微生物除草剂与生物安全

马　娟　董金皋

摘要随着人类环境意识的提高和农业可持续发展的需要，高效、环保微生物除草剂的研究越来越显示其重要的社会意义和经济价值。本文概述了微生物除草剂的种类、剂型及特点，介绍了利用微生物及其天然产物防治杂草的潜在优势和目前国内外的研究进展，尤其是对微生物除草剂的生物安全性进行了评价。

关键词微生物除草剂；种类；剂型；生物安全性

中图分类号S 482．49

杂草是农作物的主要劲敌，自从人类进行农业生产以来，人们就采用各种方式对其进行防除。化学除草剂以其作用迅速、使用方便等特点在20世纪50年代得到迅速发展。但随着化学除草剂的广泛应用，弊端日趋突出，化学除草剂造成环境污染和农药残留问题引起农药科技工作者的高度关注，渴求开发研制无污染、安全的新型除草剂。生物除草剂具有对目标杂草以外的植物影响小，环境负效应小、安全性高的特点，符合可持续农业的发展要求，因而许多研究机构和农药公司纷纷将研究重点转向生物除草剂的研制，人们开始考虑运用植物病原物或微生物代谢产物防除杂草。

1微生物除草剂的类型及潜在优势

微生物除草剂分为微生物活体和微生物代谢产物两类，即微生物制剂除草剂和微生物源除草剂。近年来利用活体微生物，主要是植物病原微生物(真菌、细菌、病毒)，最常见的是植物病原真菌。它可以直接穿透寄主表皮，进入寄主组织，防治杂草。活体微生物防治杂草分传统微生物防治和应用微生物除草剂两种，前者是从杂草原产地引人寄生性和传播能力较强的病原菌，在田间接种引起目标杂草病害流行，从而把杂草数量降到某一临界点以下，通过天敌保持着一种动态平衡；而后者是将杂草的致病菌进行大量繁殖，制成标准化的制剂，像化学除草剂一样在杂草敏感生长阶段，于苗前或苗后施用，人为制造杂草病害大流行，从而减小杂苹对作物的影响。该方法在短时间内可有效控制草害，适用于防治农田、草坪、花园中的杂草。微生物源除草剂是利用微生物的代谢产物进行杂草防除。该类除草剂根据其来源又可分为真菌源除草剂、细菌源除草剂、链霉菌源除草剂等，主要是利用这些微生物在代谢过程中产生的毒素和抗生素等，包括多肽、萜类、大环酯类和酚醛树脂类等。

筛选和利用微生物天然产物防治杂草具有许多潜在优势：1)这类除草剂作用位点新颖，是现有化学除草剂未涉及到的，有利于杂草的抗性治理；2)在低浓度时这些产物便可发挥较高生物活性；3)这些天然产物可以为新的除草剂合成方案提供线索；4)微生物天然产物在环境中的半衰期比合成农药短得多，易迅速降解或解毒，因此登记试验比化学农药所用的时间短、资金少。

2微生物除草剂的剂型及特点

为保旺微生物农药在贮存过程中的稳定性和在田间充分发挥作用。除选择助剂外，合适的剂型十分重要。鉴于此，微生物农药剂型加工也逐渐从水基制剂向油基制剂，从液体制剂向固体制剂，从粉末状制剂向颗粒状制剂方向发展。与化学农药相比，微生物除草剂的剂型加工更困难，特别是活体微牛物除草剂。首先，微生物是不溶于水的生物体，其颗粒大小町从不足0．5μm(颗粒病毒)到1 000 tzm以上(线虫)，这种颗粒的疏水性直接影响制剂的润湿性、分散性和悬浮性等物理性能；其次，作为生物体，微生物对外界环境因素如温度、湿度和光照等比较敏感，制剂贮存稳定性差，作用速度慢，田间持效期短。在选择助剂时除考虑制剂理化性能的要求外，还要考虑选择一些特殊助剂，如防光剂、增效剂等；再者，选择助剂时要注意与活体微生物的相容性。活体微生物与各种助剂的相容性一般比化学农药差，有些助剂可能完全不能使用。

真菌除草剂剂型主要有粉剂和干粉状制剂。迄今，已商品化，最成功的茎叶处理真菌除草剂是Collego，它是由引起杂草炭疽病的盘长孢状刺盘孢(Colletotrichum gloeosporioides f．sp．ae～schynomene)产生的孢子制成干孢子可湿性粉剂，防治水稻和大豆田中的弗吉尼亚皂角(Aeschynomenevlrgtntt'a)，防效达90％以．上：6)。在美国登记注册的Devine是棕榈疫霉(Phytophthora palrnivora)致病菌株的厚垣孢子制成的悬浮剂；Casst是决明链格孢(Alternaria cassiae)分生孢子制成的可湿性粉剂。在加拿大研制成功的Biomal生物制品是锦葵盘长孢状刺盘孢(C gloeosporoide,s f．3p．malvae)的孢子制成的悬浮剂。

3微生物源除草剂的应用现状

1981年，在美国Devine被登记注册为第一个生物除草剂，它是棕榈疫霉制剂，用于柑橘园土壤处理防治莫伦藤(Morreniaodorata)。就生物除草剂来说，具有划时代标志意义。次年Collego制剂由美国Upjohn公司开发成功，它是胶孢炭疽菌田皂角亚种的无性孢子制剂。继之开发出罗得曼尼尾孢(Cercospora rodmanii)防除水葫芦(gichhorniacrassipes)获得专利保护。

近年来，微生物除草剂尤其是真菌除草剂的开发和研究获得了突破性进展，已有约80种不同的侵染生物种被研究，防除约70种杂草。按照发展生物除草剂的标准，有望作为候选或已发展成生物除草剂的有36种，已经使用或商品化或极具潜力的有19种。真菌中有除草活性可望发展成除草剂的主要集中在盘孢菌属(Colletotrichurn)、镰孢菌属(Fu-Sarium)、链格孢菌属(Alternaria)、尾孢菌届(Cer-cospora)、疫霉属(Phytophthora)、柄锈菌属(Puc-cinia)、叶黑粉菌属(Entyloma)、壳单孢菌届(Asco-chyta)和核盘菌属(Sclerotinia)等日个属中。细菌除草剂主要有假单孢菌属(Pseudomonas)、肠杆菌属(Enterobacter)、黄杆菌属(Flavobacterium)、柠檬酸细菌属(Citrobacer)、无色杆菌属(Achromobas—ter)、产盐杆菌属(Alcalligenes)、黄单孢杆菌属(Xanthomonas)等7个后。此外，利用病毒防治杂草也有很多实例，如1.pp-1病毒可用来防治水中的蓝绿藻等水生杂草，在容积为3．8 m³的贮水池中，接种100mi。该病毒制剂，7 d内可使藻类数量明显下降，表1列出了一些已商品化或具有开发潜力的微生物除草剂。

另外，许多微生物(植物病原真菌和细菌)在其专一性寄主植物上产生毒素，引发寄主感病。这些毒素渗入寄主杂草，破坏其细胞结构，可使杂草产生病斑或枯萎，从而达到防除杂草的目的。这些天然产生的毒素具有种的特异性和各种不同的化学结构，且大多数是新的化学结构，用经典的农药化学合成方法难以合成；它们大多对哺乳动物无毒或低毒，相对于化学除草剂而言更易于降解，不会引起生物灾害。因此利用具有除草剂活性的微生物天然产物开发新型的除草剂日益受到人们的重视。目前已知的微生物源的毒素约80种。表2列举子一些具有除草活性的微生物源毒素。

我国应用植物病原菌防除杂草的研究起步较早，“鲁保一号”菌剂防治大豆兔丝子效果在85％左右，已有20多个省、市、自治区进行生产，防治面积每年达1．3万hm²以上。1979年新疆从自然感病埃及列当植株中分离得到镰刀菌(Fusariumorobanches)，并制成生防制剂F798，防治列当效果达到95％以上。云南省微生物所对紫茎泽兰黑斑病病原尾孢苗

同时，利用微生物代谢物防除杂萆的研究近年也在逐步开展。中国科学院植物生理研究所周荣仁开展了放线菌代谢产物的杂草防除探索。中国农业科学院土壤肥料研究所高昭远开展了胶孢炭疽菌S22毒素防除杂草的可行性研究，并取得了一定结果。张金林等发现，葱叶枯病菌(Stemphyliumbotryosum)毒素对马唐、狗尾草、稗草、狗牙根等杂草种子的萌发和幼苗生长有较强的抑制作用。上述工作的开展，为我国以菌除草的生防工作奠定了坚实的基础。

4微生物除草剂的生物安全性评价

与化学除草剂相比，微生物除草剂具有选择性强，不伤害天敌、不易产生抗药性、单位面积用量少、对人畜高度安全、对微生态环境影响小等诸多特点。因此一般认为微生物除草剂比较安全，但由于不同种类生物的差异较大，微生物除草剂是否存在人们尚未认识的危害还需进一步研究，对其评价程序和方法也有许多有待改进的地方。此外，从植物和昆虫中分离的微生物是否都对哺乳动物和人安全，值得探讨。例如，含羞草致病菌(Fusariumpallidoro—seum)的毒素严重伤害含羞草和甜瓜等，但水稻不受影响，可作为稻田除草剂开发应用，但因其对人类健康的影响尚不清楚，目前尚未推广使用。美国Abbott实验室开发的Devire微牛物除草剂，由于P．pahnovora寄主范围的原因，而限制在柑桔园使用。

开发微生物除草剂应高度重视病菌的寄主范围、致病力大小、病菌微生态，以及药剂管理和检测标准等，即使足已经失去致病性的微生物，也应有明确的判断基准。评价生物农药安全性的基本内容包括：1)作为有效组分的生物种的鉴定及其特性，是否会产生有害物质；2)对人无致病性、感染性、毒性，无过敏性反应；3)明确对目标生物的毒性、致病性；4)对目标牛物以外的生物无不良影响，或尽量降低其有害性。

对微生物除草剂的评价，理论上主要依据两条标准即有效性(药效)和专一性(安全性)。作为农药，除草剂的开发首先必须保证环境的安全性，冉者是对人的毒性(急性、亚急性、慢性毒性)和生物群落的安全性。必须事先了解微生物除草剂对动植物的致病性及其在环境巾的生存情况。大多数真菌除草剂的病原来自当地的自然罹病寄主，对环境压力不大，但因病菌致病过程和环境的复杂性，仍需要在人为接种条件下，对其他经济植物的安全性进行深入研究，并了解其发病机理及对环境的影响。总之，在有效利用微生物除草剂的同时，对其安全性的评价是十分重要的，到什么程度为安全，要在应用中与利益相互权衡后，才能作出合理的评价。

随着人们对微生物及微生物产物侵染和控制杂草机理的深入了解，通过基阅工程和细胞融合技术，改良微生物除草剂的品种和寄主专一性；通过与低量的化学除草剂混配，进一步提高微生物除草剂的防效；而且并随着发酵技术的发展，会有更多的活体微生物及其天然产物实现商品化生产，利用微生物及其天然产物防治杂草有着广阔的发展前景。