生物农药与生物技术在植保中的应用与展望

胡武泽

（安徽省行知学校，安徽黄山 245200）

因生态环境恶化、水资源下降、人口持续增长等问题，农业第二次绿色革命在全世界范围内掀起，其要求种植高产、优质、高抗性农作物的同时，也要利用低毒害、无毒害的生物技术及生物农药抑制农作物病虫害，提升农作物产量，提高植物保护效果与生态性。因此，鉴于生物农药、生物技术在植保方面的重大意义，应全面了解具体应用现状，结合绿色农业发展需要展望技术未来发展，及时解决技术缺陷。

1 生物农药在植保中的应用与展望

1.1 生物农药的应用

化学农药在植保中造成的成分残留问题，导致食品安全问题频发，并加重环境污染，滋生抗病原物体，其中因诸多病原物对化学农药产生抗体，导致药物免疫力增强，降低化学农药使用效果，无法发挥抗病虫害作用。因此，在农业第二次绿色革命中，提出将农药转化为生物农药，降低其有毒有害性，安全、环保、有效地开展植物保护。通过生物农药加强对病虫害的防治，为农作物的生长创造更安全的环境，如利用微生物农药技术，直接作用于宿主，避免病虫害产生抗体，从而在保护植物的同时，增加农作物产量[1]。此外，生物农药毒害性降低，对周围环境的影响有所下降，能够维系生物生存环境的健康、稳定。目前，据国内外研究报道显示，生物农药在抑制真菌、细菌、病毒以及线虫防治方面均有着显著效果，按照生物农药的性质与范畴进行化分，可分为昆虫病毒、细菌农药、真菌农药、天敌、转基因生物5 类。

1.1.1 昆虫病毒。生物制剂研究过程中主要将颗粒病毒、多角病毒作为研究契机，从1980 年至今多角病毒被反复应用于棉铃虫、油桐尺蠖、菜粉蝶、斜纹夜蛾等害虫防治当中，进行大量试验后，确定其有着显著效果。安徽省农科院植保所也通过茶蚕颗粒体病毒以及茶小卷叶蛾颗粒体病毒对茶树虫害展开了有效防治；武汉大学研发出一种由小菜蛾病毒与Bt 复合而成的病毒微生物复合杀虫剂，已在我国取得专利，该生物农药对小菜蛾防治率可达76%～92.5%，效果十分理想[2]。但昆虫病毒的缺陷也十分突出，由于技术水平有限，目前杀虫谱相对单一，适用范围小，价格昂贵，不利于农民接受，无法在我国大范围推广，且存在病毒侵染时间长、病毒毒力不稳定等问题。

1.1.2 真菌农药。真菌农药主要应用于植物的病虫害防治，经过大量研究证实效果显著，对推动农业发展有着重大价值。其主要种类有白僵菌、多毛菌、拟青霉菌、虫生藻菌等，其中白僵菌的适用范围最广，使用频率最高。在1960 年被发现，从最初的病害防控试验，逐渐发现白僵菌在作用松毛虫、玉米螟等害虫方面有着显著效果，且具备生物农药的优势，无毒害性，但效果不稳、抗逆性差等问题也客观存在。因此，目前并未在植保中广泛推广使用白僵菌，研究领域也在不断通过技术手段优化改造白僵菌内部结构，通过克隆杆菌酶基因、真菌孢子基因，不断提高白僵菌的杀虫效果与杀虫效率。此外，目前处理直接利用昆虫病原真菌作为杀虫剂以外，生物防治研究中也开始探索利用杀虫活性代谢产物防治昆虫病原[3]。

1.1.3 细菌农药。细菌农药中以金芽菌制剂最具代表性，经实践发现，其在松毛虫、马铃薯虫、菜青虫、棉铃虫等虫害防治中具有显著效果，其成分中的蛋白基因是目前世界上发现的最宽灭虫基因，能够分离出两类杀虫蛋白基因，即Cyt、Cry。我国在20 世纪末首次克隆出抗虫蛋白基因，目前已经完成210 余种抗虫蛋白基因克隆，在全国多个地区的植保中均发挥出显著的作用，并在中国农业科学院植保所等单位的联合下，已成功构建起成熟的Bt 功能基因研究平台，可对Bt 资源进行鉴定，并克隆出多个晶体蛋白基因，也开发了Bt 生物工程菌。其中与安徽省农业科学院植保所合作研究的Bt 工程菌防治地下害虫蛴螬已进入中间试验阶段，待条件适宜下将进一步开展环境释放试验[4]。

1.1.4 天敌。我国天敌防治害虫具有3000 多年的悠久历史，早在《诗经》中就对天敌防治害虫有所记载，而在我国不断深入发展微生物技术的过程中，天敌农药的研发一直被列为重点，目前我国已经登记生产的Bt 杀虫剂已有近百家企业，并成功利用木霉菌真菌制剂防治蔬菜灰霉病，并从Bt 资源中提取出CryAc10 以及CrylBb3等蛋白基因，提取出在抗病虫害中效果更为显著的苏云金芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌等菌株。

1.1.5 转基因生物。转基因生物通过rDNA 技术将外源目的基因转移到生物体内进行表达，是国内外近年来生物农药研究的重点。国外通过转基因生物在病虫害防治中开辟了新渠道，选择特定抗性基因进行杂交育种，能够提高植保工作的预见性，并减少植物生长期间农药的使用。目前国际上已有90 余种转基因类植物产品，用于防治玉米螟、甲虫、红铃虫、等病虫草害中，也培育出抗病毒的西葫芦，抗除草剂的棉花、大豆、玉米等作物。而我国转基因生物的研究也有显著成果，从20 世纪末至今，已研发出近50 种转基因植物，其中涉及基因超过100 育种，并且抗病虫草害的基因则有62 种，且30 多种转基因产品已进入田间试验与环境释放环节，诸多产品已获得商业化审批，如抗病毒害的番茄与甜椒、抗棉铃虫的棉花等。并进一步探索具有抗蚜虫效果的转基因油菜、抗褐飞虱的转基因水稻。

1.2 生物农药的最新开发

近年来，从辣椒中提取活性成分辣椒素制成生物农药取得了良好的市场反响，由于辣椒便于获取，可解决原材料获取难的问题，便于大规模投产。辣椒素中主要包含辣椒素单体、二氢辣椒素单体、降二氢辣椒素单体，占比分别为68%、25%、5%；其纯品为单斜长方体无色结晶，具有极强的刺激性，但无毒害，沸点介于210～220℃、熔点介于62～66℃，稳定性良好，在萃取过程中损失小，可在碱性水溶液中溶解；经过广泛研究，目前能够证实辣椒素具有调节血脂、减肥、抗癌、止痛、消炎等多个方面的作用，作用于动物时能够使其产生一系列生理反应，从而发挥作用。

目前，在农业领域，辣椒素发挥出了杀虫、杀菌、趋避等作用。具体来讲，辣椒素对于害虫具有显著的触杀作用，诸多害虫在接触辣椒素后出现麻痹、瘫痪等情况，经过提取与分析害虫胃毒发现，辣椒素进入害虫体内后，解毒酶系遭到抑制，从而引发生理病变。目前，在蚜虫、桃蚜等害虫治理中均取得良好效果，也有研究将辣椒素碱的害虫治疗效果与传统杀虫剂进行比对，发现两者之间作用效果具有相似性，虽然在持效性、速效性上并无特殊优势，但其环保，可降低对环境与人畜安全的威胁。辣椒素的强烈刺激性使其成为一种高活性抑菌剂，目前已经证实在抑制酵母菌、革兰氏阳性菌等方面均具有良好的效果，且有学者采用生物自显影法展开测试，能够确定起到主要依据作用的成分为辣椒素，也有研究证实能够抑制大肠杆菌、四链球菌、枯草芽孢杆菌。因辣椒素具有较强刺激性，可以作为趋避鸟类、昆虫以及其他动物的趋避剂，辣椒素具有药效持久、可降解的优势，对于哺乳动物造成的危害持续时间短。

鉴于辣椒素的良好应用前景，目前已经展开了辣椒素生物农药剂型的开发，已有剂型包括常规剂型中的乳油、微胶囊悬浮剂，纳米农药剂型中包括纳米乳剂、纳米分散体。其中乳油最为常见，具有生产工艺简单、方便使用、稳定性好等优点，因其能够与有机溶剂溶解，制成乳油后可降低有机溶剂的危害，减轻污染。

1.3 未来发展展望

20 世纪90 年代开始，全世界范围内加速生物农药的研制，目前已经实现商品化的生物农药有30 余种，并且在农药市场上的份额不断扩大。我国从20 世纪70 年代开始研究生物农药，经历基础研究、应用试验、批量化生产等多个阶段，目前已有专门的生物病毒研究机构，但规模小、技术能力有限、资金不足，使发展受到限制。从生物农药的应用情况以及植保的需要两个角度，未来生物农药发展中还需强化以下工作。

1.3.1 加强基础与应用研究。深入探究生物农药的作用机理、残留、毒性以及对自然环境的影响，并在应用过程中基于生物农药的功能与价值优化生产工艺.加强研究有益病毒、真菌、细菌，培养具有无毒害副作用以及高活性的菌株，实现批量研发。

1.3.2 促进横向联合、提供资金与政策支持。加强科研机构以及生产企业之间的横向联合，加速生物农药研究成果转化。在国家政策与资金的扶持下，加大研发投入，完善研发设备与技术手段，提高生物农药研究水平。

2 生物技术在植保中的应用与展望

2.1 生物技术的应用

生物技术基于生物学、工程学、化学等基本原理，通过利用生物体与其组成部分生产出有用物质，为人类提供某种服务。在农业生物技术领域，生物技术加强了对植物蛋白质学的认识，在增强粮食产量方面发挥了重要作用，并减少农药的使用，提高了农业发展的生态性与环保性。目前，国内外植保领域生物技术的应用实践产生的代表性成果主要有以下3 种。

2.1.1 PCR 技术。PCR 是分子生物学领域的关键技术，目前在植保中可用于昆虫分类，培养更全能的植物细胞，增强植物的抗病虫害能力。在具体应用中，实时荧光技术、ELISA 技术、多重PCR 技术、巢式PCR 技术都为PCR 技术体系的组成内容，各项技术功能不同，应用效果也存在差异。其中，巢式PCR 技术在病害检测中具有高灵敏度以及特异度，主要应用于病害不明确的植物检测。因此，从PCR 技术的应用方向来看，主要在短时间内完成植物不明显病害的检测，并明确病害形成原因。

2.1.2 酶联免疫技术。酶联免疫技术主要应用于植物病害成因的判断，提高植保工作现代化与智能化水平。目前，世界上已研制成功多种单克隆抗体，可快速创造出诊断植物病毒、螺原体病原、菌质体、细菌、真菌的条件，且可利用酶联免疫吸附法确定田间状态病原，灵敏地进行相近成分区分。近年来，国内酶联免疫技术的研究主要集中在植物病毒以及细菌病害2 个方面，并已形成多种单克隆杂交瘤细胞株，如番木瓜环斑病毒、烟草花叶病毒、水稻白叶枯病、天麻坏死黄脉病毒中均成功研制出单克隆抗体，这些成功研制的抗体使鉴别病原物更加简便、灵敏、快速。

2.1.3 基因芯片技术。基因芯片技术是在支持物上固定大量探针分子后与标记样品分子展开杂交，经检测获取每个探针分子的杂交信号情况，根据信号强度获取样品分子数量以及序列信息。该项技术的探索已进行数10年之久，最初在1998 年美国将该项技术作为当年自然科学领域十大进展之一，被推广到生物科学等众多领域当中，可在基因表达检测、基因组多态性分析、突变检测等多个方面应用。在植保领域中，可以利用基因芯片技术筛选基因突变农作物，寻找出植物的高产、抗病虫等基因。此外，在植物检验检疫工作中也有着显著价值，在一项研究中，利用Genbank 数据库信息，针对马铃薯侵染病毒展开特异性探针设计，在基因芯片上完成与病毒cDNA 的杂交。试验结果显示：黑环病毒、马铃薯斑驳病毒以及纺锤块茎类病毒信号十分强烈。

2.2 生物技术的最新开发

近年来，生物技术在改良作物品种、改善采后处理、降低病虫害所带来的损失方面发挥着重要的作用。其中以水稻所取得的成果最为突出，从1994-2020 年能够统计到的数据显示，全世界范围内水稻作物种植中导入增加产量有利基因的增长比例为24%，导入耐干旱、抗盐胁迫的有利基因增长比例为10%，从而使全球水稻产量较1994 年增长56%。在水稻种植领域应用生物技术取得的最突出成果则是在杂交水稻基础上引入生物技术，如利用定位高产数量性状位点（QTL）增产，其属于分子生物技术，可以对性片断长度多态性、简单序列长度多态性做出限制，可更直观地鉴定高产性状共分离染色体区域，从而利用高产数量性状点位则可实现水稻增产。又如袁隆平院士在研究中提出，为水稻引入外源基因延迟衰老，也实现了增产效果，水稻在衰老过程中，叶片细胞基因表达与代谢之间发生和谐变化，能够使植株本身的光合能力急剧衰减，但外用细胞兴奋素能够抑制该情况。因此，当有一种基因对植物叶片细胞衰老做出抑制，使水稻生物量更持久，则会实现高产，也可以抑制因病害带来的产量下降。目前的研究中有导入操纵水稻黄矮病的cDNA、东格鲁病的cDNA 以及操纵害虫的晶体蛋白基因、蛋白酶抑制剂等，按照抗衰老的思路实现了抗病虫害能力改善，也对水稻增产作出了巨大贡献。

2.3 未来发展展望

生物技术在植保领域的应用达到其他技术不具备的效果，尤其是基因检测、检验检疫等方面，诸多技术难点均通过生物技术手段攻克，为植保领域创造了新的生产力，贡献巨大。因此，加深生物技术的研究与创新发展，不断与传统植保技术相结合是未来一段时间内生物技术发展的主要任务。同时，也要认识到当前生物技术发展中存在的缺陷，虽然生物技术为病虫害鉴定提供了更科学、准确、灵敏、高效的工具，其产生的价值不可忽视，但其应用中也存在明显问题，如外源基因稳定性控制问题、外源基因表达量问题以及转基因安全性问题、抗性新品种抗性被新种病原克服问题。综合以上，应加强对生物技术基础理论研究，并从分子机理角度加深对现代生物学研究成果与植物病虫害关系的研究，从而为植保工作提供更科学的技术手段，不断提高植保工作质量。

综上所述，生物农药与生物技术在植保中的应用，解决了植保工作与生态环境保护之间的冲突，并在提高植物生长质量中发挥着不可替代的作用。但生物农药与生物技术的发展也存在明显缺陷，希望得到全世界共同关注，在专业领域的不断探索、深入研究下，及时攻克技术难题，有效提高植保工作质量。