我國生物農(nóng)藥的最新發(fā)展趨勢

【專家解說】：我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，每年農(nóng)作物病蟲草害受害面積大約2億公頃（次），每年需要生產(chǎn)和使用農(nóng)藥約25萬噸（有效成份）。 生物農(nóng)藥具有生產(chǎn)原料來源廣泛，對(duì)非靶標(biāo)生物安全、毒副作用小、對(duì)環(huán)境兼容性好等特點(diǎn)，已成為全球農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢。 　　1 生產(chǎn)規(guī)模 　　我國目前大約有200家生物農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)。2004年登記的生物農(nóng)藥活性成分品種為140種，占我國農(nóng)藥總有效成分品種的15%；產(chǎn)品411個(gè)，占注冊(cè)登記農(nóng)藥產(chǎn)品的8%；年產(chǎn)量12～13萬噸制劑，約占農(nóng)藥總產(chǎn)量的12%；年產(chǎn)值約3億美元，占農(nóng)藥總產(chǎn)值的10%左右，使用面積約4億多畝次。目前，每年新研制成功和登記注冊(cè)的生物農(nóng)藥品種以4％的速度遞增。 　　我國生物農(nóng)藥主要品種有Bt殺蟲劑、農(nóng)用抗生素、植物源農(nóng)藥、轉(zhuǎn)基因植物、病毒類農(nóng)藥、真菌類農(nóng)藥、植物生長調(diào)節(jié)類農(nóng)藥，大宗產(chǎn)品仍以井崗霉素和Bt為主，從品種、劑型、質(zhì)量和數(shù)量上與發(fā)達(dá)國家相差甚遠(yuǎn)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)外市場的需求。在2001年國家計(jì)委高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目中，天然植物源殺蟲劑菊酯、年產(chǎn)6000噸“武大綠洲”系列生物病毒殺蟲劑、真菌生防制劑、復(fù)合微生物活菌制劑和年產(chǎn)5000噸的寡聚糖生物農(nóng)藥5個(gè)生物農(nóng)藥項(xiàng)目獲得批準(zhǔn)。2002年又批準(zhǔn)年產(chǎn)3000噸“安徽奧綠”系列生物病毒殺蟲劑、年產(chǎn)1萬噸寧南霉素、線蟲生防制劑和年產(chǎn)3 萬噸固體發(fā)酵Bt等生物農(nóng)藥項(xiàng)目。 　　2 國內(nèi)外研究熱點(diǎn)及趨勢 　　中國生物農(nóng)藥的研究起始于50年代初，目前已擁有30余家生物農(nóng)藥研發(fā)方面的科研院所、高校、國家及部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以及具備一定工作條件的研究單位，在生物農(nóng)藥的資源篩選評(píng)價(jià)、遺傳工程、發(fā)酵工程、產(chǎn)后加工和工程化示范驗(yàn)證方面已自成體系。 　　生物農(nóng)藥的主要發(fā)展趨勢為：以基因重組為核心的戰(zhàn)略高技術(shù)競爭日趨激烈，關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新顯著加快，最新分子生物學(xué)手段越來越多地被應(yīng)用到生物農(nóng)藥研發(fā)中去，轉(zhuǎn)基因生物農(nóng)藥新品種不斷涌現(xiàn)；其研發(fā)和應(yīng)用向更安全和更環(huán)保方向發(fā)展；產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)已成為涉農(nóng)工業(yè)最具前景的發(fā)展領(lǐng)域。 　　通過研發(fā)安全、高效、環(huán)境友好型的、多功能的生物農(nóng)藥新品種，突破生物農(nóng)藥基因工程與發(fā)酵工程關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)生物農(nóng)藥的制劑加工、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境行為等一系列問題開展研究，為保障農(nóng)產(chǎn)品安全，保護(hù)人類生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。 　　2.1 細(xì)菌、病毒類殺蟲劑 　　國內(nèi)外主要以蘇云金桿菌（Bt）為主。Bt殺蟲劑研究在我國始于50年代，年產(chǎn)量約4萬噸，但與發(fā)達(dá)國家相比，我國產(chǎn)品的發(fā)酵和制劑水平仍存在相當(dāng)大的差距。國外生產(chǎn)已廣泛采用高效廣譜的工程菌株，發(fā)酵水平較高，發(fā)酵產(chǎn)品回收率高；劑型多樣，有粉劑、可濕性粉劑、懸浮劑、濃水劑、油乳劑、乳油、顆粒劑、片劑、ES（Emulsifiable suspension）、緩釋劑、生物包被劑等。而國內(nèi)大部分生產(chǎn)菌株為Bt蘇云金桿菌（Bt）k類型，產(chǎn)品劑型僅有可濕性粉劑、懸浮劑2種；液體發(fā)酵工藝主要采用批式發(fā)酵技術(shù)，后提取技術(shù)采用離心濃縮工藝，導(dǎo)致發(fā)酵液中增效因子等有效成分大量損失。此外，我國目前的噴霧干燥設(shè)備也制約了產(chǎn)品回收率的提高。采用基因工程技術(shù)構(gòu)建藥效穩(wěn)定，防治面較廣的Bt工程菌劑，是當(dāng)前Bt生物農(nóng)藥發(fā)展的新趨勢。 　　對(duì)目標(biāo)害蟲有持續(xù)控制效果的昆蟲病毒殺蟲劑的研究始于70年代。上世紀(jì)棉鈴蟲的暴發(fā)，促進(jìn)了棉鈴蟲核型多角體病毒殺蟲劑的發(fā)展。我國登記注冊(cè)的15個(gè)病毒殺蟲劑中有12個(gè)是棉鈴蟲核型多角體病毒，可見目前我國昆蟲病毒殺蟲劑品種單一。 　　新型殺蟲微生物制劑：以葉甲類鞘翅目害蟲、甜菜夜蛾等鱗翅目害蟲為主要防治對(duì)象，進(jìn)行高效廣譜Bt制劑的研制和應(yīng)用研究。充分利用我國極其豐富的微生物資源，分離有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和重要應(yīng)用價(jià)值的新的抗蟲和抗病蛋白基因。通過殺蟲蛋白基因組合，分子進(jìn)化、不同結(jié)構(gòu)域中氨基酸定點(diǎn)誘變、融合、互換等分子設(shè)計(jì)手段進(jìn)一步提高殺蟲毒力，擴(kuò)大殺蟲譜。 　　2.2 農(nóng)用抗生素 　　我國農(nóng)用抗生素占生物農(nóng)藥總產(chǎn)量的90%，但具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)實(shí)用化的新農(nóng)抗品種較少。20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)先后篩選報(bào)道了一些具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新農(nóng)抗品種，其中殺蟲抗生素有戒臺(tái)霉素，殺菌抗生素有寧南霉素等，但目前已實(shí)用化的品種僅寧南霉素一種。我國目前殺蟲、殺菌抗生素類農(nóng)藥29種，120個(gè)產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家約100個(gè)，年產(chǎn)制劑8萬多噸，是生產(chǎn)農(nóng)用抗生素的大國, 但至今尚未創(chuàng)制出有影響力的新農(nóng)抗品種。從世界范圍看，20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)最有影響力的新的殺蟲抗生素Avermectin和除草抗生素Phthoxazollin，90年代發(fā)現(xiàn)最有影響力的新的殺蟲抗生素Spinosad和殺菌抗生素Strobilurin。其中Avermectin被美國默克等公司開發(fā)成目前世界上最好的產(chǎn)品，Phthoxazollin被作為先導(dǎo)化合物合成出目前最好的除草劑-草甘膦系列；Spinocad和Strobilurin正在開發(fā)中，有望成為世界上最好的生物殺蟲劑和殺菌劑。 　　我國“九五”期間登記的寧南霉素，其發(fā)酵工藝尚需進(jìn)一步完善。中生菌素對(duì)水稻白葉枯等多種細(xì)菌性病害防效顯著，目前尚只有水劑和可濕性粉劑兩種，還不能滿足不同作物和不同生態(tài)環(huán)境應(yīng)用需要。 　　研制一些針對(duì)性強(qiáng)的化學(xué)修飾技術(shù)，重點(diǎn)改造一些天然的農(nóng)用抗生素的結(jié)構(gòu)，以增加其用途或提高其藥效；加強(qiáng)老品種的研發(fā)，通過代謝工程顯著提高井岡霉素、南昌霉素和梅嶺霉素等的產(chǎn)量，使井岡霉素產(chǎn)生菌的產(chǎn)量超過現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)菌株；通過基因簇系列敲除獲得只產(chǎn)生南昌霉素或只產(chǎn)生梅嶺霉素的工程菌；利用豐富的抗生素基因資源，通過組合生物合成定向獲得新活性衍生抗生素。利用發(fā)酵工程技術(shù)研究農(nóng)用抗生素發(fā)酵代謝規(guī)律，獲得大幅度提高發(fā)酵水平的新工藝和新劑型加工工藝。 　　近幾年來對(duì)海洋微生物、昆蟲病原細(xì)菌腸道微生物的研究獲得了一定進(jìn)展，這兩類特異生境的微生物能產(chǎn)生特異殺蟲或抑菌代謝物。結(jié)果表明，嗜線蟲致病桿菌北京變種產(chǎn)生的異香豆素衍生物對(duì)馬鈴薯晚疫病、番茄晚疫病、白粉病等重要病害有較好的控制作用。 　　2.3 真菌類制劑 　　昆蟲病原真菌對(duì)解決害蟲的抗藥性問題極具潛力。自20世紀(jì)80年代后期以來，國外已有40多個(gè)真菌殺蟲劑注冊(cè)登記且大面積應(yīng)用。開展昆蟲病原真菌資源收集、毒力菌株篩選、殺蟲真菌侵染機(jī)理以及利用基因工程進(jìn)行毒力菌株改造等方面的研究工作。通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化真菌技術(shù)，將克隆到的分解昆蟲外殼的蛋白酶和幾丁酶基因?qū)氚捉┚?。篩選對(duì)蚜蟲等刺吸式害蟲防治效果明顯提高的重組菌株。建立以蛻皮激素（Ecdysone）為誘導(dǎo)物的調(diào)控系統(tǒng)，篩選能在較低濕度與不同溫度下促進(jìn)殺蟲真菌孢子萌發(fā)與侵染、提高殺蟲真菌貨架壽命的輔助劑，基因工程技術(shù)已成為高效的殺蟲真菌菌株選育手段。 　　在殺蟲真菌農(nóng)藥中，白僵菌研究歷史最長，研究隊(duì)伍最大，每年應(yīng)用于防治松毛蟲和玉米螟面積達(dá)1千萬畝以上，殺菌真菌農(nóng)藥主要有木霉菌等。自上世紀(jì)30年代發(fā)現(xiàn)木霉菌對(duì)植物病害的防治作用以來，它是研究最多，應(yīng)用面積最大的真菌殺菌劑，目前產(chǎn)品主要是采用液固兩相發(fā)酵生產(chǎn)分生孢子。20世紀(jì)90年代末期，美國研究出的液體發(fā)酵產(chǎn)厚垣孢子工藝有望為木霉菌產(chǎn)業(yè)化提供新途徑。開展木霉菌產(chǎn)厚垣孢子調(diào)控機(jī)制研究，進(jìn)行擔(dān)子擬青霉等高效菌株篩選和工程菌株的構(gòu)建，為真菌發(fā)酵工藝突破提供技術(shù)支持。 　　2.4 新型植物激活蛋白 　　有關(guān)激發(fā)植物免疫抗病和增產(chǎn)作用的蛋白激活劑的研究，已引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注和重視。2000年由美國EDEN公司從細(xì)菌源過敏蛋白中開發(fā)出的康壯素（Messenger）農(nóng)藥產(chǎn)品，在美國獲得登記，被EPA列為免檢殘留的農(nóng)藥產(chǎn)品，準(zhǔn)許在所有作物上使用?，F(xiàn)已在美國、墨西哥等國的煙草、蔬菜和水果上廣泛應(yīng)用。2004年經(jīng)我國農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥檢定所（ICAMA）審定通過，康壯素取得了農(nóng)藥臨時(shí)登記證，首批推薦在番茄、辣椒、煙草和油菜上使用。 　　目前國內(nèi)正在研發(fā)的有Activator和HarpinXo，目前我國已成功分離和獲得了多個(gè)植物激活蛋白基因工程菌株。田間試驗(yàn)表明，激活蛋白農(nóng)藥對(duì)多種植物病毒病害防效可達(dá)70%和增產(chǎn)10%以上， 2004年該成果已通過了農(nóng)業(yè)部成果鑒定，達(dá)到同類研究的國際先進(jìn)水平。 　　2.5 生物化學(xué)及新型激發(fā)子類農(nóng)藥 　　上個(gè)世紀(jì)80年代，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)來源于真菌及植物細(xì)胞壁的甲殼素等物質(zhì)能開啟植物中多種信號(hào)傳導(dǎo)途徑，作為一類全新的生物激發(fā)子（含寡糖、糖蛋白、多肽和脂肪酸等類物質(zhì)）生物化學(xué)農(nóng)藥的研發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用已引起國外科技界及國際跨國大公司的高度關(guān)注。中國具有豐富的寡糖等生物激發(fā)子的資源及研發(fā)優(yōu)勢，應(yīng)高度重視，寡聚糖生物農(nóng)藥不但能十分有效地控制煙草花葉?。ǚ佬?2%）等多種農(nóng)作物及經(jīng)濟(jì)作物病害，同時(shí)可明顯提高產(chǎn)量10%～30%。 　　最新昆蟲生化（消化）酶抑制劑研究表明：小分子蛋白和有機(jī)脂肪酸（透明質(zhì)酸）對(duì)昆蟲生化（消化）酶具有強(qiáng)烈的抑制作用導(dǎo)致昆蟲死亡，還具有兼抗線蟲、真菌、細(xì)菌和病毒的作用。 　　3 大力發(fā)展生物農(nóng)藥可行性分析 　?。?）具有豐富的生物資源。我國是一個(gè)生物資源大國，擁有全球10%的生物遺傳資源。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國擁有動(dòng)植物、微生物約26萬種，還有著其他國家少有的豐富的人類遺傳資源。目前我國保存的農(nóng)作物種質(zhì)資料種類達(dá)30余萬份，位居世界第一，為我國發(fā)展生命科學(xué)與生物技術(shù)提供了豐富材料。這種優(yōu)勢是不可替代的，也是具有獨(dú)占性的。 　?。?） 環(huán)境保護(hù)和市場需求。據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，我國農(nóng)作物病蟲害常年發(fā)生面積60億畝左右，每年損失糧食1600萬噸，每年需要生產(chǎn)和使用80多萬噸化學(xué)農(nóng)藥制劑。其中80％為高毒農(nóng)藥，導(dǎo)致20％以上果蔬和10％以上糧食農(nóng)藥殘留超標(biāo)。因此，發(fā)展生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)對(duì)保證農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、保障人們的生命與健康、保護(hù)生態(tài)環(huán)境都十分重要，將為我國農(nóng)產(chǎn)品出口創(chuàng)造十分有利的條件，極大地增強(qiáng)我國農(nóng)產(chǎn)品的國際競爭力。我國規(guī)劃到2015年生物農(nóng)藥占所有農(nóng)藥的份額將由現(xiàn)在的10％增加到30％。 　　針對(duì)中國入世，發(fā)達(dá)國家紛紛調(diào)整提高了產(chǎn)品進(jìn)口的技術(shù)門檻，農(nóng)產(chǎn)品受到的影響首當(dāng)其沖。歐盟于2003年12月31日起正式禁止320種農(nóng)藥在歐盟銷售，其中涉及我國產(chǎn)農(nóng)藥達(dá)60多個(gè)品種，其中殺蟲劑31種，其它為殺菌劑和除草劑等，此類農(nóng)藥在我國的生產(chǎn)量和使用范圍已具有一定規(guī)模。因此，生物農(nóng)藥的研制已成為當(dāng)務(wù)之急，其研發(fā)將有效地實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)安全生產(chǎn)，提升農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)附加值，擴(kuò)大我國農(nóng)副產(chǎn)品外銷市場，推進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 　?。?）研究隊(duì)伍不斷成長。在生物農(nóng)藥技術(shù)領(lǐng)域，我國形成了一支水平較高的研發(fā)隊(duì)伍和相當(dāng)?shù)墓ぷ骰A(chǔ)，創(chuàng)新和開發(fā)能力不斷增強(qiáng)。目前，我國有30多家生物農(nóng)藥研究機(jī)構(gòu)，約200家生物農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)，生物技術(shù)研發(fā)人員有2萬人，每年還有約4600名生物技術(shù)專業(yè)的大學(xué)生和研究生畢業(yè)加入這一行列。在生物技術(shù)研究開發(fā)方面已經(jīng)形成了一個(gè)初具規(guī)模和有一定競爭力的研究隊(duì)伍。 　?。?） 政府政策的支撐。我國政府非常重視發(fā)展無公害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。1996年《中國21世紀(jì)議程》將生物農(nóng)藥的研發(fā)列入首批入選項(xiàng)目。1998年，《2116工程項(xiàng)目》也將生物農(nóng)藥、微生物肥料、植物生長調(diào)節(jié)劑和微生物降解制劑列入首批重大項(xiàng)目發(fā)展規(guī)劃。中國綠色食品發(fā)展中心和有機(jī)食品發(fā)展中心也相繼成立。北京、福建等省市已建立無公害生產(chǎn)條例，明確規(guī)定蔬菜生產(chǎn)禁止使用劇毒和部分高毒農(nóng)藥。 　　4 我國生物農(nóng)藥發(fā)展方向及需要解決的問題 　　生物農(nóng)藥在我國整個(gè)農(nóng)藥行業(yè)中所占份額相當(dāng)有限，與發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距。 　　針對(duì)目前我國生物農(nóng)藥發(fā)展存在的突出困難和問題，建議：一是從經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益雙重角度考慮其發(fā)展前景，對(duì)生物農(nóng)藥的發(fā)展給予政策傾斜，加大研發(fā)資助，對(duì)企業(yè)減免稅費(fèi)等，而對(duì)劇毒、高毒、高殘留的化學(xué)農(nóng)藥應(yīng)該禁止或限制使用。二是應(yīng)當(dāng)推動(dòng)資源優(yōu)勢整合，集成創(chuàng)新，在全國形成若干個(gè)既具有開發(fā)能力又能規(guī)模生產(chǎn)的大型生物農(nóng)藥企業(yè)，逐步形成多品種結(jié)構(gòu)的生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。三是企業(yè)和農(nóng)技部門共同努力，加強(qiáng)對(duì)生物農(nóng)藥的技術(shù)推廣，使農(nóng)民能夠熟練掌握生物農(nóng)藥的使用技術(shù)。