我国微生物源农药研究概述

胡青平，展 阳，周学永

（山西师范大学 生命科学学院，山西 太原 030031）

农药是农业林业种植过程中不可或缺的重要材料。现如今随着农业的发展，化学农药逐渐暴露出自己的短板，因此生物农药在农药中所占的比重越来越大。微生物源农药是生物农药中的主要类型之一，其是利用微生物自身或产生的活性成分对害虫、杂草等农业上有害的生物因素进行杀灭。微生物源农药对人畜安全而对作物害虫或病原菌才有杀灭或抑制作用，是现阶段公认的无公害农药[1]。细菌类微生物源农药是目前应用最广泛、发展最快的微生物源农药，具有对环境危害较小，具有靶向性，对人体健康危害小等优点[2]。本文将从微生物源农药常用的菌种类型、微生物源农药剂型和微生物源农药在现实应用中所面临的一些问题等方面对微生物源农药的研究进展进行系统概述，为微生物源农药产品的开发和进一步有效应用提供参考借鉴。

1 微生物源农药的常用菌种

1.1 细菌类

1.1.1 芽胞杆菌

目前常用于微生物源农药的芽胞杆菌有苏云金芽胞杆菌（Bacillus thuringiensis，Bt）、枯草芽胞杆菌（Bacillus subtilis），解淀粉芽胞杆菌（Bacillus amyloliquefaciens），日本金龟子芽胞杆菌（Bacillus popilliae）等 4 种，其均为革兰氏阳性菌，对人畜无害，不污染环境，是一种理想的农业病害生物防治微生物[3]。其中，苏云金芽胞杆菌可产生伴胞晶体，其相关产品杀虫作用高效，尤其是晶体杀虫蛋白复合物作为一种化学杀虫剂广泛应用到农业生产中；枯草芽胞杆菌可通过降低水稻、花生、小麦等作物病害、增加作物的抗逆能力以及克服作物连作障碍等3个方面提高作物的抗逆能力，但登记在册用于防治的产品较少；解淀粉芽胞杆菌与枯草芽胞杆菌亲缘度很高，能够产生多种抑制植物病原菌的酶类活性物质，同时解淀粉芽胞杆菌又是一种植物根际促生菌，产生吲哚乙酸（IAA）等生长素，以促进植物细胞的生长[4]；日本金龟子芽胞杆菌专性寄生金龟子幼虫，主要对日本豆金龟和欧洲金龟子有宿主特异性，其他与之有亲缘关系的金龟子也会感染。目前，关于日本金龟子芽胞杆菌的农药研究较少，其毒力也比正常生长的芽胞杆菌毒力低得多。

据2022年1月的中国农药信息网显示，以苏云金芽胞杆菌为有效成分登记的农药产品249个，主要用作杀虫剂，少量用作除菌剂。以枯草芽胞杆菌为有效成分的产品共93个，用作杀菌剂，且绝大多数为可湿性粉剂。以解淀粉芽胞杆菌为主要成分的农药产品12个，也主要应用于杀菌剂。而以日本金龟子芽胞杆菌制剂仅有2家美国公司生产和出售[5]。

1.1.2 链霉菌

目前研究较多应用较广的是阿维菌素链霉菌（Streptomyces avermitilis），革兰氏阳性菌，其产生的阿维菌素（AVM）是一种具有杀虫、杀螨、杀线虫活性的十六元大环内酯化合物，而农业上对阿维菌素链霉菌的应用也主要集中在对其产物阿维菌素上的应用。阿维菌素链霉菌最初由日本学者大村智和美国默克公司研究组在日本静冈土壤中发现并分离，经鉴定其为一个新种，并且发现其发酵液对动物寄生虫及多种农业害虫有极强的消灭效果[6]。据2022年1月的中国农药信息网显示，以阿维菌素为主要成分的农药共3 013个，且主要为杀虫剂，其他类型还有杀线虫剂，杀菌剂及杀螨剂，且包括水乳剂、水分散粒剂、乳油等多种剂型。

1.1.3 假单胞菌

目前研究较多应用较广的是荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens），革兰氏阴性菌，化能异养，植物根际促生菌（PGPR）[7]，该菌类可以在根际土壤中大量繁殖，对多种植物致病菌类及线虫具有强烈的抑制与拮抗作用，抑制病害发生。在农业中，该菌类还可作为重要的解钾菌和解磷菌，提高土壤中的元素利用率。据2022年1月的中国农药信息网显示，以荧光假单胞菌为有效成分的农药产品共7个，主要用作杀菌剂。

1.2 真菌类

1.2.1 木霉

木霉以拮抗、重寄生、竞争等作用及分泌抗生素等方式控制病原微生物的侵染和病害的发生。目前主要集中在哈茨木莓、绿色木霉、深绿木霉等菌种，可拮抗18属29种病原微生物引起的农林病害，并促进植物生长，是一种非常重要的生物防治菌剂[8]。据2022年1月的中国农药信息网可知，目前在售的以木霉菌有效成分为主的农药共22个，用作杀菌剂，主要剂型为可湿性粉剂。

1.2.2 白僵菌

白僵菌（Beauveria bassiana），是一种子囊菌类的虫生真菌，主要包括球孢白僵菌和布氏白僵菌等，是寄主范围广，致病力强，环境适应性强的昆虫病原真菌，白僵菌杀虫剂广泛应用于松树等重要林业害虫的防治中，是目前林业最广泛的生物杀虫剂之一[9]。据2022年1月的中国农药信息网显示，目前在售以白僵菌为主要成分的微生物源农药共20个，用作杀虫剂，包括可分散油悬浮剂、母药、可湿性粉剂等多种剂型。

1.2.3 绿僵菌

绿僵菌（Metarhiziun spp.）为昆虫病原真菌。Sorokin正式将第一种绿僵菌命名为金龟子绿僵菌，开始了绿僵菌作为昆虫病原菌与生物农药的研究[10]。据2022年1月的中国农药信息网显示，目前在售的以绿僵菌为主要成分的农药共17个，主要用作杀虫剂。

1.3 病毒类

1.3.1 核型多角体病毒

核型多角体病毒是一类专性昆虫病毒，其加工所得农药产品可作病毒杀虫剂使用。形态不等，对人、畜、鱼、昆虫天敌等无害[11]。据2022年1月的中国农药信息网显示，目前在售核型多角体病毒为有效成分的农药64个，用作杀虫剂，剂型主要为悬浮剂。

1.3.2 苹果蠹蛾颗粒体病毒

苹果蠹蛾（Cydia pomonella L.），属鳞翅目卷蛾科小卷蛾亚科，杂食性钻蛀害虫，在世界范围内广泛分布，主要危害石榴、苹果、梨树等[12]。对苹果蠹蛾毒性作用最好的病原物是苹果蠹蛾颗粒体病毒，其毒力极强，能引起昆虫液化，并造成其体壁的破裂，从而杀死昆虫，目前并无在售产品。

2 微生物源农药的常见剂型

2.1 固体制剂

2.1.1 可湿性粉剂

指有效成分在水中分散成悬浮液的粉状制剂，也是微生物源农药应用的主要剂型之一，成本较低，也是制作一些其他剂型的基础，一般先将所需成分浓缩后干燥，制成微生物源农药原药，再加工为试剂。目前应用领域主要为杀虫剂及杀菌剂，植物生长调节剂极少，正在研究的可湿性粉剂类微生物源农药包括解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、球孢白僵菌、荧光假单胞菌等。

2.1.2 水分散粒剂

其是固体制剂中可分散固体制剂分类中的一种，可在水中崩解，有效成分分散成悬浮液，具有混合性好、储存时间长、有效成分含量高、粉尘少和悬浮性高等优点[13]，常用领域包括杀虫剂、杀菌剂以及除草剂等，目前该剂型的微生物研究包括木霉、绿僵菌、苏云金芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌等。

2.1.3 颗粒剂

指具有一定粒径范围的可自由流动含有效成分的粒状制剂，可直接溶解施用，也可直接填埋在土壤里，或放入植物叶中使用，溶解及吸收速率较快。在我国常用于杀虫剂、除菌剂、除草剂以及杀线虫剂，目前国内研究该剂型的微生物主要有芽孢杆菌类和粘质沙雷氏菌。

2.2 液体制剂

2.2.1 悬浮剂

指有效成分以固体微粒分散在水中成稳定的悬浮液体制剂，一般与水混合，用水稀释使用，不受水质和水温影响，使用方便，不易污染环境，成本较低，药效较高且更持久。目前国内对其微生物源农药研究主要领域为杀虫剂及杀菌剂，少部分为除草剂，微生物类型包括苏云金芽孢杆菌、阿维菌素链霉菌等[14]。

2.2.2 油悬浮剂

指有效成分以固体微粒分散在液体中成稳定的悬浮液体制剂，一般用有机溶剂稀释后使用。油悬浮剂渗透性强，黏性强，抗蒸发及冲刷，目前国内油悬浮剂的研究主要为除草剂、杀虫剂，杀菌剂极少，主要研究的微生物有金龟子绿僵菌、木霉菌等[15]。

2.2.3 可分散油悬浮剂

指有效成分以固体微粒分散在非水介质中成稳定的悬浮液体制剂，一般用水稀释后使用，具有原药适应性广、药效持久，高效，安全性强，加工简单等特点[15]，目前该剂型常用作除草剂，极少部分杀虫剂及杀菌剂，主要研究的微生物包括绿僵菌、白僵菌、阿维菌素链霉菌等。

2.3 种子处理制剂

目前只有悬浮剂，是指直接或稀释用于种子处理含有效成分、稳定的悬浮液体制剂。种子处理剂产品可杀灭地下和作物苗期害虫，防治苗期病害和系统性病害，提高种子发芽率[16]。目前其在我国主要用作杀虫剂、杀菌剂、植物生长调节剂等，主要研究的微生物有阿维菌素链霉菌等。

2.4 新型纳米剂型

生物科学的进步总是伴随着科学的发展，随着人们对纳米材料的不断深入了解，新型微生物源农药——纳米微生物剂型产生，该剂型将纳米材料及纳米技术运用到微生物源农药领域。目前，其研究主要集中在纳米材料的选择、制备及应用效果等方面，向雪梅[17]利用的纳米材料为水钠锰矿，制备了苏云金芽孢杆菌原粉复合物，并对其应用效果进行了研究，发现纳米水钠锰矿可以较好地保护苏云金芽孢杆菌的杀虫活性物质，防止其受到紫外照射所引起的损伤；李澜等[18]利用纳米Mg（OH）2负载Bt杀虫晶体（BtCry）后，能有效降低紫外线辐射对其蛋白质结构的破坏，提高伴孢晶体的杀虫活性；潘晓鸿等[19]将纳米氢氧化镁（MHNPs）与BtCry蛋白进行负载，提高了BtCry的生物活性；李梓泳等[20]和苏少纯等[21]分别利用玉米醇溶蛋白和硅烷化聚琥珀酰亚胺负载微生物源农药AVM，提高了AVM的叶面滞留量以及抗紫外性能，有效减少农药流失；陈培荣等[22]发现一定质量分数的纳米ZnO对油悬浮型白僵菌孢子具有较好的紫外保护机制，但其会对孢子产生抑制作用，使白僵菌孢子的萌发率降低。总之，纳米材料对微生物源农药的影响主要集中在其可控释、可防UV、提高生物活性、减少农药使用量等特点，可有效缓解微生物源农药单独使用带来的一些问题。随着生物源农药加工技术的发展，该剂型在世界范围内的研究浪潮逐步兴起并将会越来越火热。

2.5 其他剂型

目前，还有饵剂、粉剂、水分散片剂、条剂等其他剂型相继也有不同程度的研究和应用[23]。饵剂含有效成分，可引诱靶标有害生物取食直接使用，我国对该类剂型的使用包括卫生杀虫剂及杀鼠剂，正在研究的微生物包括阿维菌素链霉菌及绿僵菌等；粉剂是含有效成分的自由流动粉状制剂，具有使用方便、药粒细、较能均匀分布、散布效率高、节省劳动力和加工费用较低的优点，目前在我国农药市场应用并不广泛；水分散片剂可在水中崩解，从而使有效成分分散成悬浮液的片状，国内目前上市的有2种，但并无微生物源农药类型；条剂是指含有效成分的条状或棒状制剂，目前也还未见农药类型方面的应用。

3 微生物源农药面临的问题

我国微生物源农药研发起步较晚，目前仍处于起步阶段，技术尚未完全成熟，在农药施用过程中仍面临着居多问题[24-25]，包括微生物源农药混用增效及延缓害虫抗药性的机制尚不明确；微生物源农药生效缓慢，周期较长，且对环境适应能力弱；微生物源农药持效期较短，防效不稳定；微生物源农药效果受环境及温度影响较大；微生物源农药剂型较少，且一些微生物源农药喷施后存在颗粒无法溶解的问题，喷施技术需改进；一些微生物源农药单一抗菌成分收率低，纯化工艺复杂，无法满足农业需求，需要与某些菌种或化学农药混用；微生物源农药专一性较强，杀虫谱较窄，应用领域窄；微生物优劣性判别能力与方法仍需进一步探索，缺乏高效菌株。总之，仍需不断研究，来减少甚至消除这些问题对微生物源农药带来的负面影响。

4 结束语

微生物源农药由于其专一性及对人体毒性小或无毒等特点，吸引了越来越多的研究者。随着生物技术的快速发展，可利用基因工程等技术对菌株进行改造，以获得持效性长、毒力强的菌株，也可以利用纳米材料的特点，实现微生物源农药延长持效期、控释等功能，还可研究微生物源农药助剂，有效保护微生物源农药的有效成分，提升微生物源农药产品的性能[26-27]。总之，利用现代化技术，制作更有效、更实用的微生物源农药制剂，将对我国农业发展有着极为重要的意义。