生物农药在柞蚕病害防治中的应用现状分析

赵 翀 宋 策 赫英姿 于庭洪 左玲玲 贾 姝

(辽宁省蚕业科学研究所，辽宁凤城 118100)

化学农药既可有效防治病虫害，还能增加作物产量，在农业丰产、提高农民生活水平中发挥了重要的作用。可是，伴随着我国现代化农业快速发展的同时，人们生活水平日益增加，人类食品安全及农产品农药残留问题越来越受到重视。党的十九大报告提出“实施食品安全战略，让人民吃得放心”，食品安全战略的推进是人民群众对食品安全诉求与期盼的体现。因此，高效低毒、安全性高的生物农药品种的开发和推广是促进农民增收的根本保障，是维护生态安全的迫切需要，也是解决人民群众日益增长的食品安全需要与食品安全风险凸显之间的矛盾的有效措施。本文主要综述生物农药的特点、种类及其研究现状，分析生物农药在柞蚕病害防治中的应用前景。

1 生物农药的定义

生物农药主要由生物化学农药及微生物农药组成，生物化学农药包括激素、信息素、天然植物生长调节剂和昆虫生长调节剂、酶等四大类物质；微生物农药包括真菌、细菌、病毒和原生动物或经遗传工程修饰的微生物制剂。[1-2]

2 生物农药的特点

生物农药是利用生物之间相克的原理控制有害生物的为害，因此它们只对靶标病虫害有作用，一般对人、畜及各种有益生物比较安全，生物农药中所包含的主要活性成分均可在自然条件下获得，且具有易被大气、水体、植物、土壤中所含的微生物分解的特点。生物农药的使用可有效降低农产品农药残留，提升食品安全。可以降低对农产品污染，提升农药质量安全；大多数生物农药具有多种活性成分，作用机理十分复杂，使靶标生物对其抗性发展缓慢。生物农药主要来源于自然界动植物、微生物等，资源极其丰富。同时，由于相当一部分生物农药的产品化可依靠生物再生资源(如玉米、鱼粉、豆饼、麦麸等)[2]，为产业的可持续发展提供了资源保障。

3 生物农药的类型和研究现状

我国生物农药按照其来源可分为植物源农药、动物源农药和微生物源农药三种[3]。目前，中国农业生产现状下，生物农药主要是指可规模化、工业化所生产出的微生物源药剂[2]。

3.1 植物源农药

植物源农药通常是指在植物中存在并被提取的次生代谢产物所合成的化合物所制备的药剂，其对某些农业害虫具有拒食、诱杀、麻痹、抑制虫体发育、干扰昆虫行为等作用。部分植物源农药对主要农作物致病菌及部分杂草具有一定抑制作用[4]。近些年，植物源农药发展速度迅速，其有效成分种类已占所有生物源农药总量三分之一。其中具有代表性的植物源农药为印楝素、苦参碱、鱼藤酮、烟碱和除虫菊素等。以上药剂已广泛在我国实际农业生产中应用，并发挥了化学农药不可替代的作用与效果，并得到了多数农业生产者的认可与青睐。

3.2 动物源农药

动物源农药是指动物和代谢产物，包括昆虫天敌、动物毒素、昆虫激素。在生物防治方面的重大成功就是利用病虫害发生国家或地区收集的天敌物种来控制有害昆虫。动物源农药有效成分主要为在蛇、蝎、蜘蛛、沙蚕、蜜蜂、螺、水母等动物体内中提取出的毒素，目前效果最好、市场应用最多的为沙蚕毒素杀虫剂[5]；另一种动物源农药是昆虫内激素类，其主要分为保幼激素类、蜕皮激素类和羽化激素类。昆虫外激素类农药主要是昆虫性激素类农药。受技术、成本、使用范围等原因，动物源农药发展还处于起步阶段。

3.3 微生物源农药

微生物源农药是以微生物或其代谢产物作为主要成分而研制的生物农药，主要包括农用抗生素和活体微生物农药。

3.3.1 农用抗生素

农用抗生素均提取自具有抑菌活性微生物或其次生代谢产物中，此类抗生素具有一定农药功能。这类物质对某些农作物的有害生物具有明显抑制效果。将其制备成可直接使用的剂型即为农用抗生素。我国对农用抗生素的研究及应用于上世纪60年代开展，经过不断的探索与研究，目前在农业生产中对农用抗生素的制备、提取、合成等技术了有了较大程度的改进与提高。在我国，农用抗生素使用面积较大且防治效果好，被农业生产者广泛所接受与采用，主要包括井冈霉素、阿维菌素、多氧霉素polyoxin、中生菌素、武夷菌素、农抗120等。农用抗生素在生物源农药产品数量中所占比例最高，达69.66%；其中阿维菌素占到72.7%，而抗生素有效成分只占生物农药总有效成分的14.4%。

3.3.2 活体微生物农药

活体微生物农药是将有害微生物作为靶标，开发并研制的对其具有拮抗作用的病原微生物直接作为农药。主要包括微生物杀虫剂、微生物杀菌剂和微生物除草剂。

最具有代表性的杀虫活体微生物农药品种是苏云金芽孢杆菌(Bt)，它占据了几乎全部的生物农药市场[6]。另外，还有青虫菌 (B .t .VarGalleria)、乳状芽孢杆菌(Bacilluspopilliae)、球状芽孢杆菌(Bacillussphaerieus)、白僵菌(Beaurevia)等杀虫剂目前均推广并应用[7-8]。

利用靶标生物拮抗微生物(细菌、真菌、放线菌、噬菌体、病毒)所研发的杀菌剂，可有效对病原微生物进行抑制。其中拮抗细菌占有极为重要的地位。细菌抗逆性强、繁殖速度快、营养要求简单等特点使其培养难度大大降低，在人工培养基中便可大量繁殖，在农业有害生物防治中具有巨大潜力[9]。目前用作生物杀菌剂的拮抗细菌主要有枯草芽孢杆菌(Bcaillussubtilis)、蜡状芽孢杆菌(bacilluscereus)、地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)等。拮抗细菌及其代谢产物的开发利用，以及通过基因工程改造产生新型、高效、稳定、适生性强的拮抗细菌是今后生防菌发展的趋势[10]。

活体微生物除草剂主要由真菌构成，其中除草剂的研究与开发一直为该领域的热点研究项目。美国率先研制出可有效防除水稻、大豆等作物田杂草的生物除草剂，主要成分为长孢状刺盘孢(Colletotrichumgloeo-sporiocidef.sp.aeschynomene)；日本烟草株式会社开发的黑腐病菌，可有效防治草坪恶性杂草早熟禾及剪股颖，但目前尚无规模应用；我国对于活体微生物除草剂的研究也在同时期展开，中国水稻研究所发现了稗草禾长蠕孢(Helminthosporiumgramineumf.sp.echinochloae)可有效侵染稗草，利用该真菌研发的制剂对稗草的防治效果可达到80%[11]。

4 生物农药市场前景

伴随着农药管理制度的正规化、严格化，有相当多的化学农药将被禁用。也正因如此，生物农药市场将被进一步扩展，并为其发展与普及提供推力。根据北美权威机构生物农药产业联盟(BIA)统计，生物农药占世界农药销售份额不足5%，生物农药防治面积处于领先地位的是欧洲，其生物农药防治面积已超过防治面积的30%[12]。中国是世界农药生产及销售大国，但就生物农药防治面积来说，中国较发达国家及地区还有一定差距。

截止2016，中国已有大量生物农药进行了登记，其中包括115个主要成分、3764个上市药剂，占我国所有农药登记总量17%[13]。美国环保总署(EPA)在2017 年9 月30 日公布已注册的生物农药有效成分共有390 个，涉及1400 多个产品[14]。相比而言，中国生物农药登记数量远高于世界其它各国，但自主研发能力有限，目前还停留在阿维菌素、井冈霉素、Bt杀虫剂等产品上[15]。目前，我国在生物制剂基础研究领域具有一定水平，体系较为完善，其相关企业较为集中，其中12家企业生产了所有登记的36个杀菌剂品种。这些企业包括Andermatt Biocontrol、Agbitech、Agraquest、Bayer等国际生物制剂巨头。但我国微生物农药企业多数为小企业，生产装备和技术落后、资金短缺、创新能力不强，致使产品质量较低、剂型单一，缺乏产品核心竞争力，在与欧美等发达国家产品的竞争中处于劣势，从而导致国内相关领域企业发展速度较慢。其次，施用生物农药给农户带来的收益是长期的、全社会的，而大部分生产者在实际农业生产中需要衡量生产成本、利润等诸多因素，这使得当前阶段生物农药推广过程中出现“叫好不叫座”的现象[16]，使生物农药的推广存在一定的困难。

伴随着我国农业现代化高速发展， “农业绿色发展”已成为农业发展的重中之重。“化肥农药双减”等国家重点研发计划项目先后立项，国家加强了对主要农作物病虫害绿色防控力度，国家相关部委及各省市农业部门也持续推进生物产业发展规划及政策的支持工作，加快了我国生物农药的研发和推广步伐。

5 生物农药在柞蚕病害防治中的应用研究

5.1 应用生物农药的必要性

柞蚕(Antheraeapernyi)是我国特有的昆虫资源。我国柞蚕茧年产量约8.5万吨，占世界产量的90%以上，我国柞蚕生产主要集中在北方的辽宁、吉林、黑龙江、河南、山东、内蒙古6个主产省区，其柞蚕茧产量占全国的95%以上，蚕业收入在某些重点蚕区占农民收入的70%～80%左右，蚕业已成为我国部分山区重要经济产业支柱，并为当地农业生产者带来可观收入。柞蚕茧及其副产品是我国特色经济产业重要资源，柞蚕业在有效带动缫丝、纺织、印染、服装、医药及食品等产业发展的同时，柞蚕作为特色经济昆虫，也为人类可摄入蛋白原提供了更为丰富的食用资源。

柞蚕虽为一种昆虫，但在生产过程中同样会受到病原微生物的侵染及危害，从而致使其产量降低，严重影响农民的养蚕积极性。养蚕前期的卵面和蚕室、蚕具以及柞园消毒和放养过程中病害防治均使用化学农药和试剂。然而，常有蚕农弄错药、滥用药等情况发生，会引起柞蚕中毒，轻者部分蚕中毒死亡或不能结茧，重者造成绝收。另外，农药使用过程中的农药暴露使放养者长期接触农药可能会导致蚕儿中毒[17]，从而使较难降解的某些农药中的化学成分不断在蚕体中累积，导致农药残留现象日益加剧。因此，高效、低毒及有针对性的微生物农药的开发研制是目前柞蚕农药研发的热点之一。

5.2 利用微生物防治蚕病的研究进展

已有学者对家蚕病原物拮抗菌开展研究，刘训理等[18]从泰山土壤中分离获得1株对多种家蚕病原细菌和真菌具有强烈拮抗作用的多粘类芽孢杆菌(Paenibacilluspolymyxa)，该菌株对家蚕生长发育无不良影响，发酵性状优异，抗菌物质耐高温，对丙酮、乙醚、氯仿等有机溶剂不敏感[19]。张楠等[20]同样从泰山林地土壤中分离获得一株对黑胸败血病菌和绿僵菌具有强烈拮抗作用的放线菌，经鉴定为吸水链霉菌(Streptomyceshygroscopicus)。该菌株抗菌谱广，抗菌物质耐高温，在酸、碱环境比较稳定，抗菌物质粗提物在较低浓度下即可达到杀菌效果。谢洁等[21]和谭广秀等[22]分别从桑树内生菌中分离出对家蚕病原真菌球孢白僵菌(Beauveriabassiana)、绿僵菌和苏云金芽孢杆菌(Bacillusthuringiensis)、白僵菌(Beauveriabassiana)具有抑菌活性的菌株，经鉴定分别为芽孢杆菌(Bacillus)和枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)。董法宝等[23]利用内生拮抗细菌洋葱伯克霍尔德氏菌(Burkholderiacepacia)Lu10-1菌株对家蚕白僵病的防治与抑菌效果试验表明，菌株发酵上清液对家蚕白僵病的预防及治疗有效率分别达到55.88%、34.00%，且对家蚕生理及茧质无不良影响。李梦茜等[24]分离获得1株对家蚕败血病病原具有显著拮抗作用的菌株，经鉴定为多粘类芽孢杆菌。研究结果表明，拮抗菌株的发酵产物对败血菌具有明显的拮抗活性，抑菌圈直径平均为22.60 mm，发酵液稀释60倍后仍具有抑菌活性。

早在1982年，金宝铉等[25]从病蚕、病蛹和蚕粪标本中，分离出8株柞蚕软化病链球菌噬菌体，通过裂解试验说明该噬菌体具有明显的特异性，可用作柞蚕空胴病的诊断和柞蚕链球菌的鉴定。另外发现用噬菌体卵面消毒具有明显效果，而用“钠—噬菌体”其效果更为明显，对蚕卵的孵化率无明显影响[26]。然而，随后关于柞蚕病害生物农药的研究国内外并未见报道。

5.3 微生物农药防治柞蚕病害的应用前景

微生物农药是利用拮抗微生物及其代谢产物作为活性成分，因此有效的拮抗菌是微生物农药研制的基础。开展柞蚕病原物拮抗菌的筛选和抑菌机理研究，可以为生物农药的开发和研制奠定基础，而且通过进一步研究可以实现柞蚕用药品种的突破，形成新型柞蚕病害防治药剂微生物蚕药，从而减轻或杜绝化学药剂对人类健康的威胁，克服化学药剂对环境的污染，减少在柞蚕食品中的残留量，提升产品的品质和价格。另外，利用柞蚕病原物拮抗菌和柞蚕幼虫肠道益生菌研制成微生物制剂，能够帮助改善柞蚕幼虫肠道菌群环境，提高幼虫对柞叶消化率、提高蚕体抵抗力、抑制病原物生长繁殖，达到促进柞蚕生长、综合防治蚕病的目的[27]。