我国生物农药现状分析与发展趋势

植物激活蛋白_我国生物农药现状分析与发展趋势发布:蛋白农药网相关资料浏览/评论:381/0日期:2010年8月9日我国生物农药现状分析与发展趋势生物农药是指直接利用生物产生的生物活性物质或生物活体作为农药，以及人工合成的与天然化合物结构相同的农药。生物农药具有生产原料来源广泛，对非靶标生物安全、毒副作用小、对环境兼容性好等特点，已成为全球农药产业发展的新趋势。特别是近10年来，随着分子生物学技术、基因工程、细胞工程、蛋白质工程、发酵工程、酶工程等高新技术的飞速发展，并逐渐渗入到生物农药生产中，使其展现出良好的应用前景和巨大的社会和经济效益，生物农药的优越特性(节能、环保、保护资源)比以往任何时期都更加受到世界各国政府的重视，成为各国生物技术研究机构和公司的研究热点。目前科学家们已研制出一系列选择性强、效能高、无污染的生物农药。统计资料表明，美国生物杀虫剂销售额1990年为1500万美元，而到2000年已达6亿美元左右。l我国生物农药的现状分析1.1发展现状目前世界上生物农药使用量最多的国家有墨西哥、美国和加拿大等国，占世界总量的44％。欧洲的生物农药使用量占全世界的20％，亚洲占13％，大洋洲占11％，拉美洲和加勒比湾占9％，非洲占3%。我国生物农药的研究始于20世纪50年代初，至今已有50年的历史。在国家主管部门的扶持下，经过近30年的发展，已逐步形成了具有良好试验条件的科研院所、高校、国家及部级重点实验室，以及其他具备一定工作条件的研究单位。在生物农药的资源筛选评价、遗传工程、发酵工程、产后加工和工程化示范验证方面已经自成体系，拥有大约400家生物农药生产企业。我国生物农药的研究开发步伐逐年加快，至2001年我国已注册登记的生物农药品种达80个，占已注册品种总数的13.7％；产品694个，占已注册产品的7.2％，年产量近10万t制剂。至2004年我国已注册登记的生物农药有效成分品种140个，占我国农药总有效成分品种的15％；产品411个，占已注册产品的8％；年产量12～13万t制剂，约占农药总产量的12％；年产值约3亿美元，占农药总产值的10％左右；使用面积约2600万hm2次，每年新研制成功和登记注册的生物农药品种以4％的速度递增，我国规划到2015年生物农药占所有农药的份额将由现在的10％增加到30％。目前，天敌昆虫还没有被接受注册产品，加强生物农药新产品研发，加快生物农药产业发展速度，增加生物农药市场份额，满足我国无公害农产品、绿色食品和有机食品生产中病虫害防治的需要，缓解农药残留带来的环境污染问题己成为我国科技界、产业界关注的问题。1.2研究进展近10年来，我国在生物农药研究的关键技术与产品开发方面已取得了一批重大成果，苏云金杆菌杀虫剂、农用抗生素、棉铃虫NPV、杀虫真菌剂等技术产品已经达到或部分超过国外同类先进水平，不但满足国内市场需求变化，而且走出国门，进入亚洲和欧美市场。生物农药的主要品种的罐吨位目前已达到100t，其中以抗生素产品为主。近年来，我国在微生物源抗病激活蛋白的研究方面也取得了突破，拥有自主知识产权的真菌激活蛋白的研究为此类新型生物农药的后续开发创造了良好的条件。转基因生物农药在我国的工业化研究开发处于起步发展阶段，已研制了一些复合型的杀虫防病工程菌，如高效Bt和荧光假单胞菌的组合基因工程菌剂，其中WG001已于2000年通过安全性审批，允许生产和应用。而抗生素的研究开发又进入一个新高潮，一些新的抗菌素得到开发，而且杀虫素(阿维菌素)的研究开发得到迅速发展。我国在原生动物生物农药方面也取得了长足进展，开发出了蝗虫微孢子虫，在防治蝗灾方面起到了一定作用，总体水平处于世界先进水平。绿僵菌杀蝗剂的研究技术已获得了国家发改委的真菌杀虫剂产业化项目支持，将成为我国绿僵菌杀虫剂的产业化中心。国内已研究出真菌杀虫剂工业化大规模生产新工艺一气相双动态固态发酵新技术，从根本上解决了常规开放式发酵易染菌、发酵参数难以控制，产品质量不稳定的弊病；新工艺使染菌率降低到0.1％以下，发酵水平比常规固态发酵提高1～2倍，产品生产成本降低50％以上。同期，我国的植物源农药也得到迅速发展，国内已成功开发了众多植物源农药，其中相当一部分进行了工业化生产，其中除虫菊是国内生产技术最完备的植物杀虫剂品种，其种植面积已经达到6000hm2，产量达到5000t，约占国际市场的1/4。生物化学农药以昆虫生长调节剂(IGR)产品为主，国内有关科研单位和企业相继引进、研制开发了一些新品种的生化农药。部分引进和本地天敌昆虫已经可以低成本、大批量生产，一些人工生产技术超过国外同类技术水平。1.3相关产业的研究热点1.3.1细菌、病毒类杀虫剂苏云金芽孢杆菌(Bt)制剂是目前国内外产量最大、应用范围最广的微生物杀虫剂。Bt杀虫作用的主要机制是在其生长过程中产生不同类型的杀虫晶体蛋白(ICPs)。自1981年Schnepf分离了第一个cry基因以来，迄今全世界从Bt中发现并正式命、名的ICP基因已有47群323个。在国家863计划的支持下，近年我国Bt分子生物学的研究发展迅速。1997以来已经克隆了28种ICP基因，占同期国际新记载Bt基因总数的1/3。除ICP以外，Bt以及蜡样芽孢杆菌营养生长阶段产生的另一种杀虫蛋白VIP亦引起了广泛注意，有的V/p基因对一些重要农业害虫更显特异性，因而具有很大的开发应用潜力。为了进一步提高Bt的杀虫效果，如延长持效期、扩大杀虫谱等，可以通过杀虫基因的修饰、改造、转移等基因工程手段构建新型的工程菌。国际上，，已有Conder、MVP等10余种Bt工程菌制剂投入了商业应用。我国也开发出多种高效Bt和荧光假单胞菌的组合基因工程菌剂，其中WG001已于2000年通过安全性审批，允许生产和应用。Bt杀虫剂在我国研究始于20世纪50年代，获得了较长时期的项目支持与产业发展，己形成较大产业规模，年产量约4万t。但与发达国家的Bt产业相比，我国产品的发酵和制剂水平仍存在相当大的差距。国外生产上已广泛采用高效广谱的工程菌株，发酵水平较高；发酵产品回收率高；剂型多样，有粉剂、可湿性粉剂、悬浮剂、浓水剂、油乳剂、乳油、颗粒剂、片剂、ES(emulsifiablesuspension)、缓释剂、生物包被剂等。而国内大部分生产菌株为Bt苏云金杆菌k类型，产品剂型仅有粉剂、可湿性粉剂、悬浮剂、颗粒剂、油剂等品种；液体发酵工艺主要采用批式发酵技术，后提取技术采用离心浓缩工艺导致发酵液中增效因子等有效成分大量损失，此外我国目前的喷雾干燥设备也制约了产品回收率的提高。病毒类的主要是昆虫病毒杀虫剂，其研究始于20世纪70年代。由于病毒对害虫具有专一性，能造成流行病，因此对目标害虫有持续控制效果。昆虫病毒资源非常丰富，目前世界上有记载的昆虫病毒超过1000种，已开发投入市场的产品有30多种。20世纪棉铃虫的暴发，促进了棉铃虫核型多角体病毒杀虫剂的发展。我国多年来也研制了20多种病毒杀虫剂，但除了棉铃虫核多角体病毒(HaSNPV)每年防治面积超过6.7万hm2以外，其他病毒制剂应用规模都不很大，可见目前我国昆虫病毒杀虫剂品种单一。进一步提高病毒的毒力，缩短其侵染时问是扩大昆虫病毒生产应用的关键。国外近年尝试通过基因工程方法，将不同的外源杀虫基因导入野生型苜蓿银纹夜蛾核多角体病毒(AcMNPV)，有关研究取得了良好进展。我国采用导入蝎神经毒素基因(AalT)和缺失蜕皮激素UTP葡萄糖苷转移酶(egt-)的策略，得到了杀虫速度明显加快的重组HaSNPV。大田试验结果显示，施用病毒制剂后棉铃虫幼虫LTso减少了1/4，取食量减少了2/3。目前开发的新型杀虫微生物制剂，主要以叶甲类鞘翅目害虫、甜菜夜蛾、斜纹夜蛾和抗性小菜蛾等鳞翅目害虫为防治对象，进行高效广谱Bt制剂的研制和应用研究。致力于充分利用我国极其丰富的微生物资源，分离有自主知识产权和重要应用价值的新的抗虫和抗病蛋白基因；通过杀虫蛋白基因组合，分子进化、不同结构域中氨基酸定点诱变、融合、互换等分子设计手段进一步提高杀虫毒力，扩大杀虫谱。1.3.2农用抗生素农用抗生素占生物农药总产量的90％。20世纪90年代以来，国内先后报道筛选了一些具有自主知识产权的新农抗品种，其中杀虫抗生素有戒台霉素、梅岭霉素，杀菌抗生素有宁南霉素、波拉霉素、抑霉菌素等，但目前已实用化的品种仅宁南霉素1种。我国目前杀虫、杀菌抗生素类农药29种，120个产品，生产厂家约100个，年产制剂8万t以上，是生产农用抗生素的大国，但具有自主知识产权实用化的有影响力的新农抗品种少。我国“九五期间登记的宁南霉素是一种新结构抗生素，对番茄等作物病毒病和青枯等细菌病害表现出良好防效。但其发酵工艺尚需进一步完善。“八五”期问研制成功的中生菌素，对水稻白叶枯等多种细菌性病害防效显著，目前尚只有水剂和可湿性粉剂两种，还不能满足不同作物和不同生态环境应用需要。从世界范围看，20世纪80年代发现了最有影响力的新的杀虫抗生素avermectin和除草抗生素phthoxazollin，90年代发现了最有影响力的新的杀虫抗生素spinosad和杀菌抗生素strobilurin。其中avermectin被美国默克等公司开发成目前世界上最好的产品；phthoxazollin被作为先导化合物合成出目前最好的除草剂草甘膦系列；spinocad和strobilurin已经成为优秀的生物杀虫剂和杀菌剂。农用抗生素的研究重点在于研制一些针对性强的化学修饰技术，改造一些天然的农用抗生素如井冈霉素、尼可霉素和阿维菌素的结构，以增加其用途或提高其药效；加强老品种的研究开发，通过代谢工程显著提高井冈霉素、南昌霉素和梅岭霉素等的产量，使井冈霉素产生菌的产量超过现有工业生产菌株；通过基因簇系列敲除获得只产生南昌霉素或只产生梅岭霉素的工程菌；利用丰富的抗生素基因资源，通过组合生物合成定向获得新活性衍生抗生素。利用发酵工程技术研究农用抗生素发酵代谢规律，获得大幅度提高发酵水平的新工艺和新剂型加工工艺。海洋微生物、昆虫病原细菌肠道微生物的研究也获得了一定的进展，这两类特异生境的微生物能产生特异杀虫或抑菌代谢物。已获得研究结果表明，嗜线虫致病杆菌北京变种(Xenorhabdusnematophilavar．pekingensis)产生的异香豆素衍生物对马铃薯晚疫病、番茄晚疫病、白粉病等重要病害有较好的控制作用，田间防治马铃薯晚疫病效果达70％以上，防治盆栽番茄晚疫病9d后效果达98.13％，12d后防治效果达68.10％；防治盆栽大豆根腐疫霉病效果达70％左右，防治温室黄瓜白粉病效果达98.3％。近年来，可产生许多重要抗生素的链霉菌的分子生物学研究取得了快速的进展，有关基因簇克隆和遗传操作技术平台已经建立并日趋完善。其中，以链霉菌聚酮类抗生素的研究最为活跃。例如产生阿维菌素(avermectin)的阿维链霉菌(Streptomycesavermitilis)的全基因组测序已经完成，聚酮合酶(PKS)生物合成途径与主要功能已基本明确，这就为进一步利用分子生物学手段对该菌进行遗传改良打下了基础。目前国内通过缺失其生物合成途径中的一个关键酶(C5-0-甲基转移酶)而阻断支路代谢，获得了仅产B组分的工程菌。下一步的目标是构建仅产B1组分双氢还原物的伊维菌素(ivermectin)。若能成功，不仅使这种微生物农药更加高效和低毒，还能大大简化工艺流程和降低生产成本，因而得到更加广泛的应用。1.3.3真菌类制剂真菌是最大杀虫微生物类群之一，能通过表皮侵入昆虫，与其他病原菌相比，昆虫病原真菌的致病机制更加复杂，对解决害虫的抗药性问题极具潜力。在国际记载的800多种昆虫病原真菌中，应用效果最好的是白僵菌(Beauweriaspp.)和绿僵菌(Metarhiziumspp.)。自80年代后期以来已有40多个真菌杀虫剂注册登记并且大面积应用[5]。目前开展的有昆虫病原真菌资源收集、毒力菌株筛选、杀虫真菌侵染机理以及利用基因工程进行毒力菌株改造等方面的研究工作；通过农杆菌介导转化真菌技术，将克隆到的分解昆虫外