我国生物源及矿物源农药应用发展现状
作者:王以燕  袁善奎等 更新时间:2012-06-19 点击量:2492

    生物源及矿物源农药均属于低风险天然源农药,对人畜毒性较低,对环境相对友好,尤其是生物源农药备受人们青睐,为了鼓励和促进生物源农药产业发展,世界各国都制定了相应的登记管理及推广应用方面的鼓励政策。下面将主要介绍我国生物源及矿物源农药的登记管理及应用发展情况。
1  生物农药与生物源农药
    有关生物农药的定义和范畴存在广义和狭义之分,狭义的生物农药是指直接使用生物活体(动物、植物、微生物)作为农药;广义的生物农药即通常所说的生物源农药,是指直接使用生物活体或生物产生的活性物质加工而成的农药,及人工合成的与天然化合物结构相同的农药。虽然不同国家和地区的生物农药定义和范畴存在差异,但大多数是指狭义的生物农药,如微生物农药、生化农药、植物提取物和动物提取物等,而抗生素类农药多归为化学农药对待。矿物源农药虽然在很多国家没有明确定义,但是由于其风险较低,在有的国家如美国将其也纳入生物农药的范畴进行管理。
1.1  我国对生物源农药定义
    目前,在我国《农药登记资料规定》中没有明确给出生物农药定义,但将生物化学农药、微生物农药、植物源农药、转基因生物、天敌生物等作为特殊来源的农药与一般化学农药进行区别管理,并对登记资料要求分别进行了适度减免。
    在《农药登记管理术语》行业标准中根据农药来源可分为以下几类:化学农药chemical pesticide;生物源农药biopesticide[微生物农药microbial pesticide(细菌农药bacterial pesticide、真菌农药fungal pesticide、病毒农药viral pesticide、原生动物农药protozoa pesticide)及农用抗生素agro-antibiotic];植物源农药botanical pesticide;矿物源农药mineral-based pesticide;生物化学农药biochemical pesticide(信息素pheromone、激素hormone、天然植物生长调节剂natural plant growth regulator、天然昆虫生长调节剂natural insect growth regulator、蛋白类农药protein pesticide、寡聚糖类农药oligosaccharide pesticide);转基因生物transgenic organism;天敌生物natural enemy organism。
    对生物源农药定义为:直接利用生物活体或生物代谢过程中产生的具有生物活性的物质或从生物体提取的(以及人工合成的与天然化合物结构相同)物质作为防治病虫草害的农药。但在我国学术界通常将微生物农药、抗生素农药、植物源农药、生物化学农药、天敌生物、转基因生物等统称为生物源农药。
1.2  境外生物农药定义
    美国  在美国环保局(EPA)的农药登记管理中,生物农药是指由天然原料制成[主要包括微生物农药(microbial pesticide)、转基因植物(plant-incorporate-protectants,PIPs)、生物化学农药(biochemical pesticide)、部分化工产品4类农药]和低风险农药。为加强生物农药管理,引导生物农药产业发展,美国EPA农药项目办公室(Office of Pesticide Programs,OPP)专门设立负责生物农药登记管理部门,即生物农药与污染防治处(Biopesticides and Pollution Prevention Division,BPPD),在1984年公布了《生物农药注册指南》。由于此类农药与化学农药相比,其风险较低,要求提供的登记资料相对较少,因此登记时间相对较快。但为了保证生物农药对人畜健康和环境的安全性,在登记时都会要求提供严格的资料,包括其组成、毒性、代谢及其他特性方面的数据。
    澳大利亚  生物农药是指有效成分来自于活体生物(植物、动物、微生物等)的农用化学品。主要包括微生物农药、生物化学农药、植物农药(植物提取物、精油等)以及其他活体生物(other living organism,如昆虫、植物、动物及其转基因生物)。
    英国  生物农药是指含有生物因子的用于农业、园艺、庭院的植物保护产品,主要包括信息素、用于害虫引诱剂的半合成化合物、微生物、植物提取物及部分新的化学农药替代品等。
    我国台湾省  生物农药定义:可作为植物保护应用的天然物质,如动物、植物、微生物及其衍生物的产品。
2  生物源农药登记管理现状
    在《农药登记资料规定》中对生物源农药的登记资料进行了特殊要求,区别对待,并减免了部分登记资料;工业和信息化部在农药工业产业政策上对生物源农药生产企业定点要求也给了宽松政策。近年在农药领域多次召开有关生物、微生物、植物源等的专题研讨会,呼吁和重视生物农药的产业发展和推广应用。
2.1  登记现状
    目前,我国生物源农药登记的有效成分有70多个,产品2,700多个。产量超过10万吨,使用面积约4亿亩。据有关专家预测,今后10年内,生物农药可能将取代20%以上的化学农药。
    微生物农药  已登记在册的微生物农药有25个,其中有细菌9个、真菌7个、病毒9个,近300个产品(见表1)。其中,在细菌农药中主要是苏云金杆菌产品,有167个产品 (母药7个、可湿性粉剂115个、悬浮剂35个等剂型),遗憾的是,现在除苏云金杆菌以色列亚种外,其他产品均未进行亚种/变种或血清型的鉴定和分类,目前苏云金杆菌的产量和用途在我国微生物领域都是最大的,枯草芽孢杆菌近期发展略显活跃;真菌农药是近几年境内外发展较快的微生物农药之一,2011年美国拜沃股份有限公司的哈茨木霉菌母药和可湿性粉剂取得登记,防治番茄立枯病、猝倒病和观赏百合(温室)根腐病;在病毒农药中棉铃虫核型多角体病毒登记的产品较多,有19个 (母药3个、可湿性粉剂9个、悬浮剂7个)。
    抗生素农药  已登记的农用抗生素有13个,产品近1,700个(见表2)。主要登记的阿维菌素就有近1,220个产品(原药26个、乳油934个、可湿性粉剂97个、微乳剂82、水乳剂35个等剂型),其次是井冈霉素(+A)近300个(原药5个、水剂73+41个、可溶粉剂31+27个、可湿性粉剂59+4个、悬浮剂17+4个等剂型)。
    植物源农药  已登记的植物源农药有17个,近200个产品(见表3)。其中最多的是苦参碱,有54个产品(母药4个、水剂37个、可溶液剂8个等剂型);其次是芸苔素内酯有35个产品(原药5个、水剂16个等剂型)。
    矿物源农药  已登记的矿物源农药有4个,近500个产品(见表4)。主要有硫磺300个产品(原药5个、可湿性粉剂188个、悬浮剂90个、水分散粒剂7个等剂型),其次有矿物油165个,全部是乳油。
    生物化学农药  已登记在册的生物化学农药有6个,近100个产品(见表5)。主要有赤霉酸57个产品(原药4个、乳油20个、可溶粉剂9个等剂型),这类产品的信息素和引诱剂近期发展较快,通常用量低、在环境释放量小,不易造成污染,多是环保友好型剂型。
    蛋白和糖类农药  已登记的蛋白和糖类农药有8个,近40个产品(见表6)。2001年美国就把超敏蛋白产品带进我国,2007年已取得正式登记;D型和C型肉毒梭菌毒素主要用于防治老鼠;糖类农药主要有氨基寡糖素13个产品(母药1个、水剂11个等剂型)、香菇多糖13个产品(母药2个、水剂11个)。
    天敌  已登记的仅有松毛虫赤眼蜂和平腹小蜂2种,共3个产品(见表7)。
 
表1  在我国已取得登记的微生物农药有效成分名单

类 别

品种品种 /

产品数量

有效成分种类

细菌

9/221

苏云金杆菌 Bacillus thuringiensis (苏云金杆菌以色列亚种 Bacillus thuringiensis Berliner israelensis ) 、球形芽孢杆菌 Bacillus sphaericus 、枯草芽孢杆菌 Bacillus subtilis 、蜡质芽孢杆菌 Bacillus cereus 、地衣芽孢杆菌 Bacillus licheniformis 、荧光假单胞杆菌 Pseudomonas fluorescens 、多黏类芽孢杆菌 Paenibacillus polymyza 、短稳杆菌 Empedobacter brevis

真菌

7/28

金龟子绿僵菌 Metarhizium anisopliae 、球孢白僵菌 Beauveria bassiana 、哈茨木霉菌 Trichoderma harzianum 、木霉菌 Trichoderma sp 、淡紫拟青霉 Paecilomyces lilacinus 、厚孢轮枝菌 Verticillium chlamydosporium ZK7 、耳霉菌 Conidioblous thromboides

病毒

9/42

( 1 )核型多角体病毒:茶尺蠖核型多角体病毒 Ectropis oblique hypulina Wehrli Nuclear Polyhedrosis virus EONPV 、甜菜夜蛾核型多角体病毒 Spodoptera exigua Nuclear Polyhedrosis virus LeNPV 、苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒 Autographa californica Nuclear Polyhedrosis virus NPV 、斜纹夜蛾核型多角体病毒 Spodoptera litura Nuclear Polyhedrosis virus NPV 、甘蓝夜蛾核型多角体病毒 Mamestra brassicae multiple Nuclear Polyhedrosis virus NPV ;( 2 )质型多角体病毒:棉铃虫核型多角体病毒 Heliothis armigera Nuclear Polyhedrosis virus NPV 、松毛虫质型多角体病毒 Dendrolimus punctatus cytoplasmic Polyhedrosis virus ;( 3 )颗粒体病毒:菜青虫颗粒体病毒 Pierisrapae granulosis virus PrGV 、蟑螂病毒 Periplaneta fuliginosa Densovirus PfDNV

表 2 在我国已取得登记的抗生素农药有效成分名单

类 别

品种 / 产品数量

有效成分种类

杀虫剂

2/1,220

阿维菌素 abamectin 、多杀霉素 spinosad

杀菌剂

10/449

井冈霉素 jingangmycin 、春雷霉素 kasugamycin 、多抗霉素 polyoxin 、嘧啶核苷类抗菌素、嘧肽霉素 cytosinpeptidemycin 、宁南霉素 ningnanmycin 、硫酸链霉素 streptomycin sulfate 、申嗪霉素 phenazino-1-carboxylic acid 、中生菌素 zhongshengmycin 、长川霉素

除草剂

1/1

双丙氨膦 bialaphos-sodium

表 3 在我国已取得登记的植物源农药有效成分名单

类 别

品种 / 产品数量

有效成分种类

杀虫剂

12/143

苦参碱 matrine 、鱼藤酮 rotenone 、印楝素 azadirachtin 、藜芦碱 vertrine 、除虫菊素 pyrethrins 、除虫菊素 (Ⅰ+Ⅱ) pyrethrin (Ⅰ+Ⅱ) 、烟碱 nicotine 、苦皮藤素 celastrus angulatus 、桉油精 eucalyptol 、樟脑 camphor 、右旋樟脑 d -camphor 、八角茴香油 star anise oil

调节剂

1/35

芸苔素内酯 brassinolide

杀鼠剂

1/2

雷公藤甲素 triptolide

杀菌剂

3/8

蛇床子素 cnidiadin 、丁子香酚 eugenol 、香芹酚 carvacrol

表 4 在我国已取得登记的矿物源农药有效成分名单

类 别

品种 / 产品数量

有效成分种类

杀虫剂

4/469

矿物油 mineral oil 、硫磺 sulfur 、硅藻土 silicon dioxide 或 diatomaceous earth

杀菌剂

1/4

腐殖酸 humic acids

表 5 在我国已取得登记的生物化学农药有效成分名单

类 别

品种 / 产品数量

有效成分种类

调节剂

3/74

赤霉酸 gibberellic acid 、吲哚乙酸 indol-3-ylacetic acid 6 、吲哚丁酸 4-indol-3-ylbutyric acid

信息素 /

引诱剂

3/6

诱蝇羧酯(地中海实蝇引诱剂) trimedlure 、诱虫烯 muscalure 、梨小性迷向素( E -8- 十二碳烯基乙酸酯, E -8-dodecen-1-yl acetate ; Z -8- 十二碳烯醇, Z -8-dodecenol ; Z -8- 十二碳烯基乙酸酯, Z -8-dodecen-1-yl acetate )

表 6 在我国已取得登记的蛋白类、寡聚糖类农药有效成分名单

类 别

品种 / 产品数量

有效成分种类

蛋白类

3/7

超敏蛋白 harpin protein 、 D 型肉毒梭菌毒素、 C 型肉毒梭菌毒素

糖类

5/35

葡聚烯糖 pujuxitang (glucosan) 、氨基寡糖素 oligosaccharins 、几丁聚糖 chitosan 、香菇多糖 fungous proteoglycan 、低聚糖素 oligosaccharins

表 7 在我国已取得登记的天敌有效成分名单

类 别

品种 / 产品数量

有效成分种类

杀虫剂

2/3

松毛虫赤眼蜂 Trichogramma dendrolimi Matsumura 、平腹小蜂 Anastatus japonicas

2.2  应用情况
    我国生物源农药的产品大部分是在农业上使用,主要用于杀虫和杀菌,除草剂很少;也有不少产品在林业上使用,如用苦参碱防治林木的美国白蛾,苏云金杆菌防治林木的松毛虫、茶毛虫、柳毒蛾等,球孢白僵菌防治杨树的光肩星天牛和杨小舟蛾、马尾松的松褐天牛和松毛虫、林木的美国白蛾等,天敌产品松毛虫赤眼蜂防治松树的松毛虫等;另外在卫生上也有使用的产品,如苏云金杆菌(以色列亚种)防治蚊(幼虫)、蟑螂病毒作为饵剂防治蜚蠊等。目前,生物源农药在农药领域的生产量比例不大,但还有一定的进出口量。
    近几年,阿维菌素的发展迅速,防治对象较广,使用量较大;多杀霉素对人、畜和鸟类低毒,与目前生产上使用的杀虫剂没有交互抗药性,前景广阔,还可用其饵剂防治橘小实蝇;金龟子绿僵菌和球孢白僵防治蝗虫效果显著。
    在生物源农药产品中的微生物农药和植物源农药,大多数经发酵、培养或提取等工艺生产的主要是母药,而不是原药(对部分高含量植物源农药有合成的可能性,但需要判断天然与合成的化学结构或立体构型、生物活性和性质是否完全相同,如存在差异,建议经鉴定并准确命名)。
    生物源农药产品的主要液体剂型有乳油、悬浮剂、悬乳剂、微乳剂、水乳剂、油悬浮剂、可分散油悬浮剂、微囊悬浮剂、水剂、可溶液剂、悬浮种衣剂、喷射剂、气雾剂、蚊香、电热蚊香片等;固体剂型有可湿性粉剂、颗粒剂、可溶粉剂、水分散粒剂、泡腾片剂、微粒剂、粉剂、涂抹剂、饵剂、挂条、防蛀片剂、防蛀球剂、浓饵剂等。
3  生物源农药标准化建设情况
    产品质量的稳定性一直是制约生物农药产业发展的技术瓶颈。目前,除部分抗生素农药和微生物农药已制定国家标准或行业标准外,大部分生物源农药缺乏统一的产品质量控制标准,从而给生产上产品质量控制、市场监管和贸易仲裁带来困难。
3.1  微生物农药标准
    微生物毒理学标准  2011年,《微生物农药毒理学试验准则》农业行业标准已通过专家审定,这也是我国第一个关于微生物农药毒理学的标准,为这类农药的安全性评价提供了技术保障,对推动微生物农药科学发展具有重要意义,该标准的制订主要参考了美国EPA的《微生物农药毒理学使用指南》OPPTS 885.3000-3650,这将有利于与国际标准接轨,为境外农药登记资料互认和国际贸易奠定了基础平台。
    细菌农药  联合国粮农组织和世界卫生组织FAO/WHO已公布5个细菌杀幼虫剂bacterial larvicide(TK、WP、WG、WT、SC)的标准编写规范;我国已制订3个产品的国家标准(苏云金芽孢杆菌母粉GB/T 19567.1-2004、苏云金芽孢杆菌悬浮剂GB/T 19567.2-2004、苏云金芽孢杆菌可湿性粉剂GB/T 19567.3-2004)。
    2011年,《细菌微生物农药 枯草芽孢杆菌母药》、《细菌微生物农药 枯草芽孢杆菌可湿性粉剂》、《细菌微生物农药 荧光假单孢杆菌母药》、《细菌微生物农药 荧光假单孢杆菌可湿性粉剂》、《细菌微生物农药 蜡质芽孢杆菌母药》、《细菌微生物农药 蜡质芽孢杆菌可湿性粉剂》等农业行业标准通过专家审定。该标准从格式要求、有效成分描述、菌种鉴别(形态学方法、生理生化性状及分子生物学方法)、控制项目指标和检测方法等方面对细菌生物农药的质量控制标准进行了规范和提高,其中有效成分含量检测均采用平板菌落计数法,以菌落形成单位表示含菌量(CFU/g,即活菌量),其数值用X·10n表示。新产品标准的制订将为细菌微生物农药产品质量提高提供技术保障。
    真菌农药  2008年我国已制订5个真菌农药产品标准编写规范的国家标准(《真菌农药母药产品标准编写规范》GB/T 21459.1-2008、《真菌农药粉剂产品标准编写规范GB/T 21459.2-2008、《真菌农药可湿性粉剂产品标准编写规范》GB/T 21459.3-2008、《真菌农药油悬浮剂产品标准编写规范》GB/T 21459.4-2008、《真菌农药饵剂产品标准编写规范》GB/T 21459.5-2008)。这是我国首次制定的微生物农药基础性国家标准,标准的实施规范了真菌农药产品标准化,确保产品质量,促进了真菌农药产业的发展。
    2011年,林业部制订了《球孢白僵菌粉剂》GB/T 25864-2010。同年,农业行业标准《真菌微生物农药 球孢白僵菌母药》、《真菌微生物农药 球孢白僵菌可湿性粉剂》通过专家审定。该标准同样在格式要求、有效成分描述、菌种鉴别(形态学和分子生物学方法)、控制项目指标和检测方法等方面对真菌农药产品质量控制标准进行了规范和提高,其中有效成分含量检测方法有显微计数法和平板菌落计数法两种,单位表示分别为含孢量(用显微计数法测定值×活孢率=含孢量,即活孢量,数值用X·10n表示)和含菌量(CFU/g,即活菌量,其数值用X·10n表示);该标准还将含孢量和含菌量的测定结果统一为“活”孢量和“活”菌量,更加科学合理。
    病毒农药  已制订的3个病毒微生物农药产品农业行业标准正在报批:棉铃虫核型多角体病毒可湿性粉剂、小菜蛾颗粒体病毒可湿性粉剂、苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒悬浮剂。这些标准中首次采用先进的DNA-PCR和限制性内切酶法进行病毒种类定性鉴别,有效成分采用显微计数法和生物测定法两种方法,可相互验证,解决鉴别活病毒还是失活病毒的技术难题。
3.2  抗菌素农药
    生产使用量大的部分抗生素农药产品都已制定了国家标准,如井冈霉素水剂GB/T 9553-1993、赤霉酸原药GB 15955-2011(GB 15955-1995)、赤霉酸可溶粉剂GB 28145-2011、3%赤霉酸乳油GB 28146-2011、阿维菌素原药GB 19336-2003、阿维菌素乳油GB 19337-2003等。
4  讨论
    随着《食品安全法》、《农产品质量安全法》等法规颁布实施,人们将更加注重农药对人畜健康和环境的安全性,生物农药也将受到更广泛关注,在农药领域将会迎来新的发展机遇和挑战。为了促进我国生物源农药产业健康、稳定发展,建议科研单位、企业、政府等部门应着力注重以下几方面问题:
    1)应正视生物源农药的优缺点。归纳起来,主要具有以下优点:多数品种对人畜毒性较低;具有较明显选择性,有利于有害生物综合治理(IPM)技术应用;环境相容性好,对非靶标生物较安全;有的是多种成分协同发挥作用,产生抗药性较慢等。其缺点主要体现在:选择性强,作用谱较窄;多数品种的防效作用缓慢,产品质量和作用等易受环境因素影响;有的推进工业化生产有难度,产品质量稳定性偏低;有的自然资源消耗大,生产成本偏高等。
    2)不可忽视生物源农药的安全性问题,生物农药并不等同于安全农药。虽然大多数生物源农药低毒、对环境友好,但有的品种也具有潜在风险,如蜡质芽孢杆菌的部分菌株溶血反应为阳性,存在较大风险,该菌引起的食物中毒现象也频发,在《微生物肥料生物安全通用技术准则》(NY 1109-2006)中已规定“溶血试验为阳性的菌种不能作为生产菌种”;另外,1990年就有荧光假单胞菌的条件致病性的相关报道。
    3)应明确生物源农药各类品种的界定和分类,对仿生化合物和抗生素农药等的归属和登记资料要求需明确,另外是否将低风险的农药也列入生物农药进行管理;也就是说,应考虑我国生物农药的定义和组建我国生物农药名单。
    4)加快产品的产业化生产,建立科学的鉴定、检测技术和评价方法,确保产品质量,提高产品的贮存稳定性,扩大使用范围。
    5)确保原料的持续可获,避免破坏资源,减少对农业生产中土地、水资源的占用,确保生物农药的可持续性发展。
    6)加强产品的作用机理研究和基础理论研究,推进农药风险分析和安全评估,提高我国生物源农药产品的科技水平。
    7)加强剂型和助剂研究,强化产品的安全性理念和低碳经济的发展要求,促进产品的深度开发与利用,向国际化水平迈进。
    8)政府加强导向和扶植(2012年将在10省市对低毒生物农药进行示范政策补贴),推进产、学、研联合,推动资源优势整合,推动核心企业发展,提升生物农药产业整体水平和市场竞争力,促进生物农药行业的发展。
    感谢西南大学化学化工学院的黄志桂教授和山东胜利股份有限公司生物化工研究院信息注册室王炜主任的大力支持!
 

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