作者：张慧，许宁，曹丽茹，王蕊，张凯
我国农作物种植面积广阔，种植作物种类多样，在农业生产中，农作物常常受到多种病虫草害的危害。化学农药因其适用范围广、作用效果迅速、使用方便等被广泛用于防治各类病虫草害，但使用化学农药也容易造成人畜中毒、杀害有益生物等，同时由于化学农药的滥用使得部分害虫、致病菌和杂草的抗药性增强，导致防治难度加大。相比于化学农药，以真菌、细菌和病毒等生物活体或其代谢产物为主要成分的生物农药对生物和环境更加友好，自20世纪80年代以来，生物农药迅速发展，行业市场规模逐步扩大。
1微生物杀虫剂
1.1细菌杀虫剂
细菌杀虫剂主要是指利用某些杀虫细菌对各类害虫达到致病或致死效果的微生物农药，其主要有效成分有苏云金杆菌Bacillusthuringiensis（Bt）、短稳杆菌Empedobacterbrevis和球形芽孢杆菌Bacillussphaericus等，这些细菌可分泌毒素蛋白，影响害虫生长发育。其中苏云金杆菌是目前应用最广泛的细菌杀虫剂有效成分，我国登记的含有苏云金杆菌的杀虫剂达246种。
作为应用最多的细菌杀虫剂，苏云金杆菌对草地贪夜蛾Spodopterafrugiperda、根结线虫Meloidogyne和二化螟Chilosuppressalis等严重危害农作物发育和生产的害虫具有良好的防治效果。草地贪夜蛾是近年来新发现的入侵物种，繁殖力强、寄主广泛、迁飞能力强、食量大，严重危害农业生产，2019年首次传入我国。截至2022年12月31日，已有6种Bt杀虫剂可用于防治草地贪夜蛾。作为国内首个获得批准登记用于防治草地贪夜蛾的Bt产品，KN11商业化制剂产品″无敌小子″(32000IU/mg苏云金杆菌)在防治草地贪夜蛾方面效果显著。数据显示，2019年科诺生物生产的KN11产品，国内销售额约为1900万元，其中仅在用于防治草地贪夜蛾上的销售额就已超过500万元。另外，该Bt制剂在防治二化螟、稻纵卷叶螟CnaphalocrocismedinalisGuenee和菜青虫Pierisrapae等害虫上也具有显著效果，并已在华中、华东和珠三角地区等区域进行推广应用。在防治草地贪夜蛾的菌株筛选方面，发现了多株对其具有高毒力的菌株，这些菌株均含有4种杀虫基因vip3Aa、cry2Ab、cry1Ac和cry1Ia，其中菌株KN50对草地贪夜蛾的防效与化学农药相当，药后7d，在3kg/hm2和6kg/hm2下对1~3龄幼虫的防效分别可达86.1%和95.2%。
Bt菌株不仅在防控草地贪夜蛾方面具有良好的应用效果，其在防治其他危害性较为严重的农业害虫上也有很大潜力。试验证明，Bt菌株对于斜纹夜蛾Spodopteralitura(Fab.)、甜菜夜蛾Spodopteraexigua和棉铃虫Helicoverpaarmigera(Hübner)等主要农作物害虫具有毒杀活性，未来可利用Bt菌株进一步研发，创制新的农药产品。
1.2真菌杀虫剂
真菌杀虫剂是除细菌杀虫剂以外应用最多的一类微生物杀虫剂。目前，真菌杀虫剂的有效成分主要有球孢白僵菌Beauveriabassiana、金龟子绿僵菌Metarhiziumanisopliae和淡紫拟青霉Paecilomyceslilacinus(Thom.)Samson等，这些真菌具有很强的侵染性，能够通过菌丝对虫体的入侵和酶类水解作用、抑制昆虫免疫等途径达到杀虫效果。
1.3病毒杀虫剂
病毒杀虫剂主要通过病毒的生命活动对昆虫造成致病或致死效果，我国研究历史较长的病毒杀虫剂有效成分有杆状病毒科的核型多角体病毒nuclearpolyhedrosisvirus,NPV、颗粒体病毒Granulosisvirus以及呼肠孤病毒科的质型多角体病毒Cytoplasmicpolyhedrosisvirus，CPV。截至2022年12月31日，我国已登记有效成分中含有核型多角体病毒的杀虫剂共65种，包括棉铃虫核型多角体病毒HelicoverpaarmigeraNPV、甜菜夜蛾核型多角体病毒SpodopteraexiguaNPV、斜纹夜蛾核型多角体病毒SpodopteralituraNPV、苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒AutographacalifornicaNPV、甘蓝夜蛾核型多角体病毒MamestrabrassicaeNPV等，是种类最多的病毒杀虫剂类型，可防治甜菜夜蛾、棉铃虫、烟青虫HeliothisassultaGuenee、稻纵卷叶螟、玉米螟和地老虎Agrotissp.等多种农业害虫；而以颗粒体病毒和质型多角体病毒为有效成分的杀虫剂分别有6种和3种，主要防治对象为小菜蛾、菜青虫Pierisrapae、稻纵卷叶螟及松毛虫等。
在利用病毒杀虫剂进行生物防治上，研究表明，核型多角体病毒对防治草地贪夜蛾具有显著效果。截至2022年12月31日，我国共有2种核型多角体病毒杀虫剂获批登记，用于防控草地贪夜蛾。其中，江西新龙生物登记的20亿PIB/mL甘蓝夜蛾核型多角体病毒悬浮剂，当按有效成分750mL/hm2和900mL/hm2施用时，药后7d，其对草地贪夜蛾的防治效果均达到了85%以上。类承凤等分离了一株亚洲玉米螟核型多角体病毒OstriniafurnacalisNPV，其对草地贪夜蛾3龄幼虫的半数致死剂量是甘蓝夜蛾核型多角体病毒的3.86倍，该项研究为开发防治草地贪夜蛾的高效病毒杀虫剂提供了依据。张海波等也发现了多种核型多角体病毒对草地贪夜蛾有毒害作用。未来可利用核型多角体病毒开发更多针对草地贪夜蛾的病毒杀虫剂。
由于杆状病毒感染宿主一般具有专一性，我国现登记的棉铃虫核型多角体病毒、甜菜夜蛾核型多角体病毒、斜纹夜蛾核型多角体病毒和苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒的防治对象也较为单一，主要用于防治甜菜夜蛾、斜纹夜蛾、棉铃虫和烟青虫，但甘蓝夜蛾核型多角体病毒具有相对的广谱性，可感染30多种鳞翅目昆虫，可利用甘蓝夜蛾核型多角体病毒开发广谱性病毒杀虫剂。截至2022年12月31日，我国已有6种有效成分为甘蓝夜蛾核型多角体病毒的产品获批登记，可防控草地贪夜蛾、小菜蛾、棉铃虫、玉米螟、稻纵卷叶螟、茶尺蠖、烟青虫和地老虎等害虫。当施用20亿PIB/mL甘蓝夜蛾核型多角体病毒悬浮剂750mL/hm2时，药后7d对稻纵卷叶螟的防治效果达90.08%，且不影响蜘蛛、隐翅虫Staphylinidaelatreille、黑肩绿盲蝽Cyrtorhinuslividipennis等天敌种群数量。甘蓝夜蛾核型多角体病毒系列产品已广泛应用于湖南、辽宁、新疆、上海和广西等21个省(市、区)蔬菜、水稻和棉花等作物的病虫害防治，我国也已实现甘蓝夜蛾核型多角体病毒杀虫剂产业化，建成了年产2000t昆虫病毒制剂生产线。
1.4微孢子虫
微孢子虫Microsporidia是一类专性寄生的单细胞原生动物，能够在组织细胞中发育并分裂，可反复无限增殖，具有传染性。微孢子虫会在寄主细胞中大量增殖，逐步取代寄主细胞质，使寄主细胞内的内质网、线粒体和细胞核等细胞器受到严重破坏,使得细胞的代谢功能严重受损,最后导致细胞破碎死亡。
我国用于农林害虫防治的微孢子杀虫剂主要有蝗虫微孢子虫、云杉卷叶蛾微孢子虫和行军虫微孢子虫3种类型，其中研究和应用较多的是蝗虫微孢子虫。在蝗虫个体内，蝗虫微孢子虫主要是通过侵染蝗虫脂肪体，破坏蝗虫脑神经，影响蝗虫的生长发育和代谢，而在种群内，微孢子虫能够通过被感染蝗虫产下的卵和被感染蝗虫的尸体及粪便以及残草碎屑等途径传播，从而造成蝗虫种群疾病长期流行，达到防控蝗虫的目的。截至2022年12月31日，我国仅有2种有效成分为蝗虫微孢子虫的微孢子虫杀虫剂获批登记，应用于草地和滩涂的蝗虫防控。曹国兵等发现，蝗虫微孢子虫能够持续控制蝗虫种群密度，在草原蝗虫灾害爆发不严重时，可采用600mL/hm2微孢子虫悬浮剂进行蝗虫防治，第14天时，防治效果即可达到70%以上。目前，我国已制定了适合我国不同草原蝗虫蝗区和不同农区飞蝗蝗区的蝗灾持续治理对策和技术体系，达到国际先进水平。
1.5基因工程细菌杀虫剂
除利用自然存在的菌株研发微生物农药外，现代分子技术手段的应用也加快了新型农药的研究进度，丰富了农药产品的类型。如基因工程技术，基因工程能够按照科研生产实际需要，对生物进行定向改造，生产出符合人类需要的产品，由于基因工程技术在基因编辑上具有可控性和定向性，越来越多的研究希望利用这种技术生产出药效稳定、防虫谱广的农药。
利用基因工程技术已获得了多种工程菌种，如米曲霉Aspergillusoryzae、黑曲霉Aspergillusniger和苏云金杆菌等，其中苏云金杆菌是国内外使用最广的工程菌之一。通过电击转化的方法，将对鞘翅目叶甲科害虫高毒力的cry3Aa7基因，导入Bt野生菌株G03中，采用不同时空表达的启动子，实现双基因的共表达，构建了对鞘翅目叶甲科马铃薯甲虫和鳞翅目小菜蛾等重要农业害虫具有高毒力的双价基因工程菌，并利用该工程菌开发出了我国首例基因工程微生物杀虫剂——苏云金杆菌G033A，该产品也是我国首个对鞘翅目害虫有效的Bt产品，可防治8种(类)作物的7种(类)害虫，包括小菜蛾、斜纹夜蛾、甜菜夜蛾、黄条跳甲Phyllotretaspp.、草地贪夜蛾、甲虫Coleoptera、棉铃虫等。2017年8月该产品获得农药登记证，目前已应用于十字花科蔬菜、玉米和花生等作物的害虫防治，并在安徽、广州、湖北、吉林和山东等地推广使用。
2微生物杀菌剂
2.1细菌杀菌剂
细菌杀菌剂是主要的微生物杀菌剂类型之一，也是应用最多的微生物杀菌剂。目前，我国登记的细菌杀菌剂中有效成分主要包括荧光假单胞杆菌Pseudomonasfluorescens、枯草芽孢杆菌Bacillussubtilis、解淀粉芽孢杆菌Bacillusamyloliquefaciens和蜡质芽孢杆菌Bacilluscereus等，其中大多数是以枯草芽孢杆菌为有效成分的杀菌剂。截至2022年12月31日，共有96种含枯草芽孢杆菌的杀菌剂获批登记，这些产品可用于防治番茄灰霉病、水稻稻瘟病、小麦白粉病、柑橘绿霉病、烟草黑胫病和白菜软腐病等病害。研究发现，枯草芽孢杆菌可分泌抗生素、细胞壁降解酶类、几丁质酶等物质，抑制病原菌孢子萌发和菌丝生长，当其吸附在病原真菌菌丝上时，会与病原菌共同生长并产生溶菌物质消解菌丝体，溶解孢子细胞壁等。目前发现了多株芽孢杆菌菌株资源，这些菌株可有效防治油菜根肿病、马铃薯黑胫病、小麦赤霉病、黄瓜棒孢叶斑病、黄瓜炭疽病、甘薯茎腐病、番茄匍柄霉叶斑病和番茄白粉病等。
近年来，我国针对小麦全蚀病、水稻细菌性条斑病和水稻白叶枯病等以往缺乏生物防控制剂的多种农业病害，研制了一系列具有自主知识产权的以生防微生物菌株为有效成分的微生物杀菌剂产品，如防治水稻细菌性条斑病、水稻白叶枯病的解淀粉芽孢杆菌LX-11悬浮剂，防治设施番茄枯萎病的解淀粉芽孢杆菌B1619水分散粒剂，防治小麦全蚀病的井冈枯芽菌可湿性粉剂，防治烟草赤星病的多粘菌枯草菌可湿性粉剂，防治草莓白粉病的枯草芽孢杆菌可湿性粉剂等。其中，2019年获批登记的60亿芽孢/mL解淀粉芽孢杆菌LX-11悬浮剂，是国内外率先将解淀粉芽孢杆菌应用于防治水稻细菌性病害的杀菌剂，也是我国第一个以解淀粉芽孢杆菌为有效成分登记的防治水稻细菌性条斑病和白叶枯病的微生物杀菌剂。此外，该悬浮剂还能够防治白菜软腐病、番茄青枯病，目前已在江苏、安徽、福建和云南等省大面积推广应用。这些杀菌剂产品将小麦全蚀病、水稻细菌性条斑病、水稻白叶枯病、番茄枯萎病等病害列入靶标防治对象，扩大了我国微生物杀菌剂的防治范围。
2.2真菌杀菌剂
3微生物除草剂
目前，在微生物除草剂的研发应用方面利用最广的微生物是真菌，我国最早将真菌应用到杂草防治上的微生物制剂是于1963年研制的″鲁保一号″，其能有效防控菟丝子CuscutachinensisLam.，是我国第一个大规模应用的微生物除草剂。
在已有微生物除草剂产品应用方面，有研究表明，从加拿大一枝黄花SolidagocanadensisL.白绢病病株上分离得到的齐整小核菌Sclerotiumrolfsii可用于禾本科作物田、草坪的阔叶杂草以及加拿大一枝黄花的生物防治。齐整小核菌菌株SC64与生物除草剂克稗霉联合使用扩大了杀草谱，提高了除草效果；在剂型改进方面，利用以秸秆粉与齐整小核菌菌丝混合制成固体颗粒剂型，用于防治一枝黄花，处理剂量为600kg/hm2时，7d的株防效最高能达到100%。粘质沙雷氏菌颗粒剂、克稗霉和草茎点霉水分散粒剂等微生物除草剂产品的研发，也为防除马唐、稗草和鸭跖草CommelinacommunisL.等杂草提供了新的手段。
4对微生物农药发展的建议
近年来，各项政策的颁布与实施给予了生物农药登记、生产许可、应用推广更为宽松和有利的发展条件，极大地推动了我国生物农药的发展，而现代技术的应用更加快了在生防微生物选育与创制、微生物与病虫草害互作机制、微生物农药产品研发与生产等方面的脚步。2017年，我国成立了全国农药标准化技术委员会生物农药分技术委员会，通过了《农药管理条例》。《农药管理条例》调整了农药生产管理职责，简化、明确了生产方面的手续；在2020年2月6日农业农村部印发的《2020年种植业工作要点》中，提出了要完善农药登记审批″绿色通道″政策，为生物农药、高毒农药替代产品等用药登记创造良好环境；2021年8月，在农业农村部等6部门联合印发的《″十四五″全国农业绿色发展规划》中指出，要推行绿色防控，推广应用高效低毒低残留新型农药，这些政策为我国微生物农药的发展提供了良好的机遇。针对微生物农药的发展，未来可从以下3方面进一步加强。
1)加强创新，抢占研发高地
2)抓住机遇，推动产品商业化
目前已筛选到多种具有生防效果的微生物菌株，但实际生产和登记的产品数量仍然较少，微生物农药产品的商业化能力和产业化能力还较弱，多数缺少中试环节。2022年1月，农业农村部等8部门联合印发的《″十四五″全国农药产业发展规划》中，指出优化生产布局，提高产业集中度，调整产品结构，推行绿色清洁生产，优先发展生物农药产业，重点培育一批绿色农药制剂加工企业。各企业应抓住机遇，转型升级，加强技术创新，对现在突出的微生物农药产品保质期短，受环境影响药效降低，助剂加工配方不合理，缺乏合适的载体、表面活性剂、助剂等方面，进一步优化工艺设计和生产流程，提高生产效率和产品质量，推动微生物农药商业化和产业化。
3)多点发力，促进产品广泛应用
除了研发和生产端，后续的政策支持、知识产权保护、经营管理、服务推广体系的建立等方面都会影响产品的推广应用。各级政府、农技部门等应建立完善的推广服务体系，一方面应加强科普宣传工作，加大微生物农药的施用技术培训，提高农民、新型经营主体等用户的使用意愿；另一方面可通过典型示范，带动大面积应用；同时，也要进一步规范经营管理，完善安全使用、贮藏运输等标准，降低运输环境不达标、储存条件不到位、施用技术不规范等对产品效用的影响，确保研发效果和使用效果的一致性。
5展望
尽管目前微生物农药的使用比例还较低，但在国家政策支持力度加大、市场需求增长等有利因素的影响下，预计微生物农药产业会进一步发展。2020年9月30日农业农村部农药管理司发布的《关于推进实施农药登记审批绿色通道管理措施的通知》(农农(农药)〔2020〕78号)文件中，提出要将微生物农药纳入登记审批绿色通道，优先安排技术审查，在保障质量和安全的前提下加快技术审查进程，预计未来微生物农药的研发进度和审批登记速度将进一步加快。同时，农业农村部、国家发展改革委等部门也制定并实施了一系列政策措施，扶持发展生物源农药产业，如设立专项资金补贴农民使用生物源农药，对符合条件的生物源农药企业予以税收优惠等，《″十四五″全国农药产业发展规划》也明确提出将微生物农药列入优先发展目录，加大微生物农药的研发力度，并重点培育一批生物农药优势企业，预计未来企业的研发能力将进一步增强，微生物农药的使用比例和市场占有率也将逐步提高。另外，随着产业的发展，微生物农药还可能在推动病虫害绿色防治、农产品的优质安全生产、生物多样性保护、土壤质量提升等领域进一步发挥作用。