生物农药的发展与苏云金杆菌杀虫剂研究现状_刘保民

2011.01B

总第206期生物农药的发展

在全球范围内，由于农业病虫害所造成的农产品损失每年达到15%~25%.大规模地使用化学农药是当前控制害虫的主要策略。这一措施虽然对于稳定农业产量具有一定的积极作用，但是，由于化学农药的杀虫谱广，田间残效期较长，容易诱发害虫对其产生抗药性，特别是化学农药对农产品和环境的污染，导致妇女流产、婴儿畸变以及诱发人类癌症等各种疾病。因此，使用生物农药防治害虫越来越受到人们的重视。

1．生物农药发展概况

随着人类环境保护意识的增强，高效低毒的生物农药已成为当今农药的发展方向。生物农药是指非人工合成，具有杀虫、杀菌或抗病、除草能力的，并可以制成具有农药功效和商品价值的生物制剂，包括微生物源农药（细菌、病毒、真菌及其次生代谢产物）、植物源农药、动物源农药和抗病虫草害的转基因植物等。相对于常规的化学农药而言，生物农药具有作用方式独特，防治对象专一，对天敌等有益生物安全，用量小，降解快，对人、畜、环境风险性低，适用于病、虫、草害综合防治等特点。1992年，世界环境与发展大会曾明确指出，到2000年要在全球范围内控制化学农药的销售和使用，生物农药的用量达到60%，然而，目前生物农药在全球农药销售总量中仅占2%的市场份额，与预期目标相差甚远。因此，大力发展生物农药已经成为世界各国共同面临的重大任务。我国有关部门提出到2015年，要求生物农药的使用占农药总量的30%~50%，按此比例计算，当前我国农药耗用量每年达120万t，年需生物农药量至少在60万t以上。至2002年底，包括转基因棉花，我国生物农药年产量仅占到农药总产量的10%左右，推广应用面积占到农药总应用面积的12%左右。可见发展生物农药已经成为我国急待解决的重大问题之一。目前，我国正式注册的农药生产企业近2000家，品种约250种，年产量近40万t，总产量仅次于美国。其中，化学农药占农药总量的90%以上，生物农药所占比例不足10%，我国农药品种结构老化，高毒品种仍在继续使用，集中表现为“3个70%”，即杀虫剂约占农药总产量的70%，有机磷农药约占杀虫剂的70%，几个高毒老品种，如，甲胺磷、甲基对硫磷、敌敌畏等约占有机磷农药的70%，这种现状已不能适应现代农业生产发展和环境保护的要求。

生物农药在我国发展有两个高潮，即20世纪60年代-70年代和20世纪90年代以后。在前一个高潮阶段由于当时生物技术水平相对较低，满足不了生物农药对工艺、贮藏和运输要求的条件，除井冈霉素外，未形成有影响的产品。进入20世纪90年代以后，由于生物技术尤其是微生物技术的进步，为生物农药的开发提供了便利，形成了第二个高潮。据《农药登记公告》统计，我国已商品化的生物农药产品主要有以下几类：苏云金杆菌、核型多角体病毒、阿维菌素和农用抗生素等。

不同种类的生物农药各有特点，病毒类生物农药由于病毒无法离体培养，生产中需要大量养殖昆虫，从而使大规模生产受到限制；真菌类生物农药，由于大量培养抗逆孢子技术没有突破，致使产品的保存期和稳定性达不到农药登记的要求，造成规模化生产存在一定的难度；植物源农药由于需要种植大量植物，工业规模化生产受到土地、植被和生态保护等限制；动物源农药主要是被开发成仿生合成农药，直接开发成生物农药难度很大；转基因植物，由于安全性评价问题也影响其推广应用。以苏云金杆菌为代表的细菌类杀虫剂，由于

山西省芮城县生物农药厂刘保民

与

苏云金杆菌杀虫剂研究现状

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AGRICULTURAL TECHNOLOGY&EQUIPMENT

ATE

容易通过现代化发酵技术实现规模化生产，产品便于运输、贮存和应用，因而受到国内外研究者的关注和企业家的广泛重视。

2．苏云金杆菌杀虫剂的研究现状

国际上已商品化的生物农药约30种，以苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis,简称Bt）居主要地位，已有产品为数百种，约占整个生物农药市场的70%以上。1997年销售额达到9.84亿美元，其中半数在美国。苏云金杆菌是一种革兰氏阳性细菌，它在形成芽孢的同时能够产生一种或几种杀虫晶体蛋白组成的伴孢晶体，晶体蛋白为其主要的杀虫活性成分。目前，人们对Bt杀虫晶体蛋白的空间结构与功能、作用机理以及毒素与受体的结合模型进行了深入的研究，在此基础上利用蛋白质工程和基因工程技术构建Bt工程菌，增强Bt杀虫剂的毒力，拓宽其杀虫谱，进一步利用Bt基因及其他抗虫基因来转化植物，以获得害虫难以产生抗性的转基因植物。

由于苏云金杆菌具有高特异性的杀虫活性和对人畜及非目标昆虫的安全性，同时对环境没有不利影响，因而得到了广泛的应用。然而由于Bt杀虫剂的杀虫谱较窄，杀虫活性稳定性差以及残效期短，从而限制了Bt 杀虫剂更广泛的应用。近年来，利用遗传工程技术构建Bt工程菌，扩大杀虫谱，提高杀虫效率，以及将杀虫晶体蛋白基因转入农作物中以获得抗虫植物等方面，都取得了很大的进展。

为了扩大Bt制剂的杀虫范围，人们从自然界分离筛选新的Bt菌株，通过分子生物学技术鉴定克隆出新的杀虫晶体蛋白基因。利用蛋白质工程技术对野生Bt 菌株产生的晶体蛋白进行定点突变，从而扩大Bt制剂的杀虫范围。

由于Bt菌株中表达单一来源的杀虫晶体蛋白基因容易诱发害虫对Bt制剂产生抗性，因此，国内外研究人员在寻找新的抗虫基因的同时，开始尝试在Bt菌株中表达不同来源的抗虫基因，如将Bt基因与蛋白酶抑制剂基因、凝集素基因等其他抗虫基因在同一工程菌中表达。在Bt工程菌中同时表达不同来源的抗虫基因，能够有效增强工程菌的杀虫毒力，拓宽其杀虫谱，通过表达不同来源的抗虫基因还能有效地延缓害虫对Bt杀虫剂产生抗性的速度。此外，人们为了延长Bt杀虫剂的田间残效期，采用微囊化技术包裹苏云金杆菌产生的晶体毒蛋白和芽孢，降低阳光中的紫外线对其造成的损伤，以维持其杀虫毒力。同时，人们还利用基因工程技术敲除Bt染色体上与芽孢形成相关的基因，然后将杀虫晶体蛋白基因转化到该突变株中，由于该突变株不能形成芽孢，因此产生晶体的母细胞不会裂解，晶体毒蛋白由于母细胞囊膜的保护而能够免受紫外线的损害，从而能够大大延长该杀虫剂的田间残效期。

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面积达1600万hm2，成为仅次于粮食的第二大农作物。2001年中国蔬菜总产量2.4亿t，出口额21亿美元，成为出口增长最快的农产品之一。我国是一个蔬菜生产和消费大国，同时也是病虫害发生比较严重的国家，如何有效地防治病虫害一直是广大农民和植物保护工作者面临的主要难题。蔬菜害虫是农业害虫中重要一类，为了有效地控制该类害虫，同时又不破坏生态环境和危害人类健康，其防治应着重利用天敌昆虫或昆虫病原微生物。其中，利用昆虫信息素防控虫情的发展是一项环保、绿色、无公害、无污染的手段，对于出口创汇的蔬菜虫害防治，起到了不可缺少的作用。

我国是农业大国，除粮食作物、蔬菜外，经济作物的种植面积也相当可观。2006年全国棉花种植面积达到533.3万hm2，新疆及其他棉花产区的棉花害虫发生严重，为保证棉桃产量和质量，使用昆虫信息素的防治方法有效抑制了害虫的发生。2007年，仅棉铃虫的信息素诱芯使用量达到几十万粒。近两年，农业上各类害虫的信息素诱芯的使用数量呈快速增长趋势，作为一种害虫防控的生物控制手段已经被广大农民们认可和接受，具有广阔的发展空间。

2．生态效益及发展前景

由于昆虫信息素具有专一性强，对人畜低毒，不污染环境、不伤害天敌的优点，且可广泛应用于农林业生产，海关检疫，仓储害虫的防治，有效地检测和控制害虫的发生，可以作为害虫综合治理的有效手段。同时，随着昆虫信息素的深入研究，还可应用于卫生害虫、文档害虫的防治。对于不便使用农药的公园、露天运动场、宾馆、餐厅等，昆虫信息素都可发挥它的优势，带给人们以真正绿色健康的生活环境。昆虫信息素的合理利用必将为我国生产高质量的农林产品，防止有害生物入侵和人们的绿色健康生活做出积极的贡献。

可以看出，昆虫信息素不仅绿色环保无公害，而且还是高效的生物杀虫剂，防治效果不输于化学农药，使用信息素防治可有效降低农药使用量及防治成本，因其不伤害天敌，不对目标昆虫产生抗药性，故在IPM防治对策中可以使用昆虫信息素作为绿色防治害虫的重要手段。从生产和应用上看，该项技术在我国有着巨大的发展空间和前景。

绿色植保28