| ■ 農藥一路發 20113 期 (2002/09/23) 主編: 方麗萍 www.ag168.com 主題: 大陸生物農藥的現況及展望 生物工程是世界新產業革命的重要科技領域之一，對人類經濟和 社會將產生深刻的影響。生物工程技術的迅速發展，必然導致農藥學 科的深刻變化。生物農藥是利用微生物本身或代謝物防治蟲、草等的 製劑。其包括了農用抗生素、細菌農藥、真菌農藥和病毒農藥，具有 選擇性高、易於降解、不易積累、用量少、污染小、對人畜毒性小、 環境相容性好、病蟲害不易產生抗性等優點，因而更符合現代社會對 農業生產及農藥的要求。發展生物農藥，減少化學合成農藥的使用， 已成為全球農藥產業發展的新趨勢。我國微生物資源豐富，發展生物 農藥的條件得天獨厚。近年來，我國開發的生物農藥及其他農藥高技 術已得到國際農藥界的關注。因此，優先發展生物農藥，並以生物農 藥帶動其它高科技農藥的全面發展，應成為我國農藥產業發展的方向 。在各方面強烈要求降低高毒的化學合成農藥使用的呼聲下，生物農 藥的推廣使用正在逐漸展開。隨著科學技術的發展，我國已有蘇雲金 桿菌、春雷黴素、滅瘟素、井岡黴素、多抗黴素、公主嶺黴素等生物 農藥實用化的商品。隨著對生物農藥研究的深入，將有更多的品種實 用化，投入市場，在農業領域中應用。目前傳統生物農藥已經產業化 ，基因工程農藥進入商品化，遺傳工程作物已經接近實現。從國外發 達國家來看，目前商品化已有約 40 個品種，生物農藥在農藥總產量 中的比例逐步提高，生物農藥在農藥總量中的佔有量大概是 20 ％左 右。國內的水平大概是 12 ％左右。 1 國內外生物農藥的發展概況和趨勢 1.1 國外概況和趨勢 世界性生物技術的崛起，帶動生物農藥的快速發展，使其成為這 一領域內比較有近期經濟效益的研究課題，受到了高度的重視，許多 發達國家投入了相當大的力量和投資，並廣泛地開展了國際性協作。 抗生素農藥：日本也已實用化了有效黴素、春日黴素、多氧黴素、滅 瘟素、四抗菌素、雙丙氨膦、滅粉黴素等幾十個農用抗生素。美國投 產的農用抗生素有 Avermectin、Gibberllin 等多個品種，畜用抗生 素有 Monensin、Avermectin、Tylosin、Oleandomydin 等幾十個品 種。德國正在積極開發抗病殺蟲農用抗生素 Nikkomycin。印度有處 理種子用的金色制毒菌素和雜曲黴素，用於防治大麥、水稻等植物病 害。俄羅斯有卡蘇黴素、灰黃黴素、抗真菌素、植菌黴素、木要素等 ，用於防治豆類和棉花菌期病害。細菌殺蟲劑蘇雲金桿菌，美、俄、 法、日、比利時、保加利亞、朝鮮等國和瑞士山道士公司均有生產， 這種殺蟲劑應用最廣，不但能殺滅上百種有害昆蟲，而且對人、畜十 分安全。真菌殺蟲劑有白僵菌和湯姆遜多毛桿菌等已廣泛應用。白僵 菌在俄羅斯已商品化生產，最近法國、澳大利亞也在這方面開展研究 ，多毛桿菌在美國已生產和應用。病毒農藥在美國、俄羅斯、加拿大 、法國、澳大利亞發展較快。據報道，西方各國約有 35% 害蟲可用 昆蟲病毒防治，現在投入生產的病毒農藥有幾十種，其中以棉鈴蟲核 多角體病毒在產量和應用上領先。微生物除草劑：俄羅斯、美國、澳 大利亞、加拿大、日本等國家做了大量研究開發工作，如 CGA、CGJ 複合菌除防大豆田和稻田的雜草達 90% ～ 100%。微生物農藥：目前 ，現有農藥已有 20% ～ 30% 為微生物農藥所取代。 1.2 國內概況和趨勢 生物農藥主要有微生物活體農藥、微生物代謝產物農藥、植物性 農藥和動物性農藥等四大類，現將發展概況分述如下： 1.2.1 微生物活體農藥：包括殺蟲劑、抗生菌劑和除草劑等三類。 1.2.1.1 微生物殺蟲劑 主要有細菌、真菌和病毒殺蟲劑。細菌殺蟲劑主要是蘇雲金桿菌 (BT) 的幾個變種，它的研究、應用正處於穩步發展階段，用於防治 菜青蟲、小菜蛾、稻苞蟲、玉米螟、松毛蟲、棉小造橋蟲等十多種鱗 翅目害蟲，防治效果都在 80% 以上。真菌殺蟲劑：對防治玉米螟、 松毛蟲是一項有效的措施；湯姆遜多毛菌防治柑桔鏽壁虱、蝗黴的流 行。昆蟲病毒：國內已發現的昆蟲病毒有 130 種。新疆黃地老虎 GV ，湖南油桐尺蠖 NPV，均已用於生產實踐，防效明顯。 1.2.1.2 抗生菌製劑 利用微生物活體抑制植物病原菌、主要是放線菌類的某些抗生菌 ，如“ 5406 ”抗生菌劑對小麥銹病、馬鈴薯晚疫病、黃瓜霜黴病、 棉花黃萎病有效；“ 878 ”抗生菌劑對棉苗炭疽病有效等。 1.2.1.3 黴菌除草劑 如魯保一號 (無毛炭疽黴菌 )用於防治大豆菟絲子的危害，以提 高大豆、花生的產量。 1.2.2 微生物代謝產物農藥 主要有農用抗生素、殺蟲毒素、植物生長素和除草素等四類，還 有畜用抗生素。我國主要有農用抗生素和植物生長素兩種。 1.2.2.1 農用抗生素 目前，農用抗生素應用面積很大，其中井岡黴素、瀏陽黴素、金 核黴素、公主嶺黴、多抗黴素、滅瘟素、春雷黴素等推廣應用效果顯 著。農用及畜用殺蟲素 7051 得到廣泛應用。 1.2.2.2 植物生長素赤黴素等由於在雜交水稻、園藝作物上的應用， 已應用開發多年。 1.2.3 植物性農藥 從植物制取的殺蟲劑已有除蟲菊素、煙鹼、魚藤酮、苦楝等。在 某些植物中含有的殺菌物質，如大蒜素、黃連素、蘑菇素，以及中草 藥中的殺蟲、殺菌物質，尚有待開發、利用。 1.2.4 動物農藥 包括昆蟲激素和生物素素材農藥。這方面研究得較少。我國與國 外先進水平相比，生物農藥方面的技術力量很薄弱，無法發揮應有的 優勢，如資金不足，裝備落後，試驗手段不完善，不少設備幾乎空白 ，科研力量分散，基礎研究薄弱，專業不配套等。 2 生物農藥發展的重點任務 在我國的農、林、牧種植業和養殖業中，由於病、蟲、草的危害 及飼料利用率低而造成的損失約 30% 為了挽回損失，主要靠化學藥 劑的防治及飼料添加劑的應用。眾所周知，過去由於長期使用某些高 殘毒農藥，結果使食物、環境受到污染，生態平衡遭到破壞，危及人 、畜健康，影響農產品出口。現在，化學合成農藥向著高效、低毒、 低殘毒的方向發展，而生物農藥可以克服化學農藥的缺點弊病。近年 來，國內外已陸續開發成功大批產品，投入工業化生產。基於： (1)以傳統改造為主，優先安排能帶來效益的專案， (2)發揮化工優勢，稍加努力就可突破的專案先安排， (3)優先安排生物工程重大技術關鍵專案等原則，確定生物農藥中長 期科技發展重點專案如下。 2.1 利用發酵工程生產農藥 自然界中有許多微生物的本體或其代謝產物，可以直接作為安全 農藥使用。前者，我國先後有細菌農藥蘇雲金桿菌，除雜草的真菌除 草劑魯保一號。後者，已有農用抗生素瀏陽黴素、殺蟲素 7051、金 核黴素、鹽黴素、滅瘟素、春雷黴素、井岡黴素、多抗黴素、公主嶺 黴素、植物生長素赤黴素等，這些品種均已投入不同規模的工業化生 產。 2.2 利用細胞融合技術來提高微生物的生產能力 對於微生物來說，提高發酵水平是實現工業化的關鍵。利用細胞 融合技術提高赤黴素、滅瘟素、井岡黴素、多抗黴素、蘇雲金桿菌等 的發酵單位，將其產量在不增加原料、設備情況下，加以提高，年產 量即可以提高，經濟效益大大增加。 2.3 生物活性物質的結構改造及仿生合成 研究天然活性物質，既為我們直接提供，有用的產物，又為我們 提供合成及加工的樣板和原料。防治水稻白葉枯病的殺枯定和氯黴素 是根據微生物產物人工合成的，巴舟類的殺蟲劑是根據沙蠶毒素的化 學結構改造而開發出來的，最為典型的是擬除蟲菊酯類農藥的形成和 發展。 2.4 利用生物工程技術生產動植物來源農藥 通過對活性物質化學結構的研究，以此作為線索化合物，進行結 構改造和仿生合成，在近年來已經取得很大成績。生物工程的發展， 為人工合成原屬動植物產生的生理活性物質，又開闢了新途徑。 2.4.1 通過細胞工程，用動植物細胞培養的方法生產活性物質。 2.4.2 通過遺傳工程技術，可將動植物細胞中控制生理活性物質的基 因轉移到某些微生物中去，使後者獲得具有合成這些生理活性 物質的能力。目前人們正在研究昆蟲激素的遺 傳工程，可望 在將來通過微生物來生產昆蟲激素。 2.4.3 在自然界中定向尋找能產生植物活性物質的微生物。 現在，植物生長素赤黴素可以用微生物鐮刀菌來實現工業化生產 ；植物中發現的抗癌藥物美登毒素可以用微生物諾卡氏菌來生產。在 微生物中定向篩選動植物生理活性物質，進一步通過發酵工程實現工 業化，也是一條動植物生理活性物質工業化的途徑。 2.5 利用脢工程改造農藥及其中間體 近年來，農藥已經發展成為典型的精細化學品。由於仿生合成的 研究，歷史上低效農藥已逐步被高效和超高效的農藥所代替，因此， 在一些合成難度較大，收率低的化學反應，采用脢工程技術加以改進 和提高就顯得更為迫切了。生物水解脢在進行具有不對稱碳原子的化 學合成物消旋體的水解中，能專一地水解某一種光學活性體。利用此 法，將有可能應用於仿生農藥及其中間體的光學活性異構體拆分中。 光學異構脢的利用，它能催化光學活性體的定向轉化，從而獲得收率 幾乎定量的光學活性體。 2.6 篩選新的微生物資源 繼續開發自然界中存在的微生物資源，用以產生新的技術產品， 仍然有良好的前景，今後篩選範圍將包括微生物活體農藥及其代謝產 物農藥，如農用和畜用抗生素，以及飼料添加劑等。在農藥的生物技 術研究中，應首先建立現代化的發酵工程技術，進一步運用一切生物 工程手段，將目前已有的生物農藥，抗生素農藥提高生產水平，使其 發揮經濟效益。同時不斷從自然界中篩選新的農用生物活性物質，並 選擇一些化學合成中難於進行的反應，利用微生物，通過脢工程的研 究而儘快使其實用化。逐步建立基因工程的研究，在一定基本問題獲 得進展後，尋找突破口，循序漸進地深入研究下去，使產物農藥研究 、開發有更大的發展，有更多的生物農藥實用化。 3 生物轉基因技術對未來農藥的影響 近幾年來，轉基因植物推出的品種之多、推廣面積之大、發展速 度之快、來勢之猛，遠超出人們的預測。轉基因植物具有作用方式的 相對遺傳性、專一性、整體性、穩定性、長效性和安全性等諸多優勢 ，這是其飛速發展的條件與環境。大量轉基因植物的湧現，必然對農 藥品種結構和農藥市場產生重大影響。在今後幾年中，由於抗除草劑 作物的應用推廣，除草劑的生產和銷售將會大幅度提高；由於抗蟲植 物的出現，殺蟲劑的生產和銷售將有所下降；殺菌劑和植物生長調節 劑等，在短期內不會有太大變化。有人估計，到 2005 年，轉基因植 物在農藥市場中所占的份額將達到 15%，約 60 億美元。當然未來 70% ～ 80% 農藥市場仍將由創新化學農藥所控制，這主要是由於農 業生態條件千變萬化，有害生物受諸多因素的制約，具有長期性、突 發性和複雜性的特點，加之轉基因植物未必都能控制整個生育期的病 蟲危害。上述這些問題和疑慮決定了轉基因植物不可能完全替代化學 防治，化學農藥仍將是 21 世紀最方便、最廉價的植物保護神，是植 物保護的主體。 3.1 轉基因作物國內外現狀 3.1.1 世界轉基因作物的發展。 轉基因作物大部分種植在發達國家，其中美國種植的面積最大， 1999 年為 2870 萬公頃，占全球的 72%，其次為加拿大。發展中國 家以阿根廷和中國較多。轉基因作物主要為大豆、玉米、棉花、馬鈴 薯以及南瓜等，隨著技術的發展和成熟，生物技術的應用將越來越廣 ，轉基因作物的種植面積將越來越大，預計轉基因作物的產值將由 1999 年的 30 億美元增加到 2010 年的 2000 億美元，其中相當一 部分為抗病抗蟲和耐除草劑作物。 3.1.2 中國轉基因作物的情況。 據中國農業生物技術學會統計，我國正在研究的轉基因植物種類 達 47 種，涉及各類基因 103 個。目前已有 6 種轉基因植物被批准 進行商業化生產，其中抗蟲棉的總面積有 33 萬公頃，其他多處於制 種階段。我國在生物技術研究方面總體水平並不落後，有些技術處於 世界先進水平。 3.2 生物技術對農藥的影響 3.2.1 轉基因作物的開發和應用將是一種趨勢。 通過種植抗蟲、抗病或耐除草劑的轉基因作物，不僅能減少化學 農藥的使用，保護環境，也能使農民增產增收，還能解決人類所面臨 的糧食安全、資源匱乏和效益衰減等問題。所以開發和使用轉基因抗 病、抗蟲和耐除草劑植物深受人們的歡迎，且將是一種趨勢和方向。 3.2.2 生物技術對農藥生產和使用將產生重大影響 3.2.2.1 發酵技術和基因工程技術將促進生物農藥的發展。 發酵技術和基因工程技術將使生物農藥的開發、生產和發展起突 破性的作用，大大提高生物農藥的產量、質量和效益；基因工程將使 生物農藥的開發具有突破性。對微生物農藥進行基因重組，提高其生 物活性、提高發酵水平和質量；並將使遺傳工程農藥生產更加容易。 新的生物技術將使病毒製劑產量能無限地擴大，使產品質量穩定和提 高。生物技術不僅能幫助開發生物農藥，提高產量和質量，而且能改 進生物農藥。 Bt 產品的一個特點是在光照下易分解，並易被沖淋掉 。通過 DNA 重組技術可在 Bt 毒素四周的細胞壁形成一個保護囊， 使其藥效得以充分發揮，有效期延長。由此可見，生物技術的不斷發 展和應用將大大促進生物農藥的發展。 3.2.2.2 轉基因植物將影響農藥的生產和使用。 轉基因作物對農藥將產生兩方面的影響：一是農藥使用量的減少 ，試驗結果證明，轉基因 Bt 抗蟲棉使農藥的使用量減少 1/3 ～ 2/3。我國培育成功的能抗多種害蟲的轉基因“超級稻”，也使水稻 農藥使用量可大大減少。二是轉基因作物的種植使對農藥種類的要求 有所降低，而對農藥的選擇性卻提出了更高的要求。 3.3 轉基因技術展望 目前，國際上農作物基因工程正在進入一個飛速發展的時期，可 以預見，轉基因抗病、抗蟲和耐藥植物的應用將越來越廣，對化學農 藥生產和使用也必將產生一定的影響，但這種影響的速度和程度受下 面幾個因素的影響。 3.3.1 轉基因植物及其食品的安全性。 安全性是目前國際上最關心的問題，也是討論最激烈的話題。到 目前為止，儘管還沒有依據證實轉基因食品是不安全的，但人們對其 安全性的顧虛也是不會輕易消除的。而環境安全性問題卻更為複雜， 如果新基因是易發生“飄移”的，那麼，將是很危險的，可能會迫使 轉基因作物開發的停止。 3.3.2 糧食供求問題。 1999 年 10 月全球人口已達 60 億，而到 2050 年將增到 90 億，傳統農業技術和方法將不可能使糧食增產速度跟上人類需求的速 度，人們把生物技術作為將來解決糧食短缺、提高食品質量和消除貧 困的一種希望。 3.3.3 生物技術本身的發展。 基因和遺傳工程技術的發展僅有十幾年的歷史，許多技術還沒成 熟，目前許多轉基因植物及其產品，在技術的可操作性、對人和環境 的安全性、遺傳穩定性、基因的“漂移”、病蟲害抗性的產生等方面 存在問題和風險，生物技術本身的發展將決定這些問題的解決程度， 也將決定轉基因產品的接受和應用程度，甚至決定其命運。儘管現在 生物技術和產品還存在一些問題和疑慮，但毫無疑問，生物技術將迅 速發展。今後，也將會有更多的轉基因抗病抗蟲或耐除草劑作物得到 開發和應用，並對農藥的生產和使用產生深刻的影響。 4 發展生物農藥的主要措施 4.1 建設和加強化工系統的生物技術研究開發體系 國家已在原上海農藥研究所投資，建設了化工部上海生物化學工 程研究中心。中國化工學會成立生物化工專業委員會已多年，已召開 十屆學術交流會。 4.2 開展與國外的科技合作 引進適用的先進技術，吸收國外先進的科研方法，注意人才、智 力及必要儀器裝備的引進，注意引進高性能菌種，關鍵的先進生產設 備與工藝，組織消化吸收。 4.3 加強與國內有關部門的橫向協作 積極地把高等學校、科研院所的研究成果移植到化工系統，進行 工業化的接力開發，並與其組織聯合研究和聯合攻關。 4.4 加速生物技術人才的培養 通過各種途徑，加速化工領域生物人才的培養，逐步形成專業配 套，層次合理的技術隊伍，注意引進生物技術專家及學科帶頭人，注 意年輕科學家的培養，每年有計劃的進一些生化專業以及遺傳專業的 畢業生、研究生，選派從事生物農藥研究的人員出國學習，借助外部 技術力量培養人才。 4.5 採取國家投資和自籌資金相結合的辦法，增加風險投資，以確保 科研及開發的順利進行。 戎志梅 (中化化工科學技術研究總院，北京) ■ ------------------------------------------------------------ 方麗萍 電話: (0919278319) 傳真:02-27644109 訂報e-mail: 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