新农业,生物农业
生物农药 讲述要点 I. II. III. IV. V. 定义及分类 生物农药的种类及其特点 生物农药发展动态及应用技术 生物农药的优缺点 生物农药发展前景 Ⅰ基本定义: 生物农药又称生物源农药,一般是指直接 生物农药又称生物源农药 一般是指直接 利用生物活体及其代谢产物制成的用来 防治病害,虫害,杂草等的制剂,其中也 防治病害,虫害,杂草等的制剂 其中也 包括保护生物活体的保护剂, 包括保护生物活体的保护剂,辅助剂和 增效剂,以及模拟某些杀虫毒素和抗生素 增效剂 以及模拟某些杀虫毒素和抗生素 等人工合成的制剂. 等人工合成的制剂. 生物农药的分类 一般情况下,可将生物农药分为2大类:一 类是微生物农药,包括病毒农药,真菌农 药和细菌农药;另一类是生物工程植物. 就微生物农药而言,目前已经研究成功的 主要有微生物杀虫剂,微生物除草剂和 农用抗生素制剂等. 微生物除草剂 细菌杀虫剂 微生物农药 生物工程植物 微生物杀虫剂 农用抗生素 真菌杀虫剂 病毒杀虫剂 OECD(国际经济合作与发展组织)认为生物农药包括: (国际经济合作与发展组织)认为生物农药包括: 信息素:昆虫和植物生长调节剂;植物提取物;微生物; 信息素:昆虫和植物生长调节剂;植物提取物;微生物; 大生物(捕食性和寄生性昆虫天敌) 大生物(捕食性和寄生性昆虫天敌) 欧盟:信息素和植物的作为化学农药进行登记, 欧盟:信息素和植物的作为化学农药进行登记,不允许登 记转基因作物. 记转基因作物. EPA(美国环境保护局)认为生物农药包括:微生物农药 (美国环境保护局)认为生物农药包括: (活体微生物);生物化学农药(信息素,激素,天然的 活体微生物);生物化学农药(信息素,激素, );生物化学农药 昆虫或植物生长调节剂, 昆虫或植物生长调节剂,驱避剂以及作为农药活性成分的 酶);转基因植物. );转基因植物. 转基因植物 英国作物保护委员会( 英国作物保护委员会(The British Crop Protection Council)根据来源将生物农药分为五类: )根据来源将生物农药分为五类: (1)天然产物,来自微生物,植物和动物 )天然产物,来自微生物, (2)信息素,来自昆虫,植物等 )信息素,来自昆虫, (3)活体系统,包括病毒,细菌,真菌,原生动物,线虫 )活体系统,包括病毒,细菌,真菌,原生动物, (4)捕食昆虫和寄生昆虫 ) (5)基因,来自微生物,植物,动物 )基因,来自微生物,植物, 生物农药分类图 张兴,马志卿,李广泽,等. 生物农药评述 Ⅱ生物农药的五大种类及其各自的特点 生物农药 生物合成农药 生物化学农药 生物源农药 仿生合成农药 转基因合成农药 微生物生物农药 植物生物农药 动物生物农药 一,生物源农药 ①微生物生物农药 ②植物生物农药 ③动物生物农药 ①微生物农药 主要包括真菌,细菌,放线菌,酵母菌 和病毒等. 微生物生物农药应用最广的是苏云金芽孢杆菌,自1901 年日本科学家发现苏云金芽孢杆菌(简称B.t.)以来,国内外 科学家对其进行了广泛的研究,积累了大量的研究资料,取 得了重要成果.据报道,发现苏云金芽孢杆菌菌株多达 60000多株,制 备生产苏云金芽孢杆菌产品达100多种,在 全球范围内用于防治农业,林业病虫害的微生物农药,其中 苏云金芽孢杆菌产品占90%,广泛用于防治稻苞虫,稻纵 卷 叶螟和粘虫,松毛虫,茶毛虫和玉米螟等多种害虫. 微生物农药杆状病毒用作生物控制剂和杀虫增效剂,用 于防治农作物和森林害虫也有良好的效果. ②植物生物农药 是指从植物体中提取具有抗菌抗病毒或杀虫效果的成 分;或者从植物体中分离纯化有农药活性的新物质作 为结构模板,进行结构的多级优化,从而制造低毒高 效新农药,称这种农药为植物源农药. 据报道,全球有杀虫植物2400多种,杀菌植物2000多种,除草植物 1000多种. 主要杀虫(菌)的植物有菊科植物的除虫菊,对菜青虫,蚜 虫,蚊蝇 等多种昆虫有毒杀作用;万寿菊提取物对豆蚜,菜青虫等具有毒杀或驱 避作用.楝科中的印楝,苦楝和川楝,如印楝的提取物印楝素,对果树 害虫和蔬菜害 虫具有驱避和拒食作用,而且对人畜无害.卫矛科中的苦 皮藤的提取物苦皮藤素,对水稻,玉米和蔬菜害虫有良好的防治功效. 还有柏科植物中的沙地柏,瑞香科植 物中的瑞香狼毒等多种植物,也是 难得的植物农药的资源等. ③动物生物农药 是指由动物产生的毒素或激素(如脑激 素和性信息素等).它们对害虫有毒杀 效果,或者抑制昆虫的生长发育和干扰 新陈代谢,从而控制害虫对农作物,森 林和果树的危害. 二,生物化学农药 生化农药对靶标有害生物必须是直接毒 杀作用之外的作用方式,如调节生长, 干扰取食,产卵,觅偶等行为. 此类农药必须是天然存在的,如用人工 有机合成,产品主要化学成分的分子结 构必须与模拟的天然存在类似物分子结 构相同. 生物化学农药包括有昆虫化学信息素, 昆虫激素,内源植物生长调节剂等. 三,生物合成农药 一般通过微生物发酵工艺,以微生物代谢次 生物质为有效成分的农药,其有效成分实际 上是生物合成有机化学物质. 此类农药中用于防治农业有害生物的抗生素 农药,一般具有药效高,针对性强,无药害, 与环境相容较好等优点,但因其有效成分也 是有机化学物质,因此也具有一般有机化学 农药往往存在的抗药性,农产品中残留污染 等问题. 生物合成农药目前主要品种是杀菌剂,如井 冈霉素,春雷霉素,多抗霉素等,杀虫剂如 阿维菌素(该品种亦具杀螨与杀线虫活性), 杀螨剂如浏阳霉素,植物生长调节剂如细胞 分裂素 等. 四,仿生合成农药 采用人工有机合成方法,产品在有效成分分子结构上 仿照了某种生物源物质. 仿生合成产品与天然物除生产规模与成本不同外,在 有效成分分子结构上往往也有许多变动,目的一般主 要为降低成本,提高药效,增强稳定性,有时也为降 低毒性,减缓抗药性.但是,只有不但作用机制相同, 而且在分子基本结构,主要功能团,甚至分子结构的 立体构像也相同或相似的情况下,才属于仿生合成范 畴. 五,转基因合成农药 .转基因作物其中与植物有关的:一是抗 虫抗病转基因作物,二是耐除草剂作物. 对于转入外源基因的抗虫作物,如转 B.t.抗虫棉花,玉米作物,它们不属 于传统的农业防治抗虫育种,也不是生 物防治,而相当于利用作物本身生物合 成有效成分,与生物合成农药类似.在 作物体内合成B.t.内毒素与在作物体 外施用B.t.制剂对害虫的作用类似, 甚至产生抗药性副作用的情况亦相似. 因此,可以把这类转基因抗虫作物按农 药对待. Ⅲ 生物农药发展动态及应用技术 生物工程对生物农药的影响 植物性农药 微生物农药 一,生物工程对生物农药的影响 1.1生物工程促进生物农药的发展 生物工程技术为生物农药的发展注入了新的活力. 如转B.t.病毒(B.t.毒素基因在昆虫病毒中表达),转基 因捕食螨,转B.t.基因棉,转B.t.玉米,转B.t.马铃薯, 转Cpt I烟草(水稻/马铃薯/草莓)等. 细胞工程学使药源植物如印楝,鱼藤等的细胞离 体培养取得突破;生物技术如酶联免疫分析技术用来检 测有机化学农药的残留,反过来又促进生物农药的发展; 抗除草剂的农作物品种的推广,使除草剂的用量大幅度 提高,如由于耐农达除草剂的转基因作物的推广应用使 得农达使用量最近5年在全球以每年20%的速度递增 1.2转基因抗虫,抗病作物 对传统农药造成冲击,抗虫作物的出现使杀 虫剂的生产和销售有所下降,害虫种类的演替也 导致农药品种发生变化.杀菌剂总体变化不大, 但部分品种也受到影响,呈下隆趋势.有人估计: 到2005年,转基因作物在农药市场中所占份额将 达到15%~20%,约60亿美元,全球1999年种植面 积达到880万hm2.以转基因抗虫棉为例,美国 1998年已推广棉花播种面积40%,我国也有200 万亩,安徽省1999年就达40万亩.以棉铃虫防治 减少一半用药计,其效益也相当可观. 1.3转基因作物面临的问题 转基因作物通过5年多的推广,所面临的问题也日益暴露出来.主 要表现在: ①对人类和环境的安全性; ②抗性风险(a,室内用转基因棉花叶片饲养棉铃虫6~12代, 抗性指数从1.5倍增到4.4倍;b,一般预测转基因作物的使用寿命 为8~10年;c,超级抗性生物的出现;d,抗性基因的漂移等); ③防治上的局限性:如转B.t.基因棉,防治棉铃虫的效果随其代数 而降低,第1代不须用药,但第3和4代每100株仍有 20~40头3~4龄幼虫,每代仍须喷药3~4次; ④昆虫群落的演替(a,次要害虫上升为主要害虫:转基因棉株体 内单宁,酚类化合物分别降低22%和24%,导致棉蚜,棉红蜘蛛, 棉粉虱,棉蓟马,棉盲蝽等害虫的数量急剧上升;b,天敌种群数 量呈下降趋势:如棉田龟纹瓢虫及寄生蜂下降约20%~90%). 二,植物性农药 2.1光活化农药 近年来,人们发现一些植物次生物质在光照条件下对害虫的毒效可 提高几倍,几十倍甚至上千倍,显示出光活化特性. 自从呋喃香豆素类化合物--花椒毒素的光活化性质被首次发现以来, 陆续发现的植物源光活化毒素主要有:呋喃香豆素类(线型--花椒毒 素;角型--当归根素),多炔类与噻吩类,生物碱类,扩展醌类,其 它化合物. 自70年代以来,光活化农药的研究取得了重要进展.目前光活化杀 虫剂已开始应用于田间,特别是在防治蚊子幼虫方面获得成功.聚 乙炔类化合物作为有害生物控制剂在加拿大已取得了专利保护,有 些已商品化生产,如赤藓红B.除了用于杀虫外,光活化农药也用于 杀病毒,病菌,线虫等.与一般化学农药相比,光活化农药具有高 效,低毒,低残留,选择性强等优点,对人畜安全,作为一类新型无 公害农药有巨大的潜力. 2.2印楝素(AZ) 印楝是目前世界上公认的理想的杀虫植物. 印楝素是一类高度氧化的柠檬素,带有许多相似 的官能团.从印楝种子中曾分离出AZ-A至AZ-G 7种活性化合物,其中A是最主要杀虫成分.印楝 素及其制剂对昆虫具有拒食,忌避,生长调节, 绝育等多种作用.目前,已知印楝素制剂对400 余种昆虫表现不同的生物活性. 2.3鱼藤酮(rotenone) 鱼藤酮是从鱼藤属,灰叶属等植物中提取出来的一 种有杀虫活性的物质,具有触杀,胃毒,生长发育抑 制和拒食作用. 目前已知鱼藤酮对15个目137个科的800多种害虫 具有较高的生物活性而对人畜安全,易光解变成无毒 或低毒的化合物,在环境中残留时间短,对环境无污染. 其药源植物分布广泛,生长迅速,鱼藤酮类杀虫剂的大 量使用,会带来巨大的经济及生态效益.目前室内已 可以通过组织培养途径获得鱼藤酮及其类似物,而对 其立体构型的研究有望进一步提高其杀虫效果. 2.4精油 精油是指植物组织中的水蒸气蒸馏成分,常常具 有植物特征性气味,通常含有分子量的萜烯及生物 酚类,大多数精油是由几十种到几百种化合物组成 的复杂混合物. 精油对昆虫具有引诱,杀卵,熏蒸,忌避和影响 昆虫生长发育等作用.某些精油对昆虫具有神经 毒性,如某些精油可抑制昆虫的乙酰胆碱酯酶,有的 是章鱼胺的拮抗剂. 与有机农药混配,其混配作用主要为:增效作用, 溶剂作用和掩盖有机农药不良气味的作用. 2.5其它植物性农药 青蒿素是从青蒿(黄花蒿)中分离出来的倍半萜类化合 物,青蒿素及其类似物对菜粉蝶,小菜蛾幼虫具有拒食 活性; 茼蒿素是从蔬菜茼蒿中分离出来的活性化合物,茼蒿素 及其类似物对小菜蛾,菜粉蝶和斜纹夜蛾幼虫具有较 好的拒食,生长发育抑制和毒杀活性,能明显地降低 菜粉蝶幼虫体壁,血淋巴,血淋巴蛋白质,血淋巴总 糖原和幼虫糖原的含量,少血细胞数量,抑制中肠酯酶的 活性; 除虫菊酯是除虫菊中分离出来的杀虫活性物质,天然成 分具有光不稳定性,是一类有较长历史的植物性杀虫 剂; 三,微生物农药 微生物农药是能够用来杀虫,灭菌,除草以及 调节植物生长等的微生物的活体及其代谢产物. 包括农用抗生素和活体微生物农药,主要种类 有昆虫病原细菌,昆虫病原真菌,昆虫病原病 毒,昆虫病原原生动物,昆虫病原线虫,昆虫 病原立克次体. Ⅳ 生物农药的特点 与传统的化学合成农药相比,生物源农药具有下述特点: 与传统的化学合成农药相比,生物源农药具有下述特点: (1)专一性强,活性高; )专一性强,活性高; (2)具有选择性,防治谱较窄; )具有选择性,防治谱较窄; (3) 对环境的压力较小; ) 对环境的压力较小; ( 4)大多数生物源农药作用缓慢, 在遇到有害生物大量发生 ) 大多数生物源农药作用缓慢, 迅速蔓延时往往不能及时控制为害; 迅速蔓延时往往不能及时控制为害; (5)作用机理不同于常规农药,抗性产生慢; )作用机理不同于常规农药,抗性产生慢; (6)开发利用途径多,基因工程,发酵工程. )开发利用途径多,基因工程,发酵工程. 此外,生物农药还具有如下缺点: 此外,生物农药还具有如下缺点: (1)多数天然产物化合物结构复杂,不易合成或合成成 )多数天然产物化合物结构复杂, 本太高; 本太高; 湿等; (2)受环境因素影响较大,特别是光,温,湿等; )受环境因素影响较大,特别是光, (3)活性成分稳定性差,易分解,制剂成分复杂,不易 )活性成分稳定性差,易分解,制剂成分复杂, 标准化; 标准化; (4)菌剂含活菌,难以对制剂制定出相应的标准; )菌剂含活菌,难以对制剂制定出相应的标准; (5)植物的采集具季节性等且分布存在地域性,加工场 )植物的采集具季节性等且分布存在地域性, 多种因素限制; 地的选择受 多种因素限制; (6)有些生物源农药毒性也较高. )有些生物源农药毒性也较高. Ⅴ 生物农药的前景 (1)生物农药目前在世界农药市场所占的份额还很小. )生物农药目前在世界农药市场所占的份额还很小. 1995年全球农药市场是 年全球农药市场是290亿美元,其中生物农药为 亿美元, 年全球农药市场是 亿美元 其中生物农药为3.8 亿美元,约占世界农药市场的 亿美元,约占世界农药市场的1.3%.截至 .截至2000年,我国已注 年 册登记生物农药有效成分品种77个 册登记生物农药有效成分品种 个,占农药有效成分品种的 13.4%;产品691个,占注册登记农药产品的 ;产品 个 占注册登记农药产品的7.1%.产量接近 . 10万吨制剂,使用面积4亿亩次. 万吨制剂,使用面积 亿亩次 亿亩次. 万吨制剂 (2)生物农药具有对人畜毒性小,环境兼容性好,有害生物 )生物农药具有对人畜毒性小,环境兼容性好, 不易产生抗性等突出优点, 不易产生抗性等突出优点,符合现代社会对农业生产及农药 的要求. 的要求. 普通农药 终结于 生物农药 终结于 绿色农药 在众多新型农药中,生物农药可以说是绿色 农药的首选品种之一; 但是不能说凡是生物合成的物质就天然是 绿色的; 生物农药的发展应该与化学农药的发展一 样,都朝着绿色农药的方向进军,目标是绿色 生物农药. 绿色农药的特点 有很高的生物活性,即控制农业有害生物药 效高,单位面积使用量小; 选择性高,包括对农业有害生物的自然天敌 和非靶标生物无毒或毒性极小; 对农作物无药害; 使用后在农作物体内外,农产品以及在土 壤,大气,水体中无残留或即使有微量残 留也可以在短期内降解,生成无毒天然物质 而完全融入大自然. 21世纪农药发展的趋势:绿色农药与 绿色农药制剂 绿色农药和绿色农药制剂就是用无公害的 原材料和不生成有害副产品的工艺制备生 物效率高,药效稳定,易于操作使用,对 环境友好的农药产品.使用绿色农药不仅 可以保护作物的正常生长,保证农作物的稳 产丰收,而且为农业乃至国民经济的持续发 展提供保障. 与绿色农产品相适应,未来的化学农药品种 也应该是绿色农药(包括绿色农药制剂).绿 色农药应能直接应用于绿色农产品的生产.
新农业,生物农业
生物农药 讲述要点 I. II. III. IV. V. 定义及分类 生物农药的种类及其特点 生物农药发展动态及应用技术 生物农药的优缺点 生物农药发展前景 Ⅰ基本定义: 生物农药又称生物源农药,一般是指直接 生物农药又称生物源农药 一般是指直接 利用生物活体及其代谢产物制成的用来 防治病害,虫害,杂草等的制剂,其中也 防治病害,虫害,杂草等的制剂 其中也 包括保护生物活体的保护剂, 包括保护生物活体的保护剂,辅助剂和 增效剂,以及模拟某些杀虫毒素和抗生素 增效剂 以及模拟某些杀虫毒素和抗生素 等人工合成的制剂. 等人工合成的制剂. 生物农药的分类 一般情况下,可将生物农药分为2大类:一 类是微生物农药,包括病毒农药,真菌农 药和细菌农药;另一类是生物工程植物. 就微生物农药而言,目前已经研究成功的 主要有微生物杀虫剂,微生物除草剂和 农用抗生素制剂等. 微生物除草剂 细菌杀虫剂 微生物农药 生物工程植物 微生物杀虫剂 农用抗生素 真菌杀虫剂 病毒杀虫剂 OECD(国际经济合作与发展组织)认为生物农药包括: (国际经济合作与发展组织)认为生物农药包括: 信息素:昆虫和植物生长调节剂;植物提取物;微生物; 信息素:昆虫和植物生长调节剂;植物提取物;微生物; 大生物(捕食性和寄生性昆虫天敌) 大生物(捕食性和寄生性昆虫天敌) 欧盟:信息素和植物的作为化学农药进行登记, 欧盟:信息素和植物的作为化学农药进行登记,不允许登 记转基因作物. 记转基因作物. EPA(美国环境保护局)认为生物农药包括:微生物农药 (美国环境保护局)认为生物农药包括: (活体微生物);生物化学农药(信息素,激素,天然的 活体微生物);生物化学农药(信息素,激素, );生物化学农药 昆虫或植物生长调节剂, 昆虫或植物生长调节剂,驱避剂以及作为农药活性成分的 酶);转基因植物. );转基因植物. 转基因植物 英国作物保护委员会( 英国作物保护委员会(The British Crop Protection Council)根据来源将生物农药分为五类: )根据来源将生物农药分为五类: (1)天然产物,来自微生物,植物和动物 )天然产物,来自微生物, (2)信息素,来自昆虫,植物等 )信息素,来自昆虫, (3)活体系统,包括病毒,细菌,真菌,原生动物,线虫 )活体系统,包括病毒,细菌,真菌,原生动物, (4)捕食昆虫和寄生昆虫 ) (5)基因,来自微生物,植物,动物 )基因,来自微生物,植物, 生物农药分类图 张兴,马志卿,李广泽,等. 生物农药评述 Ⅱ生物农药的五大种类及其各自的特点 生物农药 生物合成农药 生物化学农药 生物源农药 仿生合成农药 转基因合成农药 微生物生物农药 植物生物农药 动物生物农药 一,生物源农药 ①微生物生物农药 ②植物生物农药 ③动物生物农药 ①微生物农药 主要包括真菌,细菌,放线菌,酵母菌 和病毒等. 微生物生物农药应用最广的是苏云金芽孢杆菌,自1901 年日本科学家发现苏云金芽孢杆菌(简称B.t.)以来,国内外 科学家对其进行了广泛的研究,积累了大量的研究资料,取 得了重要成果.据报道,发现苏云金芽孢杆菌菌株多达 60000多株,制 备生产苏云金芽孢杆菌产品达100多种,在 全球范围内用于防治农业,林业病虫害的微生物农药,其中 苏云金芽孢杆菌产品占90%,广泛用于防治稻苞虫,稻纵 卷 叶螟和粘虫,松毛虫,茶毛虫和玉米螟等多种害虫. 微生物农药杆状病毒用作生物控制剂和杀虫增效剂,用 于防治农作物和森林害虫也有良好的效果. ②植物生物农药 是指从植物体中提取具有抗菌抗病毒或杀虫效果的成 分;或者从植物体中分离纯化有农药活性的新物质作 为结构模板,进行结构的多级优化,从而制造低毒高 效新农药,称这种农药为植物源农药. 据报道,全球有杀虫植物2400多种,杀菌植物2000多种,除草植物 1000多种. 主要杀虫(菌)的植物有菊科植物的除虫菊,对菜青虫,蚜 虫,蚊蝇 等多种昆虫有毒杀作用;万寿菊提取物对豆蚜,菜青虫等具有毒杀或驱 避作用.楝科中的印楝,苦楝和川楝,如印楝的提取物印楝素,对果树 害虫和蔬菜害 虫具有驱避和拒食作用,而且对人畜无害.卫矛科中的苦 皮藤的提取物苦皮藤素,对水稻,玉米和蔬菜害虫有良好的防治功效. 还有柏科植物中的沙地柏,瑞香科植 物中的瑞香狼毒等多种植物,也是 难得的植物农药的资源等. ③动物生物农药 是指由动物产生的毒素或激素(如脑激 素和性信息素等).它们对害虫有毒杀 效果,或者抑制昆虫的生长发育和干扰 新陈代谢,从而控制害虫对农作物,森 林和果树的危害. 二,生物化学农药 生化农药对靶标有害生物必须是直接毒 杀作用之外的作用方式,如调节生长, 干扰取食,产卵,觅偶等行为. 此类农药必须是天然存在的,如用人工 有机合成,产品主要化学成分的分子结 构必须与模拟的天然存在类似物分子结 构相同. 生物化学农药包括有昆虫化学信息素, 昆虫激素,内源植物生长调节剂等. 三,生物合成农药 一般通过微生物发酵工艺,以微生物代谢次 生物质为有效成分的农药,其有效成分实际 上是生物合成有机化学物质. 此类农药中用于防治农业有害生物的抗生素 农药,一般具有药效高,针对性强,无药害, 与环境相容较好等优点,但因其有效成分也 是有机化学物质,因此也具有一般有机化学 农药往往存在的抗药性,农产品中残留污染 等问题. 生物合成农药目前主要品种是杀菌剂,如井 冈霉素,春雷霉素,多抗霉素等,杀虫剂如 阿维菌素(该品种亦具杀螨与杀线虫活性), 杀螨剂如浏阳霉素,植物生长调节剂如细胞 分裂素 等. 四,仿生合成农药 采用人工有机合成方法,产品在有效成分分子结构上 仿照了某种生物源物质. 仿生合成产品与天然物除生产规模与成本不同外,在 有效成分分子结构上往往也有许多变动,目的一般主 要为降低成本,提高药效,增强稳定性,有时也为降 低毒性,减缓抗药性.但是,只有不但作用机制相同, 而且在分子基本结构,主要功能团,甚至分子结构的 立体构像也相同或相似的情况下,才属于仿生合成范 畴. 五,转基因合成农药 .转基因作物其中与植物有关的:一是抗 虫抗病转基因作物,二是耐除草剂作物. 对于转入外源基因的抗虫作物,如转 B.t.抗虫棉花,玉米作物,它们不属 于传统的农业防治抗虫育种,也不是生 物防治,而相当于利用作物本身生物合 成有效成分,与生物合成农药类似.在 作物体内合成B.t.内毒素与在作物体 外施用B.t.制剂对害虫的作用类似, 甚至产生抗药性副作用的情况亦相似. 因此,可以把这类转基因抗虫作物按农 药对待. Ⅲ 生物农药发展动态及应用技术 生物工程对生物农药的影响 植物性农药 微生物农药 一,生物工程对生物农药的影响 1.1生物工程促进生物农药的发展 生物工程技术为生物农药的发展注入了新的活力. 如转B.t.病毒(B.t.毒素基因在昆虫病毒中表达),转基 因捕食螨,转B.t.基因棉,转B.t.玉米,转B.t.马铃薯, 转Cpt I烟草(水稻/马铃薯/草莓)等. 细胞工程学使药源植物如印楝,鱼藤等的细胞离 体培养取得突破;生物技术如酶联免疫分析技术用来检 测有机化学农药的残留,反过来又促进生物农药的发展; 抗除草剂的农作物品种的推广,使除草剂的用量大幅度 提高,如由于耐农达除草剂的转基因作物的推广应用使 得农达使用量最近5年在全球以每年20%的速度递增 1.2转基因抗虫,抗病作物 对传统农药造成冲击,抗虫作物的出现使杀 虫剂的生产和销售有所下降,害虫种类的演替也 导致农药品种发生变化.杀菌剂总体变化不大, 但部分品种也受到影响,呈下隆趋势.有人估计: 到2005年,转基因作物在农药市场中所占份额将 达到15%~20%,约60亿美元,全球1999年种植面 积达到880万hm2.以转基因抗虫棉为例,美国 1998年已推广棉花播种面积40%,我国也有200 万亩,安徽省1999年就达40万亩.以棉铃虫防治 减少一半用药计,其效益也相当可观. 1.3转基因作物面临的问题 转基因作物通过5年多的推广,所面临的问题也日益暴露出来.主 要表现在: ①对人类和环境的安全性; ②抗性风险(a,室内用转基因棉花叶片饲养棉铃虫6~12代, 抗性指数从1.5倍增到4.4倍;b,一般预测转基因作物的使用寿命 为8~10年;c,超级抗性生物的出现;d,抗性基因的漂移等); ③防治上的局限性:如转B.t.基因棉,防治棉铃虫的效果随其代数 而降低,第1代不须用药,但第3和4代每100株仍有 20~40头3~4龄幼虫,每代仍须喷药3~4次; ④昆虫群落的演替(a,次要害虫上升为主要害虫:转基因棉株体 内单宁,酚类化合物分别降低22%和24%,导致棉蚜,棉红蜘蛛, 棉粉虱,棉蓟马,棉盲蝽等害虫的数量急剧上升;b,天敌种群数 量呈下降趋势:如棉田龟纹瓢虫及寄生蜂下降约20%~90%). 二,植物性农药 2.1光活化农药 近年来,人们发现一些植物次生物质在光照条件下对害虫的毒效可 提高几倍,几十倍甚至上千倍,显示出光活化特性. 自从呋喃香豆素类化合物--花椒毒素的光活化性质被首次发现以来, 陆续发现的植物源光活化毒素主要有:呋喃香豆素类(线型--花椒毒 素;角型--当归根素),多炔类与噻吩类,生物碱类,扩展醌类,其 它化合物. 自70年代以来,光活化农药的研究取得了重要进展.目前光活化杀 虫剂已开始应用于田间,特别是在防治蚊子幼虫方面获得成功.聚 乙炔类化合物作为有害生物控制剂在加拿大已取得了专利保护,有 些已商品化生产,如赤藓红B.除了用于杀虫外,光活化农药也用于 杀病毒,病菌,线虫等.与一般化学农药相比,光活化农药具有高 效,低毒,低残留,选择性强等优点,对人畜安全,作为一类新型无 公害农药有巨大的潜力. 2.2印楝素(AZ) 印楝是目前世界上公认的理想的杀虫植物. 印楝素是一类高度氧化的柠檬素,带有许多相似 的官能团.从印楝种子中曾分离出AZ-A至AZ-G 7种活性化合物,其中A是最主要杀虫成分.印楝 素及其制剂对昆虫具有拒食,忌避,生长调节, 绝育等多种作用.目前,已知印楝素制剂对400 余种昆虫表现不同的生物活性. 2.3鱼藤酮(rotenone) 鱼藤酮是从鱼藤属,灰叶属等植物中提取出来的一 种有杀虫活性的物质,具有触杀,胃毒,生长发育抑 制和拒食作用. 目前已知鱼藤酮对15个目137个科的800多种害虫 具有较高的生物活性而对人畜安全,易光解变成无毒 或低毒的化合物,在环境中残留时间短,对环境无污染. 其药源植物分布广泛,生长迅速,鱼藤酮类杀虫剂的大 量使用,会带来巨大的经济及生态效益.目前室内已 可以通过组织培养途径获得鱼藤酮及其类似物,而对 其立体构型的研究有望进一步提高其杀虫效果. 2.4精油 精油是指植物组织中的水蒸气蒸馏成分,常常具 有植物特征性气味,通常含有分子量的萜烯及生物 酚类,大多数精油是由几十种到几百种化合物组成 的复杂混合物. 精油对昆虫具有引诱,杀卵,熏蒸,忌避和影响 昆虫生长发育等作用.某些精油对昆虫具有神经 毒性,如某些精油可抑制昆虫的乙酰胆碱酯酶,有的 是章鱼胺的拮抗剂. 与有机农药混配,其混配作用主要为:增效作用, 溶剂作用和掩盖有机农药不良气味的作用. 2.5其它植物性农药 青蒿素是从青蒿(黄花蒿)中分离出来的倍半萜类化合 物,青蒿素及其类似物对菜粉蝶,小菜蛾幼虫具有拒食 活性; 茼蒿素是从蔬菜茼蒿中分离出来的活性化合物,茼蒿素 及其类似物对小菜蛾,菜粉蝶和斜纹夜蛾幼虫具有较 好的拒食,生长发育抑制和毒杀活性,能明显地降低 菜粉蝶幼虫体壁,血淋巴,血淋巴蛋白质,血淋巴总 糖原和幼虫糖原的含量,少血细胞数量,抑制中肠酯酶的 活性; 除虫菊酯是除虫菊中分离出来的杀虫活性物质,天然成 分具有光不稳定性,是一类有较长历史的植物性杀虫 剂; 三,微生物农药 微生物农药是能够用来杀虫,灭菌,除草以及 调节植物生长等的微生物的活体及其代谢产物. 包括农用抗生素和活体微生物农药,主要种类 有昆虫病原细菌,昆虫病原真菌,昆虫病原病 毒,昆虫病原原生动物,昆虫病原线虫,昆虫 病原立克次体. Ⅳ 生物农药的特点 与传统的化学合成农药相比,生物源农药具有下述特点: 与传统的化学合成农药相比,生物源农药具有下述特点: (1)专一性强,活性高; )专一性强,活性高; (2)具有选择性,防治谱较窄; )具有选择性,防治谱较窄; (3) 对环境的压力较小; ) 对环境的压力较小; ( 4)大多数生物源农药作用缓慢, 在遇到有害生物大量发生 ) 大多数生物源农药作用缓慢, 迅速蔓延时往往不能及时控制为害; 迅速蔓延时往往不能及时控制为害; (5)作用机理不同于常规农药,抗性产生慢; )作用机理不同于常规农药,抗性产生慢; (6)开发利用途径多,基因工程,发酵工程. )开发利用途径多,基因工程,发酵工程. 此外,生物农药还具有如下缺点: 此外,生物农药还具有如下缺点: (1)多数天然产物化合物结构复杂,不易合成或合成成 )多数天然产物化合物结构复杂, 本太高; 本太高; 湿等; (2)受环境因素影响较大,特别是光,温,湿等; )受环境因素影响较大,特别是光, (3)活性成分稳定性差,易分解,制剂成分复杂,不易 )活性成分稳定性差,易分解,制剂成分复杂, 标准化; 标准化; (4)菌剂含活菌,难以对制剂制定出相应的标准; )菌剂含活菌,难以对制剂制定出相应的标准; (5)植物的采集具季节性等且分布存在地域性,加工场 )植物的采集具季节性等且分布存在地域性, 多种因素限制; 地的选择受 多种因素限制; (6)有些生物源农药毒性也较高. )有些生物源农药毒性也较高. Ⅴ 生物农药的前景 (1)生物农药目前在世界农药市场所占的份额还很小. )生物农药目前在世界农药市场所占的份额还很小. 1995年全球农药市场是 年全球农药市场是290亿美元,其中生物农药为 亿美元, 年全球农药市场是 亿美元 其中生物农药为3.8 亿美元,约占世界农药市场的 亿美元,约占世界农药市场的1.3%.截至 .截至2000年,我国已注 年 册登记生物农药有效成分品种77个 册登记生物农药有效成分品种 个,占农药有效成分品种的 13.4%;产品691个,占注册登记农药产品的 ;产品 个 占注册登记农药产品的7.1%.产量接近 . 10万吨制剂,使用面积4亿亩次. 万吨制剂,使用面积 亿亩次 亿亩次. 万吨制剂 (2)生物农药具有对人畜毒性小,环境兼容性好,有害生物 )生物农药具有对人畜毒性小,环境兼容性好, 不易产生抗性等突出优点, 不易产生抗性等突出优点,符合现代社会对农业生产及农药 的要求. 的要求. 普通农药 终结于 生物农药 终结于 绿色农药 在众多新型农药中,生物农药可以说是绿色 农药的首选品种之一; 但是不能说凡是生物合成的物质就天然是 绿色的; 生物农药的发展应该与化学农药的发展一 样,都朝着绿色农药的方向进军,目标是绿色 生物农药. 绿色农药的特点 有很高的生物活性,即控制农业有害生物药 效高,单位面积使用量小; 选择性高,包括对农业有害生物的自然天敌 和非靶标生物无毒或毒性极小; 对农作物无药害; 使用后在农作物体内外,农产品以及在土 壤,大气,水体中无残留或即使有微量残 留也可以在短期内降解,生成无毒天然物质 而完全融入大自然. 21世纪农药发展的趋势:绿色农药与 绿色农药制剂 绿色农药和绿色农药制剂就是用无公害的 原材料和不生成有害副产品的工艺制备生 物效率高,药效稳定,易于操作使用,对 环境友好的农药产品.使用绿色农药不仅 可以保护作物的正常生长,保证农作物的稳 产丰收,而且为农业乃至国民经济的持续发 展提供保障. 与绿色农产品相适应,未来的化学农药品种 也应该是绿色农药(包括绿色农药制剂).绿 色农药应能直接应用于绿色农产品的生产.