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第十章生物农药第一节生物农药的概况第二节微生物农药第三节农用抗生素第四节源于植物的生理活性物质第五节昆虫生长调节剂第六节生物农药的发展趋势第一节生物农药的概况生物农药的发展在农药的发展历史中，生物农药是最古老的一类。《周李·秋官》就有“莽草熏之”“焚牡菊，以灰洒之”等防治害虫的记述；19世纪以来，应用生物成分防治有害物从经验上升到科学的试验阶段，如除虫菊、鱼藤和烟草等的应用；20世纪早期，苏芸金杆菌（B.thuringiensis)的发现促进了微生物农药的发展；20世纪30年代以来，几类植物内源激素先后被发现和利用，20世纪40年代后，由于有机合成农药的发展，使生物农药的研究和开发被忽视而发展缓慢；20世纪60年代，化学农药的弊端暴露出来，生物农药的研究又受到重视；最近的几十年，生物农药得到了长足发展，中国近三年生物农药增长了80％，2000年销售额所占比例由9％上升至20％。生物农药：是利用生物体本身或由生物体产生的生理活性物质作为杀虫剂或除草剂，对特定的病虫害产生作用的安全性高的新农药。生物农药一般可分为两大类：直接利用生物体利用源于生物体的生理活性物质生物农药利用生物天敌昆虫源于生物的生理活性物质微生物放饲不育昆虫捕食螨性信息素摄食抑制剂保幼激素抗生素图10-1-1生物农药的分类源于植物的生理活性物质细菌病毒真菌线虫拮抗微生物生物农药的优点：对害物选择性高，对生态环境影响较小；对非靶标昆虫、益虫和人很少或没有影响；昆虫不易产生抗性。在环境中无残留生物农药的限制因素：在不到100种制剂中，仅有20种被环保局批准杀伤害虫缓慢一些制剂在环境中不稳定制作费用高昂第二节微生物农药细菌杀虫剂病毒杀虫剂真菌杀虫剂放线菌杀虫剂线虫杀虫剂拮抗微生物微生物除草剂一、细菌杀虫剂细菌杀虫剂是目前研究和利用的较多的一类微生物农药。根据细菌对昆虫的致病性，将其分为4类：（1）含晶孢子形成杆菌，如苏芸金芽孢杆菌（简称B.t.);（2）专性病原菌，如日本甲虫芽孢杆菌（B.popilliae);（3）兼性病原菌，如铜绿假单胞菌和球形芽孢杆菌等；（4）潜在病原菌，如粘质沙雷氏菌。细菌杀虫剂中最典型的、研究历史有90年之久的例子是芽孢杆菌属（Bacillus）。其中以苏芸金芽孢杆菌、日本甲虫芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、缓病芽孢杆菌（B.lentimorbus）等研究得最多。苏芸金芽孢杆菌（B.thuringiensisBerliner)是以德国的苏芸金（Thruingen)地方名命名的。1909年德国苏芸金的一个面粉厂，发现一批染病的地中海粉螟幼虫，由柏林纳首先分离出这种细菌，1915年命名为苏芸金芽孢杆菌。苏芸金芽孢杆菌（其制剂简称B.t.制剂）是目前商业开发最为成功的微生物杀虫剂。主要用于防治棉、菜、果等150多种鳞翅目及其他多种害虫，药效比化学农药高55％。据统计，1997年世界B.t.的销售额已达9.84亿美元。（一）作用机制1.苏芸金芽孢杆菌的形态和生活史苏芸金杆菌是营养体较粗壮、直形、能产生芽孢的杆状细菌。一般具周生鞭毛，微动或不动，单个存在或2-4个相连呈短链。革兰氏染色阳性。营养体一般在30℃经24－48h，在菌体偏端处产生卵圆形芽孢，随着芽孢的产生，在孢子囊的另一端产生一个菱形或正方形的伴孢晶体。芽孢是休眠体，在适宜条件下，吸水萌发形成新的营养体，并重复上述发育阶段。所以苏芸金杆菌的生活过程是：芽孢营养体孢子囊（内含芽孢和伴孢晶体）释放出芽孢和晶体2.苏芸金杆菌所产生的杀虫毒素（1）伴孢晶体毒素（δ－内毒素）所有苏芸金杆菌的菌株在正常条件下，都能形成伴孢晶体，伴孢晶体是一种大分子蛋白质，是一种原毒素。伴孢晶体所以对某些昆虫有害，就在于这些昆虫的消化道内pH值是碱性反应（pH8.9以上），并且它的消化液中含有胰蛋白酶类和糜蛋白酶类，十分适合晶体水解，且水解后产生具有毒性末端的多肽。而伴孢晶体对脊椎动物是无毒的，除了脊椎动物肠道pH值呈酸性反应外，还由于脊椎动物消化液中含的主要是胃蛋白酶类。苏芸金杆菌对鳞翅目昆虫所引起的症状一般表现为行动迟缓、呕吐、腹泻、停止进食，导致最后死亡。（2）热稳定性外毒素（β－外毒素）热稳定性外毒素于1959年发现，由于它对家蝇有毒，也叫蝇毒素。它是细胞分泌的一种水溶性耐热稳定性毒素，120℃，15min的热处理，仍保持活性。这种毒素在菌体生长过程中，在芽孢和晶体形成前即已产生，24h达到最大量。不是所有的苏芸金杆菌的各菌株都能产生热稳定性毒素，只有几种血清型中的一些变种可产生。另外，β－外毒素的产生与培养方法、培养时间、培养基成分和环境的pH值等因素有关。热稳定性毒素不是蛋白质类物质，而是腺嘌呤核苷酸的衍生物。它的杀虫谱系比伴孢晶体广，遍及鳞翅目、双翅目、膜翅目、鞘翅目和直翅目等多种昆虫。昆虫感病后表现为抑制发育、蜕皮后死亡，阻止化蛹及畸形变态等。热稳定性毒素对高等动物无大的毒害作用。（3）其他毒素α－外毒素也叫卵磷脂酶C，这种毒素不是苏芸金杆菌所特有的，是许多温血动物和人体的病原菌，如产气荚膜梭菌也能产生。苏芸金杆菌产生的这种毒素能杀死19种叶蜂幼虫，对老鼠也有毒。β－外毒素这种毒素是一种或多种未鉴定的酶类，能使卵黄琼脂变清。由于未证明其毒性，是否为真正的毒素尚待研究。不稳定性外毒素这种毒素对空气、日光、氧气都很敏感，加热60℃以上，10～15min即被破坏。化学成分已知有17种氨基酸和一个或多个低分子量（200-2000）的肽类，目前还不知整个混合物有毒还是仅一种特殊的肽类有毒。（二）对害虫的释放方式苏芸金杆菌虽然有很高的环境安全性，但是，在典型的田间条件下（如紫外线降解和雨淋），苏芸金芽孢杆菌在植物叶片上的停留时间只有几小时甚至更短。1980s美国孟山都公司将苏芸金芽孢杆菌的内毒素蛋白基因克隆到寄生在植物上的假单胞菌中，其中能够表达苏芸金芽孢杆菌内毒素蛋白的假单胞菌为死菌，这样可保护苏芸金芽孢杆菌蛋白免遭环境降解。为提高残留活性，还有的在生产B.t.制剂时加入抗紫外保护剂及其他添加剂。（三）用遗传工程手段改进B.t.制剂B.t.制剂由于其本身存在的一些局限性，不能被人们广泛接受，近年来人们采用遗传工程技术来改造B.t.制剂。遗传工程应用在B.t.制剂上的主要研究目的是扩展其用途及生物活性谱。例如，已经商品化的产品就是将分别编码对膜翅目活性和编码对鳞翅目活性的两个质粒接合在一个菌种上，因而其对膜翅目和鳞翅目昆虫均有活性。（四）生产方法采用传统的分批深层发酵技术。培养基成分为：大豆粗粉15g/L,葡萄糖5g/L，淀粉5g/L。分批发酵的最终产物含有细胞、孢子、胞外酶和蛋白质、其他低分子量物质和杀虫结晶蛋白质。经高速连续流离心分离、丙酮沉淀后，生成的粘稠糊状物再与各种辅助剂（润湿剂、粘着剂、稳定剂）混合，最后制成粉剂或液体包装出售。（五）应用状况B.t.制剂可有效地防治150多种鳞翅目幼虫（其中有些是重要的经济害虫），因此21世纪70年代以来，B.t.制剂已成为防治大田作物、果蔬、观赏植物和仓库害虫的主要生物杀虫剂。苏芸金芽孢杆菌是一些作物综合害物治理的重要手段。苏芸金芽孢杆菌可同信息素、昆虫天敌（寄生赤眼蜂）配合使用防治夜蛾，防治费用虽然与传统化学农药大致相同，但对环境的危害明显减少。（六）其他B.t.制剂能否引起害虫产生抗药性，一直是研究者十分关注的问题。曾经报道的小菜蛾抗性是在苏芸金芽孢杆菌作为单一农药使用、害虫在数年的极端选择压力下产生的。尽管生物杀虫剂可以用作部分化学杀虫剂的代用品，但只有将它与合成的化学杀虫剂结合起来作为害物综合防治措施的一部分，才能发挥生物杀虫剂的最大效力。二、病毒杀虫剂病毒杀虫剂是一类以昆虫为寄主的病毒类群，虽研究开发比细菌杀虫剂晚，但近年来发展迅速。应用比较普遍的有核型多角体病毒（NPV）、颗粒体病毒（GV）等。（一）作用机制胃毒，害虫吞食病毒杀虫剂后，包涵体溶解，释放病毒颗粒。（二）病毒杀虫剂的特性优点缺点1.寄主特异性强，有利于环境保护2.安全性高，对人和非目标生物安全3.病毒可在同一世代的个体之间蔓延传染，有些还可传染给下一世代4.由于不影响天敌和寄生物，因此在综合害物管理中使用较为理想1.特异性限制了市场规模和商业产品的开发2.不适用防治复杂的害虫群体3.对施药时间的要求较为严格4.生产成本昂贵5.为保持活性，贮存条件要求较高表10-2-3病毒杀虫剂的优缺点（三）病毒杀虫剂的商品生产方法1、活体生产法即在活的寄主昆虫体内生产病毒。这是目前主要的生产方式。（1）寄主昆虫大规模生产病毒的关键是需要繁殖快、生长健壮的寄主昆虫。（2）环境因子包括营养、容器大小、温湿度、虫口密度、性别比例、光照等。（3）病毒接种、生长和收集2、离体生产法病毒的离体增殖，利用先进的昆虫细胞生物反应器培养技术，大规模生产病毒。优点：①可大量生产②过程可实现自动化③能采用细胞培养技术④能够严格监测和控制营养及环境条件的变化缺点：成本高真菌杀虫剂是一类寄生谱较广的昆虫病原真菌，是一种触杀性微生物杀虫剂。目前，研究利用的主要种类有：白僵菌、绿僵菌、拟青霉、座壳孢菌和轮枝菌。特点：寄生谱较广触杀真菌通过浸染角质层（表皮）来感染寄主。三、真菌杀虫剂四、放线菌杀虫剂放线菌生物杀虫剂是防治螨虫类的重要生物防虫剂。早在1974年日本即利用杀螨菌素来防治果林和茶园害虫，并指出其防治效果同温湿度有密切关系。五、线虫杀虫剂昆虫寄生性线虫大致可分为以下三类：（1）对某种昆虫专性寄生且具有共生关系的线虫（2）对某种昆虫专性寄生且可杀死昆虫的线虫（3）对昆虫无专性寄生且可杀死昆虫的线虫六、拮抗微生物拮抗微生物是指在土壤中同时存在两种以上生物种群时，利用其相互作用（协调、敌对、拮抗）以达到生物防治的目的。第三节农用抗生素农用抗生素的概念：农用抗生素是由细菌、真菌和放线菌等微生物在发酵过程中所产生的次级代谢产物，这种物质具有抑制某些危害农作物的有害生物的作用。将这些物质加工成可直接使用的形态，这就是农用抗生素。农用抗生素具有杀重获杀菌的作用。农用抗生素的分类农用抗生素按防治对象分为：杀虫农用抗生素、杀菌农用抗生素、除草农用抗生素、植物生长农用抗生素等。农用抗生素的特点：1、作用对象为群体2、经济性要求高3、生物间相互作用的关系复杂第四节、源于植物的生理活性物质据统计，全世界至少有26万种不同植物，而在化学性质上进行过调查研究的仅占10％，作为农药研究的更少。植物源农药包括植物体内的次生代谢物质和转基因植物农药。1977年，就曾有报道，植物中次生代谢物质超过40万种，主要有糖苷类、萘酮类、酚类、萜烯类、生物碱类、黄酮类、蛋白质类、噻吩类等化合物。一、杀虫剂植物天然产物中以杀虫特性著称的当数除虫菊。由于除虫菊具有高效的杀虫活性和对哺乳动物的低毒性，故而是一种理想的害虫防治剂。但是，除虫菊不稳定，在农田作物中防治昆虫不太经济，杀虫性更佳、光稳定性更强的合成拟除虫菊酯已取而代之。鱼藤酮（Rotenone）是众所周知的植物杀虫剂，至今仍受园林工作者的欢迎。另一非常熟悉的商用杀虫剂是烟碱（Nicotine）。二、杀菌剂与植物源杀虫剂相比，植物源杀菌剂研究较少。三、除草剂主要是利用植物的异生相克物质、植物产生的某些次生代谢物质，释放到环境中能影响附近同种或异种植物的生长，包括刺激或抑制作用。已在30多个科的植物中发现了上百种具有除草活性的物质，主要有肉桂酸衍生物、香豆素类、鞣酸、脂肪酸和生物碱等。除草效应最好的实例是从万寿菊中提取的α－三噻吩，但未见实用化。第五节动物源农药动物源农药主要用于害虫的防治，包括动物毒素、昆虫激素、昆虫信息素和天敌动物等，研究最为活跃的是昆虫信息素、动物毒素和昆虫神经肽。昆虫信息素又称昆虫外激素，大多是长链不饱和烃的醇、酯、醛、酮和环氧化合物，具有引诱、刺激、抑制、控制摄食或产卵、交配、集合、报警、防御等功能。最早从鳞翅目昆虫发现。美国已有几十种昆虫信息素用于农业害虫防治，我国也在棉铃虫等害虫上应用。动物毒素是动物产生的对有害生物具有毒杀作用的活性物质，研究多集中与蜘蛛毒素