生物農(nóng)藥對農(nóng)業(yè)的影響
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1引言
近年來，由于化學(xué)農(nóng)藥固有的持久性、生物富集性、高毒性和環(huán)境遷移性，使其通過各種途徑進(jìn)入土壤、水體和大氣，造成人類生存環(huán)境的污染以及嚴(yán)重危害人類的健康。因此，為有效保持農(nóng)田生態(tài)平衡，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，確保食品安全，有機(jī)農(nóng)業(yè)作為實(shí)施可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的實(shí)踐模式，其生產(chǎn)規(guī)模得到大幅增加，到2003年全球有機(jī)農(nóng)場數(shù)近10萬家。至2008年末，我國有機(jī)產(chǎn)品認(rèn)證企業(yè)已達(dá)2800多家，有機(jī)食品市場規(guī)模已達(dá)81億元。有機(jī)食品對農(nóng)藥要求嚴(yán)格，只有通過有機(jī)產(chǎn)品認(rèn)證的生物農(nóng)藥才能用于有機(jī)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)。有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是建立在生態(tài)平衡和生態(tài)預(yù)防基礎(chǔ)上的可持續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)，其核心是建立和恢復(fù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性和良性循環(huán)。近年來，生物農(nóng)藥的資源篩選評價(jià)、新產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量檢測和新技術(shù)示范推廣都有了快速發(fā)展。
2生物農(nóng)藥的發(fā)展現(xiàn)狀
生物農(nóng)藥是指用來防治農(nóng)業(yè)病、蟲、草等有害生物的生物活體及其代謝產(chǎn)物，制成的生物源制劑包括細(xì)菌、病毒、真菌、線蟲、植物、昆蟲天敵、農(nóng)用抗生素、植物生長調(diào)節(jié)劑等。生物農(nóng)藥具有高效、無殘留、無抗藥性等優(yōu)點(diǎn)，在有機(jī)農(nóng)業(yè)病蟲害防治領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。2008年，我國農(nóng)業(yè)病蟲害防治市場對生物農(nóng)藥的需求規(guī)模約36億元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國際20％的水平，預(yù)計(jì)未來5年保持約20％的增長速度。生物農(nóng)藥在抗性管理、使用間隔期和殘留方面具有優(yōu)勢；具有低的使用間隔期限制（0～4h），通常在作物收獲前都可以使用；在植物葉子和水果上的殘留可以被接受。生物農(nóng)藥對人畜毒性小，環(huán)境兼容性好，有害生物不易產(chǎn)生抗性。至2000年，我國已注冊登記生物農(nóng)藥有效成分品種77個(gè)，占農(nóng)藥有效品種的13．4％，產(chǎn)品691個(gè)，占注冊登記農(nóng)藥產(chǎn)品7．1％，產(chǎn)量接近10萬t制劑，使用面積0．27億hm2次。在國外有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，普遍認(rèn)可使用來自植物和微生物且具有殺蟲治病活性成分的生物農(nóng)藥類防治農(nóng)作物病蟲害。在溫室有機(jī)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中，由于溫室的特殊環(huán)境條件和以病害和小型害蟲發(fā)生為主，適合使用微生物制劑。通常防治蚜蟲、粉虱等害蟲使用的真菌劑如百僵菌、蠟介輪枝菌和玫煙色擬青霉菌，也可使用皂角液、植物種子油。黃瓜葉甲的防治通常使用沙巴蔡蘆、魚藤酮或除蟲菊，對馬鈴薯甲蟲防治以Bt制劑使用廣泛，同時(shí)真菌制劑和昆蟲病原線蟲和蟲生線蟲等寄生蟲線蟲制劑也可以有效控制病害。
3生物農(nóng)藥的種類
有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的生物農(nóng)藥，按其來源分類，微生物農(nóng)藥按微生物（病毒、線蟲和細(xì)菌）分類、來源于昆蟲的信息素農(nóng)藥（性信息素和激素）和天然植物提取物（除蟲菊素和從被囊動(dòng)物提取的殺蟲化合物）。
3．1微生物源生物農(nóng)藥
微生物源農(nóng)藥占整個(gè)生物農(nóng)藥95％，微生物源農(nóng)藥的主體為真菌、細(xì)菌、放線菌、酵母菌和病毒等。
3．1．1微生物源殺蟲劑
微生物源殺蟲劑占整個(gè)生物防治劑90％以上，應(yīng)用最廣的是蘇云金芽孢桿菌殺蟲劑（Bt），我國年產(chǎn)量達(dá)3萬t，第2代細(xì)胞工程和第3代基因工程殺蟲劑可以克服殺蟲譜窄、持效期短、藥效慢等弊端。國際上開發(fā)Bt資源主要研制廣譜高效制劑和應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)手段如質(zhì)粒消除、原生質(zhì)體融合、結(jié)合轉(zhuǎn)移、基因重組來提高殺蟲晶體的產(chǎn)量、擴(kuò)大殺蟲電譜和延長有效期［1］。據(jù)報(bào)道，制備生產(chǎn)的蘇云金芽孢桿菌產(chǎn)品達(dá)100多種，廣泛用于防治稻苞蟲、稻卷葉螟和粘蟲、松毛蟲、茶毛蟲和玉米螟等多種害蟲。
3．1．2微生物源除草劑
從微生物中發(fā)現(xiàn)許多除草活性的物質(zhì)，主要有雜草菌素（用于防除水田稗草等禾本科雜草）、細(xì)交鏈孢霉素、茴香霉素。近年來，從微生物代謝產(chǎn)物開發(fā)新型除草劑最成功的有雙丙氨酰磷和草胺磷，雙丙氨酰磷是從發(fā)酵液中分離的一種有機(jī)磷雙肽化合物，德國赫司物公司又以雙丙氨酰磷為模板，人工合成開發(fā)出草胺磷，雙丙氨酰磷和草胺磷都為非選擇性內(nèi)吸輸導(dǎo)型高效除草劑，廣泛用于果園、苗圃、橡膠園等防除多種一年生和多年生禾本科雜草及闊葉雜草。
3．2植物源生物農(nóng)藥
3．2．1植物源殺蟲劑
從植物體中提取的具有抗菌抗病毒或殺蟲效果的成分，或是從植物體中分離純化有農(nóng)藥活性的新物質(zhì)作為結(jié)構(gòu)模板，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的多級優(yōu)化，從而制造低毒高效的新農(nóng)藥。其中2個(gè)主要產(chǎn)品是從菊屬植物花中提取的除蟲菊素［2］和從印楝樹種子提取的印楝素和Queium（AgraQuestwebsite）。目前，國內(nèi)植物源農(nóng)藥的產(chǎn)量規(guī)模和應(yīng)用范圍與微生物農(nóng)藥比較還相對較小，有待于進(jìn)一步的開發(fā)利用［3］。菊科植物的除蟲菊，對菜青蟲、蚜蟲、蚊蠅等多種昆蟲有毒殺作用；萬壽菊提取物對豆蚜蟲、菜青蟲等具有毒殺或驅(qū)避作用；楝科中有印楝、苦楝、和川楝，印楝素為提取物，對果樹害蟲和蔬菜害蟲有拒食作用；衛(wèi)毛科中的苦皮藤的提取物對水稻、玉米和蔬菜害蟲有防治作用。
3．2．2植物源生物除草劑與殺菌劑
植物源除草劑和殺菌劑的生物活性沒有商業(yè)化的合成除草劑的活性高，因此，市場有限。
3．3動(dòng)物源生物農(nóng)藥
從動(dòng)物體內(nèi)分離的激素、信息素、毒素等動(dòng)物源生物農(nóng)藥，常用于生產(chǎn)的是昆蟲信息素，全球已合成昆蟲性信息素類1000多種，成為有機(jī)農(nóng)業(yè)害蟲治理的主要手段。對各種蜘蛛和黃蜂等動(dòng)物毒素研究發(fā)現(xiàn)，這類毒素結(jié)構(gòu)相似，主要作用于昆蟲神經(jīng)－肌肉接點(diǎn)，阻斷以谷氨酸為介質(zhì)的神經(jīng)興奮的傳導(dǎo)，這是一新的作用靶標(biāo)，必然作為開發(fā)新型殺蟲劑。據(jù)報(bào)道來源于甲殼動(dòng)物外骨骼的幾丁聚糖可被用于防治白粉病和葡萄孢病原菌［4］，由動(dòng)物產(chǎn)生的毒素或激素如腦激素和性信息素等，可以抑制昆蟲的生長發(fā)育和干擾害蟲的新陳代謝，控制農(nóng)作物的病蟲害。Jones等［5］在美國西部的果樹農(nóng)場的綜合管理中利用補(bǔ)食性昆蟲和蜘蛛降低了作物的被害程度和減少化學(xué)合成農(nóng)藥的使用，增加產(chǎn)出［6］。
4生物農(nóng)藥在有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用
4．1生物特效農(nóng)藥
以菌治蟲是20世紀(jì)80年代新興的生物防治技術(shù)，它利用昆蟲的病原微生物殺死害蟲，對人畜均無影響，無殘留毒性，害蟲對細(xì)菌不產(chǎn)生抗藥性。性誘殺蟲劑是利用化學(xué)不育劑使害蟲失去繁殖力，造成絕育而達(dá)到殺蟲的目的，美國科學(xué)家利用此項(xiàng)技術(shù)成功防治危害牲畜的螺旋錘幼蟲。
4．2動(dòng)物飼料添加劑和藥品替代產(chǎn)品
以消費(fèi)者為主導(dǎo)的市場下，天然飼料科技得到有機(jī)農(nóng)業(yè)從業(yè)者的接受和支持，經(jīng)過研究的新飼養(yǎng)方法與常規(guī)抗生素飼養(yǎng)法不同，它利用含有的益生菌、有機(jī)酸、脂肪酸、酵素、有機(jī)礦物質(zhì)、天然霉菌毒素吸附劑，取代含動(dòng)物性成分的同類產(chǎn)品以及許多其它相關(guān)產(chǎn)品。
4．3天然植物源飼料添加劑
飼料添加劑在未來10～20年內(nèi)將取得突破性進(jìn)展，總趨勢是向高產(chǎn)量、低成本、高效率、低污染、無殘留方向發(fā)展。新型添加劑如金屬螯合物、小肽、酶制劑、飼用微生態(tài)制劑、中草藥添加劑、寡聚糖、卵黃抗體等將廣泛應(yīng)用，常見的植物性飼料添加劑為松針葉、刺五加、胡枝子、楊樹皮等。
4．4中草藥類獸藥產(chǎn)品
畜牧產(chǎn)品的安全問題如藥物殘留、病菌耐性日益受到關(guān)注，開發(fā)中草藥類獸藥產(chǎn)品是生產(chǎn)有機(jī)畜產(chǎn)品的需求。其主要來源于被稱為具有抗壓力、適應(yīng)因子及改善免疫功能的植物提取物，可解決抗生素和有害化學(xué)合成類藥物在動(dòng)物性食品中的藥物殘留問題，減少和避免耐藥菌的產(chǎn)生和蔓延，提高動(dòng)物機(jī)體的免疫能力。中草藥成分復(fù)雜，使用后能顯著增強(qiáng)動(dòng)物體質(zhì)，減少用藥，降低動(dòng)物性產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
4．5非化學(xué)替代抗生素類產(chǎn)品
從酒精酵母細(xì)胞壁提取的甘露寡糖等寡糖類飼料產(chǎn)品，經(jīng)過精密分析研究證實(shí)能起到和抗生素類飼料相同的性能，產(chǎn)品成分穩(wěn)定，安全無害，有利于畜牧腸道健康和免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)。
5結(jié)語
有機(jī)農(nóng)業(yè)倡導(dǎo)生物農(nóng)藥的使用，所以有機(jī)農(nóng)業(yè)也是發(fā)揮生物農(nóng)藥作用的廣闊領(lǐng)域。雖然生物農(nóng)藥的生產(chǎn)成本高于化學(xué)農(nóng)藥，但其帶來的經(jīng)濟(jì)效益卻不可估量，可以提高農(nóng)作物的品質(zhì)。我們應(yīng)該充分認(rèn)識到生物農(nóng)藥屬高難技術(shù)領(lǐng)域，其研發(fā)和生產(chǎn)都需要高投入，進(jìn)行作用機(jī)理、毒理學(xué)和環(huán)境行為學(xué)試驗(yàn)。與傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥相比，生物農(nóng)藥具有優(yōu)勢，但多數(shù)天然產(chǎn)物化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易合成及合成成本太高，受植物的采集季節(jié)性且分布的地域性，生物農(nóng)藥受環(huán)境因素影響較大，有些生物農(nóng)藥的毒性也較高且活性成分穩(wěn)定性差，易分解，這些問題有待于在有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)一步研究。