来，其概念发展为“相对于化学农药而言的天然资源的生理活性物质，用于农药的有微生物、植物（除虫菊、烟碱等）、昆虫（性引诱剂、变态激素等）。迄今为止比较公认的定义是，生物农药是可以用来防治病、虫、害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。

生物农药一般可分为直接利用生物体和利用来源于生物体的生理活性物质两大类。三、生物农药的优缺点

由于化学农药大都是抗生物降解的毒害性化合物，能通过食物链在生物体内积累，已造成严重污染，故作物保护从化学防治向生物防治转化是发展的趋势。目前全世界已注册的生物农药约有60多种，年销售额为2.5～3亿美元。1.生物农药的优点（1）对有害物选择性高，对生态系统影响较小；（2）对非靶标昆虫、益虫和人很少或没有影响；（3）昆虫不易产生抗性；（4）在环境中无残留。2.生物农药的局限性（1）已获批准使用的种类较少，仅有20多种；（2）杀虫速度缓慢；（3）一些制剂在环境中不稳定；（4）生产成本较高。四、生物农药研究展望

随着人们对化学农药弊端和环保重要性的进一步认识，生物农药将是21世纪农药研究重点，以下几个方面将会受到重视。作用机制独特的生物农药品种将是研究开发的热点之一。如生长调节物质、行为调控化学物质等。生物与化学方法相结合，开发生物化学农药。生物技术向生物农药研究渗透。如转B.t.抗虫棉等的成功。第二节微生物农药■细菌杀虫剂■病毒杀虫剂■真菌杀虫剂■放线菌杀虫剂■线虫杀虫剂■拮抗微生物■微生物除草剂一、细菌杀虫剂细菌杀虫剂是目前研究和利用的较多的一类微生物农药。根据细菌对昆虫的致病性，将其分为4类：（1）含晶孢子形成杆菌，如苏芸金芽孢杆菌（简称B.t.);（2）专性病原菌，如日本甲虫芽孢杆菌（B.popilliae);（3）兼性病原菌，如铜绿假单胞菌和球形芽孢杆菌等；（4）潜在病原菌，如粘质沙雷氏菌。细菌杀虫剂中最典型的、研究历史有90年之久的例子是芽孢杆菌属（Bacillus）。其中以苏芸金芽孢杆菌、日本甲虫芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、缓病芽孢杆菌（B.lentimorbus）等研究得最多。苏芸金芽孢杆菌（B.thuringiensis

Berliner)是以德国的苏芸金（Thruingen)地方名命名的。1909年德国苏芸金的一个面粉厂，发现一批染病的地中海粉螟幼虫，由柏林纳首先分离出这种细菌，1915年命名为苏芸金芽孢杆菌。苏芸金芽孢杆菌（其制剂简称B.t.制剂）是目前商业开发最为成功的微生物杀虫剂。主要用于防治棉、菜、果等150多种鳞翅目及其他多种害虫，药效比化学农药高55％。据统计，1997年世界B.t.的销售额已达9.84亿美元。（一）作用机制1.苏芸金芽孢杆菌的形态和生活史苏芸金杆菌是营养体较粗壮、直形、能产生芽孢的杆状细菌。一般具周生鞭毛，微动或不动，单个存在或2-4个相连呈短链。革兰氏染色阳性。营养体一般在30℃经24－48h，在菌体偏端处产生卵圆形芽孢，随着芽孢的产生，在孢子囊的另一端产生一个菱形或正方形的伴孢晶体。芽孢是休眠体，在适宜条件下，吸水萌发形成新的营养体，并重复上述发育阶段。所以苏芸金杆菌的生活过程是：芽孢营养体孢子囊（内含芽孢和伴孢晶体）释放出芽孢和晶体2.苏芸金杆菌所产生的杀虫毒素（1）伴孢晶体毒素（δ－内毒素）所有苏芸金杆菌的菌株在正常条件下，都能形成伴孢晶体，伴孢晶体是一种大分子蛋白质，是一种原毒素。伴孢晶体所以对某些昆虫有害，就在于这些昆虫的消化道内pH值是碱性反应（pH8.9以上），并且它的消化液中含有胰蛋白酶类和糜蛋白酶类，十分适合晶体水解，且水解后产生具有毒性末端的多肽。

而伴孢晶体对脊椎动物是无毒的，除了脊椎动物肠道pH值呈酸性反应外，还由于脊椎动物消化液中含的主要是胃蛋白酶类。苏芸金杆菌对鳞翅目昆虫所引起的症状一般表现为行动迟缓、呕吐、腹泻、停止进食，导致最后死亡。（2）热稳定性外毒素（β－外毒素）热稳定性外毒素于1959年发现，由于它对家蝇有毒，也叫蝇毒素。它是细胞分泌的一种水溶性耐热稳定性毒素，120℃，15min的热处理，仍保持活性。这种毒素在菌体生长过程中，在芽孢和晶体形成前即已产生，24h达到最大量。不是所有的苏芸金杆菌的各菌株都能产生热稳定性毒素，只有几种血清型中的一些变种可产生。另外，β－外毒素的产生与培养方法、培养时间、培养基成分和环境的pH值等因素有关。

热稳定性毒素不是蛋白质类物质，而是腺嘌呤核苷酸的衍生物。它的杀虫谱系比伴孢晶体广，遍及鳞翅目、双翅目、膜翅目、鞘翅目和直翅目等多种昆虫。昆虫感病后表现为抑制发育、蜕皮后死亡，阻止化蛹及畸形变态等。热稳定性毒素对高等动物无大的毒害作用。（3）其他毒素

α－外毒素也叫卵磷脂酶C，这种毒素不是苏芸金杆菌所特有的，是许多温血动物和人体的病原菌，如产气荚膜梭菌也能产生。苏芸金杆菌产生的这种毒素能杀死19种叶蜂幼虫，对老鼠也有毒。

β－外毒素这种毒素是一种或多种未鉴定的酶类，能使卵黄琼脂变清。由于未证明其毒性，是否为真正的毒素尚待研究。不稳定性外毒素这种毒素对空气、日光、氧气都很敏感，加热60℃以上，10～15min即被破坏。化学成分已知有17种氨基酸和一个或多个低分子量（200-2000）的肽类，目前还不知整个混合物有毒还是仅一种特殊的肽类有毒。（二）对害虫的释放方式

苏芸金杆菌虽然有很高的环境安全性，但是，在典型的田间条件下（如紫外线降解和雨淋），苏芸金芽孢杆菌在植物叶片上的停留时间只有几小时甚至更短。1980s美国孟山都公司将苏芸金芽孢杆菌的内毒素蛋白基因克隆到寄生在植物上的假单胞菌中，其中能够表达苏芸金芽孢杆菌内毒素蛋白的假单胞菌为死菌，这样可保护苏芸金芽孢杆菌蛋白免遭环境降解。为提高残留活性，还有的在生产B.t.制剂时加入抗紫外保护剂及其他添加剂。（三）用遗传工程手段改进B.t.制剂B.t.制剂由于其本身存在的一些局限性，不能被人们广泛接受，近年来人们采用遗传工程技术来改造B.t.制剂。遗传工程应用在B.t.制剂上的主要研究目的是扩展其用途及生物活性谱。例如，已经商品化的产品就是将分别编码对膜翅目活性和编码对鳞翅目活性的两个质粒接合在一个菌种上，因而其对膜翅目和鳞翅目昆虫均有活性。（四）生产方法

采用传统的分批深层发酵技术。培养基成分为：大豆粗粉15g/L,葡萄糖5g/L，淀粉5g/L。分批发酵的最终产物含有细胞、孢子、胞外酶和蛋白质、其他低分子量物质和杀虫结晶蛋白质。经高速连续流离心分离、丙酮沉淀后，生成的粘稠糊状物再与各种辅助剂（润湿剂、粘着剂、稳定剂）混合，最后制成粉剂或液体包装出售。（五）应用状况B.t.制剂可有效地防治150多种鳞翅目幼虫（其中有些是重要的经济害虫），因此21世纪70年代以来，B.t.制剂已成为防治大田作物、果蔬、观赏植物和仓库害虫的主要生物杀虫剂。苏芸金芽孢杆菌是一些作物综合害物治理的重要手段。苏芸金芽孢杆菌可同信息素、昆虫天敌（寄生赤眼蜂）配合使用防治夜蛾，防治费用虽然与传统化学农药大致相同，但对环境的危害明显减少。（六）其他B.t.制剂能否引起害虫产生抗药性，一直是研究者十分关注的问题。曾经报道的小菜蛾抗性是在苏芸金芽孢杆菌作为单一农药使用、害虫在数年的极端选择压力下产生的。尽管生物杀虫剂可以用作部分化学杀虫剂的代用品，但只有将它与合成的化学杀虫剂结合起来作为害物综合防治措施的一部分，才能发挥生物杀虫剂的最大效力。二、病毒杀虫剂

用于生物防治的病毒主要是杆状病毒（Baculoviruses),由于它从未在脊椎动物或植物中发现，因此被认为是对人类、非目标生物和环境十分安全的微生物。目前已分离到的昆虫病毒有1200多种，已有60余种昆虫病毒被引入大田试验，我国也有20多种进入田间试验，应用最多的有核型多角体病毒（NPV）和颗粒体病毒（GV)。

核型多角体病毒专一性较强，发展很快。目前已开发出10多种产品，包括棉铃虫、菜青虫、斜纹夜蛾等，已有十几家产品获得登记，有代表性的开发单位是中科院武汉病毒所、武大绿洲生物技术公司，产量超过千吨。（一）作用机制

鳞翅目和膜翅目幼虫取食叶片而吞人NPV和GV后，包涵体就溶解于昆虫的碱性（pH9.0～10.5）肠液中，释放出病毒颗粒。病毒颗粒侵染敏感昆虫的肠细胞，然后扩散到其他组织。受侵染幼虫死亡后，向环境释放出大量的包涵体，进而侵染更多的幼虫或进入土中累积起来。（二）病毒杀虫剂的特性（三）病毒杀虫剂的商品化生产方法1.活体生产法在活的寄主昆虫体内生产病毒是目前主要的生产方法取得染病寄主有两种方法：第一种方法是鉴定目标群体大量存在的地理环境，并在这一群体内引人特种病毒接种体，再收集侵染的个体。第二种活体生产方法是采用寄主昆虫的实验室群体和控制引进的病毒。

2.离体生产法

由于用活体寄主昆虫生产病毒杀虫剂存在许多不可捉摸的因素，因此，研究人员对在组织培养系统内产生病毒和病毒制品的可行性也进行了广泛的研究。在细胞培养基上病毒生长有许多优于活体培养的优点：①可大量生产；②过程可实现自动化；③能采用细胞培养技术；④能够严格监测和控制营养及环境条件的变化。不过，尽管离体生产具有这些优点，但病毒的离休生产技术至今还未得到广泛使用，主要原因是在成本上尚无法与已经广泛使用的活性生产技术竞争。

三、真菌杀虫剂

真菌杀虫剂是产量仅次于细菌杀虫剂的另一类生物杀虫剂。目前已发现杀虫真菌约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。球孢白僵菌具有很好开发前景，并在多个国家商品化。块状耳霉菌在我国已商品化。（一）特点

与B.t.制剂和病毒相比，真菌杀虫剂有两个优点:：（1)许多分离物有较宽的寄主范围，可以使多种昆虫染病；（2）真菌通过侵染角质层（表皮）来感染寄主，除了毛虫、甲虫和其他咀嚼口器昆虫以外，还能感染蚜虫和叶蝉。（二）培养

大多数真菌可在人工培养基上生长，但其主要缺点是用量较大、生产成本较高。真菌在液体培养基中生长时，会产生芽生孢子，但由于其壁较薄，比分生孢子存活率低。此外，分生孢子贮存期比B.t.和病毒制剂短，芽生孢子就更差。最近，开发了菌丝断片作杀虫制剂，但这一制剂能否进人商业性开发还有疑问。

四、放线菌杀虫剂

是防治螨类的重要生物杀虫剂五、线虫杀虫剂六、拮抗微生物是指在土壤中同时存在两种以上生物种群时，利用其相互作用（协调、敌对、拮抗）以达到生物防治的目的。第三节农用抗生素

抗生素是由微生物产生的、对生命有拮抗作用的化学品，对微生物病原体十分有效。它在植物病理学方面、尤其在防治植物病害方面的应用是人们兴趣日增的议题。以往一直认为由微生物产生的抗生素具有高效、低毒、安全、易分解和环境污染小等特点，是一种理想农药，故对生物源农药的安全性要求并不高。然而，随着生活水平的提高，人们发现，抗生素虽然不会损害作物，但却有可能产生残留，并且存在潜在的毒性，这是和微生物农药所不同的地方。1.杀真菌剂，如金色制霉素、杀稻瘟菌素、放线菌酮等2.杀细菌剂，例种子传播的烟草细菌性肿瘤可用氯霉素和四环素处理。3.杀病毒剂，最常用的抗生素为氯霉素、放线菌酮和放线菌素D.其机理是利用抗生素来抑制寄主细胞中病毒核酸的复制或蛋白质的合成。4.杀虫剂，杀虫剂的作用机制主要有：抑制乙酰胆碱酯酶；抑制γ一氨基丁酸的神经传递系统；作为离子载体，干扰细胞膜内外的离子平衡，以阻止几了质的合成等。

用于植物保护的抗生素分为以下几类：第四节源于植物的生理活性物质

据统计，全世界至少有26万种不同植物，而在化学性质上进行过调查研究的仅占10％，作为农药研究的更少。植物源农药包括植物体内的次生代谢物质和转基因植物农药。1977年，就曾有报道，植物中次生代谢物质超过40万种，主要有糖苷类、萘酮类、酚类、萜烯类、生物碱类、黄酮类、蛋白质类、噻吩类等化合物。一、杀虫剂

植物天然产物中以杀虫特性著称的当数除虫菊。由于除虫菊具有高效的杀虫活性和对哺乳动物的低毒性，故而是一种理想的害虫防治剂。但是，除虫菊不稳定，在农田作物中防治昆虫不太经济，杀虫性更佳、光稳定性更强的合成拟除虫菊酯已取而代之。鱼藤酮（Rotenone）是众所周知的植物杀虫剂，至今仍受园林工作者的欢迎。另一非常熟悉的商用杀虫剂是烟碱（Nicotine）。

二、杀菌剂

与植物源杀虫剂相比，植物源杀菌剂研究较少。

三、除草剂主要是利用植物的异生相克物质、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。已在30多个科的植物中发现