什么是真菌农药
真菌农药(fungal pesticides)是指用于防治农业、林业及卫生等领域有害生物的真菌活体及其次生代谢产物为活性成分制备的微生物制剂。其作用靶标包括各种害虫、病原菌、线虫和杂草等有害生物。登记的有效成分包括分生孢子、菌丝体或厚垣孢子、菌核等无性繁殖体以及有性繁殖体卵孢子。
真菌农药的主要菌种种类
真菌农药主要分为真菌杀虫剂、真菌杀菌剂、真菌杀线虫剂以及真菌除草剂。
常见的真菌杀虫剂有:球孢白僵菌可湿性粉剂、蝗绿僵菌油悬浮剂、金龟子绿僵菌乳粉剂、莱氏野村菌微粒剂、淡紫拟青霉颗粒剂等,用于土传病害防治的木霉菌种主要有哈茨木霉、交织木霉和棘孢木霉等菌种;
真菌杀菌剂有:哈茨木霉的拌种剂等;
真菌除草剂有:防除菟丝子的胶孢炭疽菌以及瓜果蔬菜储存的酵母保鲜剂。
杀虫机理
常用的细菌和病毒杀虫剂如苏云金芽孢杆菌、核多角体病毒等只能通过吞食或口服进入肠道内起作用,属于胃毒剂。而虫生真菌可以直接通过表皮侵入,属于触杀剂。真菌农药的有效成分主要为孢子或菌丝体,如分生孢子、厚垣孢子以及菌核或微菌核,作为真菌杀虫剂的主要活性成分与靶标害虫的表皮接触,疏水性孢子萌发芽管并形成附着胞以及侵染钉侵入,也可以菌丝体直接侵入体壁,通过触杀剂的方式起作用。
目前研究得较多的有破坏素和细胞松弛素。破坏素是一种环状六肽毒素,对寄主有增加免疫压力、导致肌肉麻痹和损害马氏管的功能;细胞松弛素是从金龟子绿僵菌中分离出的一种间杂环结构毒素,可抑制昆虫血细胞的运动,降低血细胞的吞噬能力。
真菌农药的优点
真菌农药除具有一般生物农药的对环境友好、无残留等特点外,还具有以下优点:
(1)靶标性强:大多数真菌农药专化性强,对人畜禽等高等动物无害,同时对非靶标的瓢虫、草蛉、蚂蚁、植株和食蚜虻等害虫天敌有很好的保护作用,能够有效维护生态平衡。
(2)资源丰富、杀虫谱广:自然界中70%非正常死亡的害虫是由于感染真菌而死亡,因此自然界中有丰富的生防真菌资源,能够筛选出针对各种害虫的专性真菌菌株用于真菌农药的开发。真菌杀虫剂能够直接从昆虫体壁入侵,因而对刺吸式口器害虫也有很好效果。
(3)扩散能力强,持效性好:真菌杀虫剂具有较强的垂直与水平扩散能力和较广的杀虫谱。由于受真菌感染后罹病虫体表面可以产生新一代分生孢子,可进一步扩散,因此真菌杀虫剂的垂直与水平扩散能力强,有助于害虫的持续控制与害虫流行病的发生。
(4)害虫不易产生抗性:真菌杀虫剂的多种杀虫机理(营养竞争、组织机械破坏、毒素作用等)使得害虫对真菌杀虫剂产生抗药性的机率几乎等于零。
(5)具有促植物生长功能:真菌农药生产发酵过程中的培养基以及菌体死亡产生的氨基酸、多肽酶及微量元素等都是作物生长所必需的营养成分;一些杀虫真菌菌株具有菌根功能,能够在植物根际定植,除具有杀虫或抑菌功能外,还附带有改良土壤,改善作物生长条件及提高作物抗逆力和提高产量的功能。
(6)生产原料来源广泛,易于大批量商品生产:真菌农药主要利用天然可再生资源(如农副产品的谷壳、麸皮、玉米等)发酵生产,原材料的来源广泛、生产成本低廉,不与化工产品争夺不可再生资源(如石油、煤、天然气等),有利于自然资源保护和循环经济。
目前我国真菌农药有哪些主要品种
(1)白僵菌:目前球孢绿僵菌是登记产品最多的杀虫真菌。其防治对象包括松毛虫、蝗虫、茶小绿叶蝉、蚜虫、飞虱、农作物鳞翅目害虫等,制剂包括母药、粉剂、油悬浮剂、可湿性粉剂、水分散剂、无纺布挂条等。江西天人集团公司已登记白僵菌母药、制剂近10个,广泛用于防治松毛虫等鳞翅目害虫的防治。
(2)绿僵菌:主要包括金龟子绿僵菌母药与制剂产品。国内最早开展绿僵菌新农药研发登记的重庆重大生物公司,从自然罹病的黄脊竹蝗僵虫上分离到高效杀蝗的蝗绿僵菌菌株(已申请专利),利用液固两相发酵生产的500亿孢子/g孢子粉母药,再与植物油混合加工成100亿/mL蝗绿僵菌油悬浮剂,适用于飞机或地面的超低量喷雾绿色防控飞蝗和各种土蝗。正在登记的几个新产品:100亿孢子/g金龟子绿僵菌乳粉剂和10亿/g金龟子绿僵菌微粒剂,适用于蛴螬等地下害虫的生物防治;100亿孢子/g大孢绿僵菌乳粉剂、10亿/g大孢绿僵菌微粒剂,适用于蔗根土天牛、菜青虫、斜纹夜蛾等蔬菜害虫的绿色防控。
(3)淡紫拟青霉:主要产品包括母药、粉剂和颗粒剂,主要用于蔬菜根结线虫防治,但其产品保质安全储运技术还有待于提高。
(4)木霉菌:已经有多个公司开发的木霉菌母药、可湿性粉剂、水分散剂可以用于防治灰霉病、苗枯病、霜霉病和白粉病等叶部病害及预防果实在储藏期的腐烂。
目前常见的真菌农药制剂
作为生物体,真菌不仅对剂型成分有要求,而且对外界环境,如温度、湿度、光照等,都较为敏感,故真菌杀虫剂剂型的加工比化学杀虫剂更为复杂。在长期的剂型研究与害虫防治过程中,真菌杀虫剂剂型和应用技术都得到了长足的发展。真菌农药剂型是以特定工艺程序将有效成分(分生孢子) 按一定比例与各种助剂组分加工制备而成的产品形式。助剂是为了使制剂具备某些特性,在母药基础上添加的湿润剂、紫外保护剂、增效剂等添加剂。到目前为止,国内外真菌剂型的种类有可湿粉剂、乳粉剂、油悬浮剂、颗粒剂、干菌丝及无纺布菌条等剂型。
(1)高孢粉:高孢粉指经液体-固体双相发酵生产的发酵产物,通过干燥、粉碎、分离纯化获得的低含水量(绿僵菌5%~8%、白僵菌8%~12%)高含孢量(100~1000亿/g)纯净的干孢粉。高孢粉是制作制剂的母药。
(2)粉剂:为增强分生孢子对周围环境的抵抗力,延长真菌杀虫剂的贮藏期,提高使用效率,人们将高孢粉进行进一步加工,加入各种填充料及助剂,制成粉剂。填充料的pH及其缓冲能力、对化学抑制性物质的吸收能力及对微生境的优化能力都是影响粉剂中孢子存活率的主要因素。对白僵菌来说,滑石粉、高岭土、凹凸棒土、硅藻土和铁红均是较好的填充料。同时为了防止太阳光紫外线对孢子的杀伤作用,在粉剂中通常还会加入抗紫外剂,如荧光素钠、七叶灵、Oxife等均是常用的抗紫外剂,可增加孢子在环境中的稳定性。瑞士曾用脱脂牛奶作为布氏白僵菌芽生孢子的粘着剂和紫外保护剂防治西方五月鳃金龟,取得很好防效。
(3)可湿性粉剂:可湿性粉剂是以孢子粉加入湿润剂和填充载体混合而成的一种剂型,使得孢子粉能够很快湿润,悬浮于水中,利于施用。美国Abbott实验室于20世纪80年代集中研究过白僵菌的可湿性粉剂,但是其产品的稳定性仍然存在着一定的问题。国外开发的一种叫Boverol的白僵菌可湿性粉剂,其含孢量超过1×1010孢子/g,在10℃下贮藏可保存12个月,活孢率超过70%。我国已经报道的白僵菌可湿性粉剂以白碳黑为主要填充料,其润湿性小于3min,且具有良好的产品细度与贮藏稳定性。10~20℃室温贮存8个月后,孢子萌发率和悬浮率均在85%左右。
(4)油悬浮剂:是以植物油或矿物油为稀释液,将分生孢子悬浮制成液的一种剂型。与传统的水剂相比,油悬浮剂在湿度相对较低的情况下更有利于孢子的萌发,同时能延长孢子在高温下的寿命。油悬浮剂还有利于孢子对害虫疏水表皮或植物表面的吸附。在我国,白僵菌油悬浮剂早已应用于松毛虫的防治,而蝗绿僵菌油悬浮剂在国内11个省区的蝗虫发生区喷雾防控飞蝗和土蝗,取得了良好的防治效果和生态效果。与粉剂相比,油悬浮剂更有利于存贮。油悬浮剂一般采用低量或超低量喷雾,不能用于常量喷雾,以免产生药害。
(5)可乳粉剂:对于白僵菌、绿僵菌等生防真菌,因孢子具有疏水性表面,在水中难以混合均匀,形成稳定的水悬剂,而且分生孢子在水中会很快萌发而失去活性。重庆大学研制的用植物油包裹在孢子表面,形成油膜包被,结合相容性非离子表面活性剂和分散剂等助剂加工而成的乳粉剂,适宜长期贮存,对水稀释即可使用,已获得国家发明专利,并用于多种虫生真菌的制剂加工。
(6)无纺布菌条:无纺布菌条是利用无纺布为培养基的载体,让昆虫病原真菌在其上发酵生长;害虫在接触其上的孢子后而受到侵染,从而达到控制害虫的目的。该剂型适用于飞行能力较差、习惯在树干上爬动的林木害虫。研究显示,无纺布上的孢子萌发率在19天后仍可达70%以上。目前,我国已尝试无纺布菌条和引诱剂结合,对多种林业害虫进行防治,并且表现出巨大的应用潜力。可以说,无纺布菌条是一种新型的、很有潜力的真菌杀虫剂剂型之一,它不仅可广泛应用于各种天牛的防治,而且可以应用于众多具有越冬、越夏或迁移习性的害虫的防治。
(7)混配制剂:杀虫速度较慢是真菌杀虫剂使用受到限制的重要因素。为了克服这个缺点,人们将化学杀虫剂与真菌杀虫剂制成混合制剂以取得更快的杀虫效果。研究显示,在添加2.5%和5%的灭幼脲的两个处理中,在30天内对白僵菌孢子的增效作用分别为5%和27.3%,LT50分别提前5天和8天;蝗绿僵菌与高效氯氰菊酯复配后共毒系数大于200。其增效原理在于少量化学农药可以降低靶标害虫的对病原真菌的防御能力,有利于虫生真菌孢子和菌丝体迅速穿透昆虫表皮,侵入体内,通过营养竞争或毒素作用导致害虫死亡,从而提高防效。以真菌有效成分为主掺加少量至微量的低毒高效化药的科学混配,必须满足2个前提条件,一是相容性好,即混合后不影响孢子萌发与毒力;二是增加防效,可以提高混配剂的共毒系数。符合相容增效原则的科学混配制剂可以明显提高真菌农药的速效性。
国内真菌杀虫剂产业化和真菌农药的发展趋势
我国研究、开发和利用真菌农药已有数十年的历史。与其他生物农药相比,白僵菌、绿僵菌和木霉为代表的真菌农药的研究是除苏云金杆菌制剂研究之外的最大热点。近年来,我国加强了真菌生物农药的基础研究和产业化力度,并取得了突破性进展。我国的杀虫真菌制剂的产业化液固发酵生产线已初具规模,涌现出一批真菌产业化生产企业。
江西天人生态集团利用安徽农业大学的研究成果和中国科学院过程研究所发明的“气相双动固态发酵技术”,从根本上解决了常规真菌开放式发酵易染菌、质量难控制的弊病,拥有母药和系列商品化制剂的生产工艺和量产能力。
重庆重大生物公司依托重庆大学,历经十年完成绿僵菌生物农药的创制,获得新农药正式登记证、生产批准证书和企业标准的注册登记,自主设计、建成了具有自主知识产权,国际先进的液-固两相真菌农药封闭式、半自动成套生产线,具备年产真菌孢子粉母药200t、真菌制剂3000t的生产能力。
上述真菌生物农药生产线的建成投产,全面提升了我国真菌杀虫剂工业化水平。成为我国少有的获得真菌杀虫剂“三证”的高新技术企业,是我国发展真菌杀虫剂的成功案例。目前我国的真菌生物农药继续沿着生产规模化、剂型多样化、产品多元化、营销国际化的方向发展。随着农药管理新条例的颁布和生物农药登记优惠措施的执行,将有更多的优质高效真菌生物农药问世,为我国实施生态农业、绿色植保、专业化统防统治提供更多选择。
(本文整理自《生物农药100问》)