生物农药工业研究综述摘要生物农药的研究与利用在农业病虫害防控体系中占有重要地位，进入21世纪后，更备受世界各国关注。

随着绿色植保战略的推进与实施，生物农药研发成为我国生物产业、农业科研与应用的热点，被列为国家中长期科技发展规划的重大研究领域与方向。

本文介绍了生物农药产业的背景、发展，生物农药特征产物苏云金芽孢杆菌的生产工艺及生产条件优化，以及生物农药产业的展望。

关键词：生物农药，苏云金芽孢杆菌，生产工艺，研究进展1 生物农药产业研究背景与进展1.1生物农药的研究背景1.1.1 当前人类社会发展面临的生态环境和食品安全等问题二十一世纪人类面临诸多困境—人口、食物、环境、资源，其中作为人类赖以生存的环境是所有困境中的困境，而造成这一困境的最重要、最直接的根源是化学污染。

化学污染最重要、最直接的根源是农药、化肥的不断追加和非理性施用，给生态环境造成的污染和破坏与日俱增（谢联辉，2003）。

今天人类不得不自我反省，重新认识人与自然的关系、人类生存与发展的问题。

1.1.2化学农药开发的难度不断加大随着发展中国家经济、技术水平的进步和社会对环境保护的日益重视，除少量化学杀菌剂和除草剂还有较大发展空间外，化学杀虫剂的全球用量将逐步下降。

随着人类对环境的要求越来越高，各国政府对新化学农投放的管理的要求也越来越严格，使化学农药开发的难度越来越大，开发费用越来越昂贵，成功率越来越低。

与此相比，生物农药的开发费用相对要低得多。

生物农药源于自然，一般而言，其与环境相容性高，对人畜比较安全，再加之微生物来源更广，人们对生物农药的开发热情越来越高。

1.1.3生物农药产业发展研究较为薄弱，有待加强生物农药研究应用于农业生产已有半个多世纪的历史，但由于种种原因，发展一直较为缓慢。

生物农药产业发展研究是一项战略性、综合性、前沿性的研究。

研究的内容既涉及农药学、生物技术学、植保学、农业生态学、化学、农产品质量安全等自然科学问题，又与产业经济学、政府经济学、环境资源经济学、战略学、农业推广学、伦理学等宏观经济、社会科学相关联。

1.2生物农药产业国内外研究进展从国外情况看，世界生物农药公司多为中、小型公司。

极少跨国植保公司拥有一专门从事生物农药生产经营的分公司（或分部）。

尽管许多跨国植保公司对生物农药感兴趣，但许多公司对生物农药研发的投放亦远逊于化学农药的投入。

从国内情况看，研究者侧重于生物农药的资源发现、基础性科学研究、不仅对生物农药的产业化研究较少，对产业化发展研究也仅从定性角度，泛泛谈一些宏观方面如体制、投放、市场等问题，深入进行定量研究、系统研究的较少。

有关生物农药的资源发现、微生物源的新菌株选择、作用机制、活性分析、毒力评价、分子生物学等基础性研究文章较多，但从产业政策、市场体系、社会层面、法律法规等宏观层面及企业的产品开发、资本运作、市场运作、队伍建设等微观层面为研究对象的文献较少。

生物农药的发展远远落后于社会发展与环境保护的要求，生物农药产业发展有待加强。

2生物农药的概念及种类生物农药是指用来防治病、虫、草等有害生物的生物活体及其代谢产物和转基因产物, 并制成商品的生物源制剂, 包括细菌、真菌、病毒、线虫、植物、昆虫天敌、农用抗生素、植物生长调剂剂和抗病虫草害的转基因植物等。

生物农药的分类因分类依据的不同而异, 按照来源把生物农药来源分为生物体农药和生物化学农药两类, 其中生物体农药又分为动物体农药、植物体农药、微生物体农药, 生物化学农药又分为植物源生物化学农药、动物源生物化学农药、微生物源生物化学农药等。

2.1 生物体农药2.1.1 动物体农药这类生物农药主要是天敌昆虫。

对天敌生物农药的开发, 目前国外已形成了一定规模化的产品,世界上规模较大的天敌昆虫公司已有80 多家, 仅北美已经商品化生产的天敌昆虫就多达130 多种,主要有赤眼蜂、丽蚜小蜂、草蛉、瓢虫、螳螂、花蝽、捕食性螨等, 广泛应用于果园、大田、温室等。

动物体农药还包括“改造”的天敌昆虫。

利用基因工程的方法,将对杀虫剂的抗性基因转到天敌中,使其产生抗药性,提高田间竞争力。

2.1.2 植物体农药指具有防治农业有害生物功能的活体植物。

目前,仅转基因抗有害生物或抗除草剂的作物可称为植物体农药。

对转基因植物的研究开始于上世纪80 年代,并逐渐升温, 1996 年美国推出具有抗虫性的苏云金杆菌( Bacilus thuringiensis, B.t.) 转基因玉米,随后各国通过转基因分别研制出的抗虫大豆、抗虫棉花(棉铃虫、红铃虫)、抗虫马铃薯(甲虫)、抗病毒的西葫芦、抗除草剂的玉米等。

据不完全统计, 目前约有90 多种转基因植物产品被批准商业化生产应用。

2.1.3 微生物体农药2.1.3.1 微生物杀虫剂各国研究应用最多的是白僵菌, 俄罗斯用它防治马铃薯甲虫, 美国用它防治森林害虫; 其次是绿僵菌, 主要防治地下害虫, 巴西、澳大利亚使用金龟子绿僵菌防治甘蔗和牧草害虫; 此外拟青霉属、赤僵菌、虫生藻类也有应用, 美、英等国还有蚧生轮枝菌、大链壶菌、汤普生多毛菌制剂。

被开发成产品投入实际应用的主要有: 苏云金芽孢杆菌、日本金龟子芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、缓病芽孢杆菌。

其中苏云金杆菌是当前研究最多的生物杀虫剂, 国外许多国家如美国、日本、朝鲜、法国、俄罗斯、比利时等国都有B.t.制剂生产, 产量属美国最大。

目前B.t.研究的焦点是开发B.t.新资源和通过各种现代生物技术手段(基因重组、原生质体融合、加质粒消除、结合转移) 研制出广谱、高效的B.t.工程菌。

2.1.3.2 微生物杀菌剂世界各国已有25 种以上的真菌杀菌剂产品注册, 应用最广的是木霉菌。

早期用于生防研究的细菌主要有假单孢菌、放射形土壤杆菌、欧文氏菌等。

近年来, 人们开始发现芽孢杆菌的巨大杀菌潜力。

2.1.3.3 微生物除草剂1981 年, DeVine 在美国被登记注册为第一个生物除草剂, 它是棕榈疫霉制剂, 用于柑橘园进行土壤处理防治莫伦藤, 防效达96%。

在它之后, Collego 获得登记, 它是阿肯色州大学和Upjohn 公司开发的一种合萌盘长孢状刺盘孢合萌专化型, 用于防治水稻及大豆田中的弗吉尼亚萌。

Biomal 是由加拿大农业调查研究所开发、Philom Bios 公司于1992 年商品化的一种长孢状刺盘孢锦葵专化型干粉剂,用于防治圆叶锦葵、茴麻。

美国使用植物真菌炭疽病原平头刺盘研制的真菌除草剂用于水稻和大豆田中防除大麻, 在其施入7 d 后大麻植株死亡。

还有(Colletotrichum gloeosporioules f. sp.aeschyno-mene) 研制的真菌除草剂, 防除卷茎蓼, 防效95%。

纵沟柄锈菌(Pucciniacanaliculata (Schw.)Lagerh.) 的真菌除草剂用于玉米、花生、蔬菜等一些作物的田间防除莎草, 防效90%~98%。

意大利酸膜单孢锈菌(Uromyces rumicis (Schum.) ) 细极链格孢(Alternaria tenuissima)。

2.2生物化学农药2.2.1植物源生物化学农药植物源生物化学农药是指用于防治病虫害的植物及植物体的提取物。

利用植物体及植物体的提取物制成的农药,有药效和肥效,无残毒与药害,对防治农作物病虫害有重要作用,且无污染,因此被国家发展计划委员会和科技部列为21世纪优先发展的产业,是公认的理想“绿色农药”。

植物是生物活性化合物的天然宝库,其产生的次生代谢产物超过40万种(Swain,1977),其中的大多数化学物质如萜烯类、生物碱、类黄酮、甾体、酚类、独特的氨基酸和多糖等均具有杀虫或抗菌活性。

其提取物具体可分为以下四类：①植物毒素:指植物产生的对有害生物具有毒杀作用的次生代谢产物。

具杀虫作用的植物毒素:除虫菊素、鱼藤酮、烟碱等;具有杀菌作用的植物毒素:大蒜素、黄蒿酮、硬尾醇等;具有杀草作用的植物毒素:核桃醌、独脚金萌素、香豆素等。

②植物中的昆虫拒食剂:印楝素具拒食作用。

③植物内源激素:调节自身生长的植物激素:乙烯、生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和芸薹素内酯等;调节昆虫生长发育的昆虫激素:主要为蜕皮激素。

④转基因植物:如抗虫棉等。

2.2.2动物源生物化学生物农药将昆虫产生的激素、毒素、信息素、几丁质或其它动物产生的毒素、几丁质经提取或完全仿生合成的农药就是动物源生物化学农药,如昆虫保幼激素、性信息素、蜂毒等。

动物源生物化学农药中,最常见的是昆虫信息素类,尤其是性信息素类。

据估计,全世界现已合成昆虫性信息素1000多种,已商品化的280多种,已成为害虫治理中的一个重要手段。

2.2.3微生物源生物化学农药由微生物产生的抗生素类、毒素类均属此类。

抗生素类历来是生物农药发展的重点,可用于杀虫、防病及除草等。

如：①微生物源杀虫剂:多杀菌素、阿维菌素、浏阳霉素、梅岭霉素和昆虫病毒等。

②微生物源杀菌剂:又称为农用抗菌素。

灭瘟素、春雷霉素、井冈霉素等。

③微生物源除草剂:杂草菌素、细交链孢霉素、茴香霉素、鲁保1号等。

3苏云金芽胞杆菌苏云金芽孢杆菌（Bacil1us Thuringiensis）简称Bt，具有无公害，无残留，不污染环境，选择性强等优点。

苏云金芽胞杆菌作为生物农药中的一种,以其独特的优势成为目前产量最大、应用最广的一类微生物杀虫剂,占到生物农药的90%左右。

据有关资料显示，Bt 能够防治农林果蔬等农作物上的有害昆虫，诸如鳞翅目、鞘翅目、膜翅目、双翅目等32 个科50 多种昆虫。

Bt生物农药占微生物农药的90%以上，是目前世界上用途最广、产量最大的微生物农药。

Bt 生物农药主要以各种工农业产品或农副产品，如葡萄糖、蛋白胨、酵母粉、豆饼粉、玉米粉、花生饼粉、麦麸等为原料，其价格约占总生产成本的35%～59%，是生物农药难以得到广泛应用的主要限制因素。

3.1苏云金芽胞杆菌杀虫机理苏云金芽孢杆菌之所以能够杀虫，是由于它们的细胞内存在着一种有毒的蛋白质，叫做伴孢晶体，昆虫吞食后就会中毒而死，而这种活细胞及伴孢晶体对环境无毒无害。

因为在动物的胃肠道内、酸性环境下蛋白质晶体不能溶解，从而对人畜无害。

所以它是一种高效安全的生物杀虫剂，可用来杀灭多种农作物害虫。

苏云金芽孢杆菌杀虫机理主要是(昆虫取食苏云金芽孢杆菌后，杆菌在其胃肠道内产生蛋白质晶体内毒素（&-4内毒素），热稳定毒素（&-外毒素），叶蜂毒素（&-4外毒素）及Bt-γ外毒素，这些毒素能侵蚀昆虫肠道细胞，破坏肠道内膜，并进入血淋巴组织#使害虫因饥饿而出现败血症最后死亡。

苏云金芽孢杆菌的防治对象是鳞翅目、膜翅目、双翅目、鞘翅目等多种害虫，其药性的持效期可达7-10d左右。

3.2苏云金芽孢杆菌生产工艺发酵是上游技术和下游技术的连接点,也是Bt产业化的关键所在。