生物农药对农业的影响

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1引言

近年来，由于化学农药固有的持久性、生物富集性、高毒性和环境迁移性，使其通过各种途径进入土壤、水体和大气，造成人类生存环境的污染以及严重危害人类的健康。因此，为有效保持农田生态平衡，保护生态环境，确保食品安全，有机农业作为实施可持续农业发展的实践模式，其生产规模得到大幅增加，到2003年全球有机农场数近10万家。至2008年末，我国有机产品认证企业已达2800多家，有机食品市场规模已达81亿元。有机食品对农药要求严格，只有通过有机产品认证的生物农药才能用于有机农业的生产。有机农业生产是建立在生态平衡和生态预防基础上的可持续生产系统，其核心是建立和恢复农业生态系统生物多样性和良性循环。近年来，生物农药的资源筛选评价、新产品开发、生产工艺、产品质量检测和新技术示范推广都有了快速发展。

2生物农药的发展现状

生物农药是指用来防治农业病、虫、草等有害生物的生物活体及其代谢产物，制成的生物源制剂包括细菌、病毒、真菌、线虫、植物、昆虫天敌、农用抗生素、植物生长调节剂等。生物农药具有高效、无残留、无抗药性等优点，在有机农业病虫害防治领域得到广泛的应用。2008年，我国农业病虫害防治市场对生物农药的需求规模约36亿元，远远低于国际20％的水平，预计未来5年保持约20％的增长速度。生物农药在抗性管理、使用间隔期和残留方面具有优势；具有低的使用间隔期限制（0～4h），通常在作物收获前都可以使用；在植物叶子和水果上的残留可以被接受。生物农药对人畜毒性小，环境兼容性好，有害生物不易产生抗性。至2000年，我国已注册登记生物农药有效成分品种77个，占农药有效品种的13．4％，产品691个，占注册登记农药产品7．1％，产量接近10万t制剂，使用面积0．27亿hm2次。在国外有机农业生产中，普遍认可使用来自植物和微生物且具有杀虫治病活性成分的生物农药类防治农作物病虫害。在温室有机农业产品生产中，由于温室的特殊环境条件和以病害和小型害虫发生为主，适合使用微生物制剂。通常防治蚜虫、粉虱等害虫使用的真菌剂如百僵菌、蜡介轮枝菌和玫烟色拟青霉菌，也可使用皂角液、植物种子油。黄瓜叶甲的防治通常使用沙巴蔡芦、鱼藤酮或除虫菊，对马铃薯甲虫防治以Bt制剂使用广泛，同时真菌制剂和昆虫病原线虫和虫生线虫等寄生虫线虫制剂也可以有效控制病害。

3生物农药的种类

有机农业生产中应用的生物农药，按其来源分类，微生物农药按微生物（病毒、线虫和细菌）分类、来源于昆虫的信息素农药（性信息素和激素）和天然植物提取物（除虫菊素和从被囊动物提取的杀虫化合物）。

3．1微生物源生物农药

微生物源农药占整个生物农药95％，微生物源农药的主体为真菌、细菌、放线菌、酵母菌和病毒等。

3．1．1微生物源杀虫剂

微生物源杀虫剂占整个生物防治剂90％以上，应用最广的是苏云金芽孢杆菌杀虫剂（Bt），我国年产量达3万t，第2代细胞工程和第3代基因工程杀虫剂可以克服杀虫谱窄、持效期短、药效慢等弊端。国际上开发Bt资源主要研制广谱高效制剂和应用现代生物技术手段如质粒消除、原生质体融合、结合转移、基因重组来提高杀虫晶体的产量、扩大杀虫电谱和延长有效期［1］。据报道，制备生产的苏云金芽孢杆菌产品达100多种，广泛用于防治稻苞虫、稻卷叶螟和粘虫、松毛虫、茶毛虫和玉米螟等多种害虫。

3．1．2微生物源除草剂

从微生物中发现许多除草活性的物质，主要有杂草菌素（用于防除水田稗草等禾本科杂草）、细交链孢霉素、茴香霉素。近年来，从微生物代谢产物开发新型除草剂最成功的有双丙氨酰磷和草胺磷，双丙氨酰磷是从发酵液中分离的一种有机磷双肽化合物，德国赫司物公司又以双丙氨酰磷为模板，人工合成开发出草胺磷，双丙氨酰磷和草胺磷都为非选择性内吸输导型高效除草剂，广泛用于果园、苗圃、橡胶园等防除多种一年生和多年生禾本科杂草及阔叶杂草。

3．2植物源生物农药

3．2．1植物源杀虫剂

从植物体中提取的具有抗菌抗病毒或杀虫效果的成分，或是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，从而制造低毒高效的新农药。其中2个主要产品是从菊属植物花中提取的除虫菊素［2］和从印楝树种子提取的印楝素和Queium（AgraQuestwebsite）。目前，国内植物源农药的产量规模和应用范围与微生物农药比较还相对较小，有待于进一步的开发利用［3］。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虫、菜青虫等具有毒杀或驱避作用；楝科中有印楝、苦楝、和川楝，印楝素为提取物，对果树害虫和蔬菜害虫有拒食作用；卫毛科中的苦皮藤的提取物对水稻、玉米和蔬菜害虫有防治作用。

3．2．2植物源生物除草剂与杀菌剂

植物源除草剂和杀菌剂的生物活性没有商业化的合成除草剂的活性高，因此，市场有限。

3．3动物源生物农药

从动物体内分离的激素、信息素、毒素等动物源生物农药，常用于生产的是昆虫信息素，全球已合成昆虫性信息素类1000多种，成为有机农业害虫治理的主要手段。对各种蜘蛛和黄蜂等动物毒素研究发现，这类毒素结构相似，主要作用于昆虫神经－肌肉接点，阻断以谷氨酸为介质的神经兴奋的传导，这是一新的作用靶标，必然作为开发新型杀虫剂。据报道来源于甲壳动物外骨骼的几丁聚糖可被用于防治白粉病和葡萄孢病原菌［4］，由动物产生的毒素或激素如脑激素和性信息素等，可以抑制昆虫的生长发育和干扰害虫的新陈代谢，控制农作物的病虫害。Jones等［5］在美国西部的果树农场的综合管理中利用补食性昆虫和蜘蛛降低了作物的被害程度和减少化学合成农药的使用，增加产出［6］。

4生物农药在有机农业生产中的应用

4．1生物特效农药

以菌治虫是20世纪80年代新兴的生物防治技术，它利用昆虫的病原微生物杀死害虫，对人畜均无影响，无残留毒性，害虫对细菌不产生抗药性。性诱杀虫剂是利用化学不育剂使害虫失去繁殖力，造成绝育而达到杀虫的目的，美国科学家利用此项技术成功防治危害牲畜的螺旋锤幼虫。

4．2动物饲料添加剂和药品替代产品

以消费者为主导的市场下，天然饲料科技得到有机农业从业者的接受和支持，经过研究的新饲养方法与常规抗生素饲养法不同，它利用含有的益生菌、有机酸、脂肪酸、酵素、有机矿物质、天然霉菌毒素吸附剂，取代含动物性成分的同类产品以及许多其它相关产品。

4．3天然植物源饲料添加剂

饲料添加剂在未来10～20年内将取得突破性进展，总趋势是向高产量、低成本、高效率、低污染、无残留方向发展。新型添加剂如金属螯合物、小肽、酶制剂、饲用微生态制剂、中草药添加剂、寡聚糖、卵黄抗体等将广泛应用，常见的植物性饲料添加剂为松针叶、刺五加、胡枝子、杨树皮等。

4．4中草药类兽药产品

畜牧产品的安全问题如药物残留、病菌耐性日益受到关注，开发中草药类兽药产品是生产有机畜产品的需求。其主要来源于被称为具有抗压力、适应因子及改善免疫功能的植物提取物，可解决抗生素和有害化学合成类药物在动物性食品中的药物残留问题，减少和避免耐药菌的产生和蔓延，提高动物机体的免疫能力。中草药成分复杂，使用后能显著增强动物体质，减少用药，降低动物性产品的生产成本。

4．5非化学替代抗生素类产品

从酒精酵母细胞壁提取的甘露寡糖等寡糖类饲料产品，经过精密分析研究证实能起到和抗生素类饲料相同的性能，产品成分稳定，安全无害，有利于畜牧肠道健康和免疫系统调节。

5结语

有机农业倡导生物农药的使用，所以有机农业也是发挥生物农药作用的广阔领域。虽然生物农药的生产成本高于化学农药，但其带来的经济效益却不可估量，可以提高农作物的品质。我们应该充分认识到生物农药属高难技术领域，其研发和生产都需要高投入，进行作用机理、毒理学和环境行为学试验。与传统的化学农药相比，生物农药具有优势，但多数天然产物化合物结构复杂，不易合成及合成成本太高，受植物的采集季节性且分布的地域性，生物农药受环境因素影响较大，有些生物农药的毒性也较高且活性成分稳定性差，易分解，这些问题有待于在有机农业生产中进一步研究。