微生物除草剂研究进展与展望

李健 李美 高兴祥 房锋 董连红

摘要：微生物除草剂因其资源丰富、环境污染小等优点而被广泛关注。本文对国内外微生物除草剂发展现状及其发展的限制因素进行了综述，并对其发展前景进行了展望。

关键词：杂草；生物防治；微生物除草剂；现状

中图分类号：S482.4文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）10-0149-04

农田杂草严重威胁作物产量，造成巨大的经济损失。据统计，2005和2006年我国受杂草危害的田地面积约在7 000万公顷左右，直接经济损失在1 000亿元左右[1]。化学除草剂的发现和大规模应用，对于减轻杂草危害、释放农业劳动力、促进农业现代化进程起到了重要作用。迄今，化学除草剂已经是使用量最大的农药类别，仅仅草甘膦的使用量就已占据近20%的全球农药市场，年销售超过20亿美元[2]。化学除草剂仍是目前最有效的杂草防除方法，但随着其持续大量使用，不仅加大了环境污染风险，也造成了抗性杂草种类、种群密度和发生面积的增加[3]，使得相应除草剂的防治效果降低和使用量加大，从而步入一个恶性循环过程[4，5]。近年来，微生物除草剂因具有资源丰富、环境污染小等优点，被人们广泛关注，且已经取得了一定成果。因此，研制环境友好型的微生物除草剂已经变得越来越重要。

1国内外微生物除草剂发展现状

微生物除草剂是指一类直接以微生物个体为对象开发制备的微生物制剂[6]。杂草生防微生物（主要为真菌）多采集于自然界，具有毒性低和长效防治的特点，是开发生物除草剂的重要来源。随着对微生物源除草剂研究的不断重视，越来越多的具有生防效果的微生物被开发出来。截至目前，有近40个属80多种真菌微生物已经具备了被开发为微生物除草剂的潜力[6]，其中真菌性生物除草剂主要集中在镰孢菌属（Fusarium）、链格孢菌属（Alternaria）、尾孢霉属（Cercospora）、盘孢菌属（Colletotrichum）、疫霉属（Phytophthora）、柄锈菌属（Puccinia）、叶黑粉菌属（Entyloma）、壳单孢菌属（Ascochyta）和核盘菌属（Sclerotinia）等[7]。细菌性生物除草剂主要集中在假单胞菌属（Pseudomonas）、肠杆菌属（Enterobacter）、黄杆菌属（Flavobacterium）、柠檬酸细菌属（Citromyces）、无色杆菌属（Achranobacter）、产碱杆菌（Alcaligenes）和黄单胞杆菌（Xanthomonas）等[6-8]。2014年底，病毒除草剂也研制成功并在美国获得注册登记。但由于生产条件和成本、应用效果和规模等因素的限制，目前细菌和病毒类除草剂的开发远远落后于真菌除草剂。

1.1国外微生物除草剂开发与利用

从20世纪60年代起，国外就已经开始研究微生物除草剂[9]。Devine是第一个被注册的真菌除草剂，该除草剂是一种棕榈疫霉（Phytophthora palmivora Butler）制剂，1981年从美国佛罗里达州的柑橘园中分离得到，主要用来防治柑桔园莫伦藤（Morrenia odorata）[10-13]，最高防效可达95%。随后，真菌制剂Collego获得注册登记，该菌剂是一种盘长孢状刺盘孢合萌专化型（Colletotrichum gloeosporioides f. sp. aeschynomene），用于防除水稻和大豆田中的豆科杂草[11]。继之，BioMal是由加拿大农业调查研究所开发，PhilomBioS公司于1992年商品化的一种盘长孢状刺盘孢锦葵专化型（Colletotrichum gloeosporioides f.sp. malvae）干粉剂。该制剂用于防治圆叶锦葵（Malva pusilla）、苘麻（Abutilon theophrasti Medicus）等杂草[13，14]。微生物除草剂Biochon于1997年在荷兰被登记注册，该菌剂是利用银叶菌（Chondrostereum purureum）防治野黑樱（Prunus serotina）[15，16]。目前，国外已获得专利保护或已登记注册的微生物除草剂主要有罗得曼尼尾孢菌（Cercospora rodmanii）防除水葫芦（Eichhornia crassipes）[17]、百日草链格孢（Alternaria zinniae）防治苍耳（Xanthium occidentale）[18]、圆盘孢（C. orbiculare）防治刺苍耳（X. spinosum）[19]、胶孢炭疽菌（Colletorichum spp.）防除菟丝子（Cuscutta spp.）[6]、胶孢炭疽菌田皂角转化型（C. gloeosporioides f. sp. aeschynomene）防除弗吉尼亚田皂角（Aeschynomene virginica）和利用巨口茎点霉（Phoma macrostoma）防除草坪阔叶草等[18，20]。

1.2国内微生物除草剂的开发与利用

我国微生物除草剂的研究起步较早，在20世纪60年代就已经开发出“鲁保一号”菌剂，该菌剂是利用胶孢炭疽菌（C. gloeosporioides）防治菟丝子[21，22]。在20世纪80年代，新疆哈密植保站研制出“生防剂798”防治西瓜田列当（Orobanche spp.）[23]。近些年来，在国家各级政府部门和科研机构的高度重视下，我国在杂草生物防治方面取得了一系列成果，初步利用画眉草弯孢霉（Curvularia eragrostidis）和厚垣孢镰刀菌（Fusarium chlamydosporum）防治马唐（Digitaria sanguinalis）[24]；利用新月弯孢霉（C. lunata）、禾长蠕孢菌（Helminthosporium gramineum）和露湿漆斑菌（Myrothecium roridum）防治稗草（Echinochloa crusgalli）[25]；空心莲子草假隔链格孢菌（Nimbya alternantherae）防治空心莲子草（Alternanthera philoxeroides）[26]；利用胶孢炭疽菌婆婆纳专化型（C. gloeosporioides Penz. f. sp. veronica）防治波斯婆婆纳（Veronica persica）[27]和利用齐整小核菌（Sclerotium rolfsii）防治加拿大一枝黄花（Solidago canadensis）等方面均取得了一定成果[6]。

2微生物除草剂发展的限制因素

近20年来，美国、加拿大和日本等国家专利局公布的关于生物除草剂的专利已经分别达到了90多个、17个和8个，但截至目前全球范围内仅有20多个生物除草剂产品登记。这是因为专利型杂草生防菌虽然初步具备了被开发为生防制剂的潜力，但是否具备开发价值并进一步开发为除草剂登记产品还受诸多因素限制。微生物除草剂在其研究、开发和应用过程中还存在一些问题和困难，阻碍其商品化进程。

2.1易受周围环境影响

微生物除草剂是以活体微生物体来发挥作用。侵染环境中的温度和湿度等都是限制杂草生防真菌发挥治病效果的重要因素，而多数生防真菌的侵染循环过程对环境湿度的要求都较高[28]。因此，湿度对真菌致病力发挥的影响较大。例如利用尖角突脐孢（Exserohilum monoceras）防治稗草[29]、利用蕉斑镰刀菌（F. stoveri）防治水花生[30]的过程都需要一定时间的保湿过程；在90%湿度条件下，厚垣孢镰刀菌（F. chlamydosporum）对马唐的鲜重防效达到90.2%，而当湿度降低到40%时，其鲜重防效仅为51.5%[31]。

2.2菌种致病力退化

真菌除草剂在连续培养过程中易发生菌种致病力退化，是困扰其进一步应用的另一个重要因素。例如我国第一个大规模推广的杂草生防菌剂“鲁保一号”，在20世纪60年代中、后期，曾在山东、江苏、安徽、宁夏等20多个省、区生产和应用。但是，经过长时间的人工培养和保藏，“鲁保一号”菌种孢子多核化现象增多，菌剂对大豆菟丝子的致病力降低，甚至丧失生产和应用价值。菌种的严重退化使“鲁保一号”的生产、应用很快陷入困境，几乎濒于消亡的边缘[32]。

2.3寄主单一

微生物除草剂对目标杂草有较强的选择性。但在一个复杂的农业生态系统中杂草群落结构复杂，微生物除草剂相对于化学除草剂来说，由于其寄主的单一性，往往很难具有广谱的除草效果，因此很难达到理想的除草目的，因而，其推广必然会受到限制[9，33]。

3我国微生物除草剂的发展展望

我国农业部在2015年3月发布了《到2020年农药使用量零增长行动方案》，就如何提高农药利用效率、减少农药总使用量、改善我国土壤环境问题等方面提出了具体要求。与传统化学农药相比，微生物源农药在环境相容性和安全性上是化学除草剂所不可比拟的，因此微生物源农药的开发显得十分迫切[34-36]。

虽然我国近十年来在杂草生物防治方面已经取得了一定成果，获得了一批具有自主知识产权的专利保护菌株，但是在杂草生防菌制剂化和商品化过程中仍然远远落后于西方发达国家。我国生物资源丰富，物种多样，环境条件差异大，这些都预示着自然田野中有大量有待发现和开发的潜力生防菌株。这也要求我国科研工作者应以当前农药减量为导向，大量收集并开发可用于杂草防治的微生物制剂。

参考文献：

[1]张朝贤， 李香菊. 杂草学学科发展[M]//2007-2008植物保护学学科发展报告. 北京：中国科学技术出版社， 2008： 75-86.

[2]Prado J R， Segers G， Voelker T， et al. Genetically engineered crops： from idea to product[J]. Annual Review of Plant Biology， 2014， 65： 769-790.

[3]Heap I. International survey of herbicide resistant weeds[R/OL].http：//www.weedscience.com （Feb 21， 2016）.

[4]Green J M. Current state of herbicides in herbicide-resistant crops [J]. Pesticide Management Science， 2014， 70（9）： 1351-1357.

[5]Czaja K， Góralczyk K， Struciński P， et al. Biopesticides-towards increased consumer safety in the European Union [J]. Pesticide Management Science， 2015， 71（1）： 3-6.

[6]陈世国， 强胜. 生物除草剂研究与开发的现状及未来的发展趋势[J].中国生物防治学报， 2015， 31（5）： 770-779.

[7]马娟， 董金皋. 微生物除草剂与生物安全[J]. 植物保护， 2006， 32（1）： 9-12.

[8]王利， 朱朝华. 生物除草剂研究进展[J]. 广西热带农业， 2008（1）：15-17.

[9]仉欢， 王开运.微生物除草剂研究进展[J].杂草科学， 2010（2）：1-8.

[10]Kenney D S. DeVine-the way it was developed-an industrialists view [J]. Weed Science. 1986， 34（Suppl.1）： 15-16.

[11]Ridings W H. Biological control of strangervine（Morrenia odorata Lindl.） in citrus-a researchers view[J]. Weed Science， 1986， 34：31-32.

[12]Smith R J. Biological controls as components of integrated weed management for rice in the United States[M]. ASPAC， Food & Fertilizer Technology Center， 1993.

[13]杨恒友， 刘杰， 张剑. 微生物除草剂研究发展及开发展望[J]. 中国植保导刊， 2010， 30（7）： 14-17.

[14]Mortensen E K. The potential of an endemic fungus，Collelotrichum gloeosporioide f.sp. malvae for biological control of round-leaved mallow（Malvapusilla） and velvetleaf （Abutilon theophrastis） [J].Weed Science， 1988， 36：473-478.

[15]De Jone M D， Seheepens P C， Zadoks J C. Risk analysis for biological control： a Dutch case study in biocontrol of Prunus serotinaby the fungus， Chondrostereum purpureum[J]. Plant Dis.， 1990， 74： 189-194.

[16]强胜. 生物除草剂的最新研究进展[J]. 杂草科学， 1997（4）：9-10.

[17]Mcrac C F.Role of codinal matrix of Colletotrichum orbicularein pathogenesis of Xanthium spinosurm [J]. Mycological Research， 1990， 94：890-896.

[18]强胜. 生物除草剂研究的历史、现状及展望[C]//植物保护21世纪展望暨第三届全国青年植物保护科技工作者学术研讨会文集，1998.

[19]陈曼芳. 玉米蛋白粉、鱼粉及其水解多肽萌前除草活性的研究[D]. 南京： 南京林业大学， 2007.

[20]李海涛. 寄生疫霉菌作为微生物除草剂防除麦瓶草潜力的研究[D]. 泰安： 山东农业大学， 2005.

[21]刘志海， 朱全让. 鲁保一号菌[M]. 济南： 山东科技出版社， 1980.

[22]林冠伦. 我国杂草防治的一些情况[J]. 生物防治通报， 1985， 1（2）： 51-52.

[23]王之越，朱厂翼，马德成，等.应用镰刀菌防治瓜列当[J]. 生物防治通报， 1985， 3（3）： 35-38.

[24]Zhu Y Z，Qiang S. Isolation，pathogenicity and pafety of Curvulariaeragrostidis isolate QZ -2000 as a bioherbicide agent for large crabgrass （Digitaria sanguinalis）[J]. Biocontrol Science and Technology， 2004， 14： 769-782.

[25]韦韬，李静，倪汉文.稗草生防菌新月弯孢菌株J15（2）的生物学特性[J].中国生物防治，2009， 25 （1）： 54-59.

[26]聂亚锋， 陈志谊， 刘永锋， 等. 假隔链格孢SF-193的产孢特性及其分生孢子对空心莲子草的致病力[J].中国生物防治， 2009， 25（3）：260-266.

[27]朱秦. 胶孢炭疽菌作为防除波斯婆婆纳的生物除草剂产业化相关技术的研究[D]. 南京：南京农业大学， 2003.

[28]李新，谢明，谭万忠，等.杂草生防真菌的研究进展[J]. 中国生物防治， 2009， 25（1）： 83-88.

[29]陈勇，倪汉文，万方浩，等.稗草致病菌——尖角突脐孢菌的生物学特性[J].中国生物防治， 2004， 20（4）： 264- 268.

[30]郑燕梅，王源超，乔广行，等.水花生病原真菌的筛选与生防潜力的研究[J]. 南京农业大学学报，2006， 29（2）： 57- 60.

[31]李健，李美，高兴祥，等. 马唐生防真菌ZC201301的筛选及其致病力测定[J]. 山东农业科学， 2015， 47（6）： 93-96.

[32]高昭远. “鲁保一号菌S22变异株”研究成果通过鉴定[J]. 生物防治通报， 1988（1）： 5.

[33]Auld B A， Morin L.Constraint sin the development of bioherbicides[J].Weed Technology， 1995， 9：638-652.

[34]刘顺字， 曹永军. 微生物源农药应用现状及发展前景[J]. 河南农业科学， 2015， 44（5）： 22-25， 30.

[35]Ash G J. The science， art and business of successful bioherbicides[J]. Biological Control， 2010， 52（3）： 230-240.

[36]强胜， 宋小玲， 戴伟民. 抗除草剂转基因作物面临的机遇与挑战及其发展策略[J]. 农业生物技术学报， 2010， 18（1）： 114-125.