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生物农药与农业可持续发展战略

From: Updated:2007-05-06
  农作物病虫草鼠的发生与危害,严重制约着高优农业及可持续农业的发展。据联合国粮农组织(FAO)统计,世界粮食产量因病虫草鼠害造成的损失每年大约占总产的20-35%,其中虫害14%,病害10%;棉花因虫害损失16%,因病害损失12%,年损失额达1200亿美元,相当于中国农业总产值的1/2,美国的1/3,日本的2倍,英国的4倍多。我国1993年因病虫危害造成粮食减产10.48%,粮食损失443.29亿公斤,棉花少收52.2%,棉花损失19.53亿公斤。在农作物病虫草害的各种防治方法中,生物防治占有非常重要的地位。1987年美国国家科学院将生物防治定义为:“利用自然的或经过改造的生物,如作物、树木、动物和益虫及微生物”。生物防治的方法可归纳为三大技术体系:传统生物防治、本地天敌的自然保护与利用、微生物农药的产业化。由于生物农药对有害生物高效,对人畜及非靶标生物安全,不污染环境,在有害生物可持续治理中起着非常重要的作用。1992年“世界环境与发展大会”第21条决议指出“要在全球范围内控制化学农药的销售和使用,到2000年生物农药的产量将占农药总量的60%”。因此,生物农药的研究与开发利用具有十分广阔的发展前景。



  1可持续农业的内涵及特征



  可持续农业(SustainableAgriculture,下简称SA)是以可持续发展思想为指导,强调综合利用农业生态系统中自然与生物资源,尽可能地减少外部物质与能量的消耗。SA的目的:



  持续地增加产量,确保食物安全;



  持续地提高农民的利益,消灭贫困;



  合理地利用资源,保护和改善环境,强调在满足当代人生存需求的同时,又不破坏后代人赖以生存的资源基础环境条件。



  正如Iberd所强调,SA必须是:生态上是可恢复的,否则就不能持续到最后;经济上必须是高产和盈利的,否则在经济上就不可能持续;社会上是可接受的,否则SA不可行。



  总之,SA所涉及的不只是技术问题,而首先是思想方法和研究方法问题,需要从多个视角认识它。



  SA是使农业经济与农业生态环境同步发展的一种新的战略思想和一种新的农业对策。



  实施可持续农业已成为世界各国的共识,对资源环境相对薄弱的中国显得尤为重要。它的实施有赖于对农业生产系统中各组分及其环境之间关系的系统分析与调控,是一项复杂的系统工程。



  2生物农药的研究开发和应用



  生物农药主要是指以植物、动物、微生物等产生的具有农用生物活性的次生代谢产物开发的农药。广义的生物农药还应包括活的生物体,如各种捕食性天敌、寄生性天敌以及转基因作物。按照用途,生物农药可分为微生物源农药、植物源农药、动物源农药、天敌昆虫和转基因植物。据报道,80年代初生物防治剂的销售额为5000-6000万美元80年代末达5亿美元,预计本世纪将达80亿美元。



  2.1微生物源农药



  2.1.1微生物源杀虫剂。



  是目前应用最多的生物农药,占整个生物防治剂的90%以上。进行过深入研究和工业化生产的杀虫杀螨抗生素有杀螨素、阿维菌素、hygromycinB、destomycinB和milbemycin、除虫菊素及其衍生物、沙蚕毒素及其衍生物、鱼藤酮、菸碱、毒扁豆碱、浏阳霉素、白僵菌素、绿僵菌素、核型多角体病毒和颗粒体病毒。



  苏云金芽孢杆菌杀虫剂,是目前世界上用途最广,开发时间最长,产量最大,应用最成功的生物杀虫剂,占生物防治剂总量的90%以上,已有60多个国家登记120个品种,广泛用于防治农业、林业、贮粮害虫以及医学昆虫,我国年产量达3万吨左右。第二代细胞工程杀虫剂和第三代基因工程杀虫剂即将问世,它可以克服杀虫谱窄,持效期短,药效慢等弊端。



  阿维菌素是由日本北里研究所与美国默克公司联合开发的一种大环内酯杀虫素,具有优异的家畜驱虫作用、杀线虫作用,对多种为害农作物的刺吸式口器害虫害螨也有极高的毒杀活性,成为防治害螨和美洲斑潜蝇等害虫的高效抗生素类农药。



  2.1.2微生物源杀菌剂。



  这是一类称作农用抗菌素的物质,已经商品化的有灭瘟素、春雷霉素、多氧霉素、公主岭霉素、农抗120、农抗5102等,应用面积最大的是井冈霉素,这是上海农药所分离筛选的对水稻纹枯病有显著防效的农用抗生素,已使用20年,至今尚未发生明显抗药性。



  2.1.3微生物源除草剂。



  从微生物中发展了许多除草活性的物质,主要有杂草菌素(用于防除水田稗草等禾本科杂草)、细交链孢霉素、茴香霉素。近年来,从微生物代谢产物开发新型除草剂最成功的有双丙氨酰膦和草胺膦,双丙氨酰膦是从Streptomyceshydrossopius发酵液中分离的一种有机磷双肽化合物,德国赫司物公司又以双丙氨酰膦为模板,人工合成开发出草胺膦,双丙氨酰膦和草胺膦都为非选择性内吸输导型高效除草剂,广泛用于果园、苗圃、橡胶园等防除多种一年生和多年生禾本科杂草及阔叶杂草。



  2.2植物源生物农药



  据Ahmed1985年资料,全世界已报道过1600多种具有控制有害生物的高等植物,其中具有杀虫活性的1005种,杀螨活性的39种,杀线虫活性的108种,杀鼠活性的109种,杀软体动物活性的8种,对昆虫具有拒食活性的384种,忌避活性的279种,引诱活性的28种,引起昆虫不育的4种,调节昆虫生长发育的31种,抗真菌的94种,抗细菌的11种,抗病毒的17种,这些类型具有杀虫、杀菌、除草活性植物毒素,生物碱类、香豆素类的噻吩的聚炔类、萜烯类、植物中的昆虫拒食剂和忌避剂及植物内源激素,应用较多的为苦参碱、烟碱、鱼藤酮、茶皂素、木烟碱、楝素、赤霉素、脱落酸、吲哚乙酸、乙烯等。



  2.3动物源农药



  2.3.1昆虫内源激素



  (1)保幼激素,由昆虫咽侧体分泌,抑制昆虫器官正常生长发育使其保持



  幼虫形态特征的激素。化学家已合成了上千种具有保幼激素活性的物质,作为农药注册登记并实际投入大面积使用的有烯虫酯、蒙-512、双氧威等。



  (2)蜕皮激素,由昆虫胸腺分泌,可控制昆虫的蜕皮过程,从1954年从家蚕肾中分离出第一个蜕皮激素,至今已从昆虫中分离鉴定了10余种蜕皮激素,如近年来RhomHass公司开发成功的抑食肼(RH-5849)。



  1.3.2昆虫信息素。



  信息素的种类很多,通过信息素的释放向昆虫的种内和种间传送各种信息,其中主要的有性信息素、产卵忌避素、报警激素、集合信息素及跟踪信息素。其中用来诱杀和干扰昆虫正常行为的昆虫性信息素成为害虫管理中一个重要的手段,如巴基斯坦通过使用棉铃虫性信息素防治棉铃虫(Penctinophoragossypiella)达到100%干扰交配,节省农药50%的效果,中国科学院动物研究所应用棉铃虫性引诱剂大面积防治棉铃虫,可使雌蛾交配率下降40-70%,效果十分显著,1992-1999年的应用面积达400多万公顷,目前已有20余种实现了商品化。



  1.3.3原生动物。



  在原生动物中,微孢子虫作为微生物杀虫剂使用量广泛,它的宿主范围广,包括鳞翅目、直翅目、鞘翅目、半翅目、膜翅目和蜉蝣目的多种昆虫。常用的有蝗虫微孢子虫、行军微孢子虫和云杉卷叶蛾微孢子虫等。近几年来在我国采用蝗虫微孢子虫饵剂防治东亚飞蝗、亚洲际小东蝗、宽须蚊蝗、白边痂蝗、皱膝蝗等优势种蝗虫,每年防治面积达8-10公顷。



  1.3.4昆虫忌避剂。



  据Norris(1990)报道,昆虫和其他节肢动物产生的昆虫忌避剂有296种,但昆虫忌避剂目前仅限于卫生害虫的防治,如避蚊胺、避蚊醇,在农业方面迄今未有成功的报道。



  1.3.5节肢动物毒素。



  这一类型毒素是节肢动物(包括昆虫)产生的用于保卫自身、抵御敌人、攻击猎物的天然产物,如沙蚕毒素、斑蝥素、蜂毒肽蜂毒明肽、蝎毒等。在这一方面最著名的例子是从异足索蚕中分离的沙蚕毒素,以此为先导化合物,开发出如杀螟丹、杀虫双、杀虫单、巴丹等一系列沙蚕毒素类商品化杀虫剂。


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