李健 李美 高興祥 房鋒 董連紅

摘要：微生物除草劑因其資源豐富、環(huán)境污染小等優(yōu)點而被廣泛關(guān)注。本文對國內(nèi)外微生物除草劑發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展的限制因素進行了綜述，并對其發(fā)展前景進行了展望。

關(guān)鍵詞：雜草；生物防治；微生物除草劑；現(xiàn)狀

中圖分類號：S482.4文獻標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2016）10-0149-04

農(nóng)田雜草嚴重威脅作物產(chǎn)量，造成巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，2005和2006年我國受雜草危害的田地面積約在7 000萬公頃左右，直接經(jīng)濟損失在1 000億元左右[1]?；瘜W(xué)除草劑的發(fā)現(xiàn)和大規(guī)模應(yīng)用，對于減輕雜草危害、釋放農(nóng)業(yè)勞動力、促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程起到了重要作用。迄今，化學(xué)除草劑已經(jīng)是使用量最大的農(nóng)藥類別，僅僅草甘膦的使用量就已占據(jù)近20%的全球農(nóng)藥市場，年銷售超過20億美元[2]?；瘜W(xué)除草劑仍是目前最有效的雜草防除方法，但隨著其持續(xù)大量使用，不僅加大了環(huán)境污染風(fēng)險，也造成了抗性雜草種類、種群密度和發(fā)生面積的增加[3]，使得相應(yīng)除草劑的防治效果降低和使用量加大，從而步入一個惡性循環(huán)過程[4，5]。近年來，微生物除草劑因具有資源豐富、環(huán)境污染小等優(yōu)點，被人們廣泛關(guān)注，且已經(jīng)取得了一定成果。因此，研制環(huán)境友好型的微生物除草劑已經(jīng)變得越來越重要。

1國內(nèi)外微生物除草劑發(fā)展現(xiàn)狀

微生物除草劑是指一類直接以微生物個體為對象開發(fā)制備的微生物制劑[6]。雜草生防微生物（主要為真菌）多采集于自然界，具有毒性低和長效防治的特點，是開發(fā)生物除草劑的重要來源。隨著對微生物源除草劑研究的不斷重視，越來越多的具有生防效果的微生物被開發(fā)出來。截至目前，有近40個屬80多種真菌微生物已經(jīng)具備了被開發(fā)為微生物除草劑的潛力[6]，其中真菌性生物除草劑主要集中在鐮孢菌屬（Fusarium）、鏈格孢菌屬（Alternaria）、尾孢霉屬（Cercospora）、盤孢菌屬（Colletotrichum）、疫霉屬（Phytophthora）、柄銹菌屬（Puccinia）、葉黑粉菌屬（Entyloma）、殼單孢菌屬（Ascochyta）和核盤菌屬（Sclerotinia）等[7]。細菌性生物除草劑主要集中在假單胞菌屬（Pseudomonas）、腸桿菌屬（Enterobacter）、黃桿菌屬（Flavobacterium）、檸檬酸細菌屬（Citromyces）、無色桿菌屬（Achranobacter）、產(chǎn)堿桿菌（Alcaligenes）和黃單胞桿菌（Xanthomonas）等[6-8]。2014年底，病毒除草劑也研制成功并在美國獲得注冊登記。但由于生產(chǎn)條件和成本、應(yīng)用效果和規(guī)模等因素的限制，目前細菌和病毒類除草劑的開發(fā)遠遠落后于真菌除草劑。

1.1國外微生物除草劑開發(fā)與利用

從20世紀60年代起，國外就已經(jīng)開始研究微生物除草劑[9]。Devine是第一個被注冊的真菌除草劑，該除草劑是一種棕櫚疫霉（Phytophthora palmivora Butler）制劑，1981年從美國佛羅里達州的柑橘園中分離得到，主要用來防治柑桔園莫倫藤（Morrenia odorata）[10-13]，最高防效可達95%。隨后，真菌制劑Collego獲得注冊登記，該菌劑是一種盤長孢狀刺盤孢合萌?；停–olletotrichum gloeosporioides f. sp. aeschynomene），用于防除水稻和大豆田中的豆科雜草[11]。繼之，BioMal是由加拿大農(nóng)業(yè)調(diào)查研究所開發(fā)，PhilomBioS公司于1992年商品化的一種盤長孢狀刺盤孢錦葵專化型（Colletotrichum gloeosporioides f.sp. malvae）干粉劑。該制劑用于防治圓葉錦葵（Malva pusilla）、苘麻（Abutilon theophrasti Medicus）等雜草[13，14]。微生物除草劑Biochon于1997年在荷蘭被登記注冊，該菌劑是利用銀葉菌（Chondrostereum purureum）防治野黑櫻（Prunus serotina）[15，16]。目前，國外已獲得專利保護或已登記注冊的微生物除草劑主要有羅得曼尼尾孢菌（Cercospora rodmanii）防除水葫蘆（Eichhornia crassipes）[17]、百日草鏈格孢（Alternaria zinniae）防治蒼耳（Xanthium occidentale）[18]、圓盤孢（C. orbiculare）防治刺蒼耳（X. spinosum）[19]、膠孢炭疽菌（Colletorichum spp.）防除菟絲子（Cuscutta spp.）[6]、膠孢炭疽菌田皂角轉(zhuǎn)化型（C. gloeosporioides f. sp. aeschynomene）防除弗吉尼亞田皂角（Aeschynomene virginica）和利用巨口莖點霉（Phoma macrostoma）防除草坪闊葉草等[18，20]。

1.2國內(nèi)微生物除草劑的開發(fā)與利用

我國微生物除草劑的研究起步較早，在20世紀60年代就已經(jīng)開發(fā)出“魯保一號”菌劑，該菌劑是利用膠孢炭疽菌（C. gloeosporioides）防治菟絲子[21，22]。在20世紀80年代，新疆哈密植保站研制出“生防劑798”防治西瓜田列當(dāng)（Orobanche spp.）[23]。近些年來，在國家各級政府部門和科研機構(gòu)的高度重視下，我國在雜草生物防治方面取得了一系列成果，初步利用畫眉草彎孢霉（Curvularia eragrostidis）和厚垣孢鐮刀菌（Fusarium chlamydosporum）防治馬唐（Digitaria sanguinalis）[24]；利用新月彎孢霉（C. lunata）、禾長蠕孢菌（Helminthosporium gramineum）和露濕漆斑菌（Myrothecium roridum）防治稗草（Echinochloa crusgalli）[25]；空心蓮子草假隔鏈格孢菌（Nimbya alternantherae）防治空心蓮子草（Alternanthera philoxeroides）[26]；利用膠孢炭疽菌婆婆納?；停–. gloeosporioides Penz. f. sp. veronica）防治波斯婆婆納（Veronica persica）[27]和利用齊整小核菌（Sclerotium rolfsii）防治加拿大一枝黃花（Solidago canadensis）等方面均取得了一定成果[6]。

2微生物除草劑發(fā)展的限制因素

近20年來，美國、加拿大和日本等國家專利局公布的關(guān)于生物除草劑的專利已經(jīng)分別達到了90多個、17個和8個，但截至目前全球范圍內(nèi)僅有20多個生物除草劑產(chǎn)品登記。這是因為專利型雜草生防菌雖然初步具備了被開發(fā)為生防制劑的潛力，但是否具備開發(fā)價值并進一步開發(fā)為除草劑登記產(chǎn)品還受諸多因素限制。微生物除草劑在其研究、開發(fā)和應(yīng)用過程中還存在一些問題和困難，阻礙其商品化進程。

2.1易受周圍環(huán)境影響

微生物除草劑是以活體微生物體來發(fā)揮作用。侵染環(huán)境中的溫度和濕度等都是限制雜草生防真菌發(fā)揮治病效果的重要因素，而多數(shù)生防真菌的侵染循環(huán)過程對環(huán)境濕度的要求都較高[28]。因此，濕度對真菌致病力發(fā)揮的影響較大。例如利用尖角突臍孢（Exserohilum monoceras）防治稗草[29]、利用蕉斑鐮刀菌（F. stoveri）防治水花生[30]的過程都需要一定時間的保濕過程；在90%濕度條件下，厚垣孢鐮刀菌（F. chlamydosporum）對馬唐的鮮重防效達到90.2%，而當(dāng)濕度降低到40%時，其鮮重防效僅為51.5%[31]。

2.2菌種致病力退化

真菌除草劑在連續(xù)培養(yǎng)過程中易發(fā)生菌種致病力退化，是困擾其進一步應(yīng)用的另一個重要因素。例如我國第一個大規(guī)模推廣的雜草生防菌劑“魯保一號”，在20世紀60年代中、后期，曾在山東、江蘇、安徽、寧夏等20多個省、區(qū)生產(chǎn)和應(yīng)用。但是，經(jīng)過長時間的人工培養(yǎng)和保藏，“魯保一號”菌種孢子多核化現(xiàn)象增多，菌劑對大豆菟絲子的致病力降低，甚至喪失生產(chǎn)和應(yīng)用價值。菌種的嚴重退化使“魯保一號”的生產(chǎn)、應(yīng)用很快陷入困境，幾乎瀕于消亡的邊緣[32]。

2.3寄主單一

微生物除草劑對目標(biāo)雜草有較強的選擇性。但在一個復(fù)雜的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中雜草群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜，微生物除草劑相對于化學(xué)除草劑來說，由于其寄主的單一性，往往很難具有廣譜的除草效果，因此很難達到理想的除草目的，因而，其推廣必然會受到限制[9，33]。

3我國微生物除草劑的發(fā)展展望

我國農(nóng)業(yè)部在2015年3月發(fā)布了《到2020年農(nóng)藥使用量零增長行動方案》，就如何提高農(nóng)藥利用效率、減少農(nóng)藥總使用量、改善我國土壤環(huán)境問題等方面提出了具體要求。與傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥相比，微生物源農(nóng)藥在環(huán)境相容性和安全性上是化學(xué)除草劑所不可比擬的，因此微生物源農(nóng)藥的開發(fā)顯得十分迫切[34-36]。

雖然我國近十年來在雜草生物防治方面已經(jīng)取得了一定成果，獲得了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專利保護菌株，但是在雜草生防菌制劑化和商品化過程中仍然遠遠落后于西方發(fā)達國家。我國生物資源豐富，物種多樣，環(huán)境條件差異大，這些都預(yù)示著自然田野中有大量有待發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的潛力生防菌株。這也要求我國科研工作者應(yīng)以當(dāng)前農(nóng)藥減量為導(dǎo)向，大量收集并開發(fā)可用于雜草防治的微生物制劑。

參考文獻：

[1]張朝賢， 李香菊. 雜草學(xué)學(xué)科發(fā)展[M]//2007-2008植物保護學(xué)學(xué)科發(fā)展報告. 北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社， 2008： 75-86.

[2]Prado J R， Segers G， Voelker T， et al. Genetically engineered crops： from idea to product[J]. Annual Review of Plant Biology， 2014， 65： 769-790.

[3]Heap I. International survey of herbicide resistant weeds[R/OL].http：//www.weedscience.com （Feb 21， 2016）.

[4]Green J M. Current state of herbicides in herbicide-resistant crops [J]. Pesticide Management Science， 2014， 70（9）： 1351-1357.

[5]Czaja K， Góralczyk K， Struciński P， et al. Biopesticides-towards increased consumer safety in the European Union [J]. Pesticide Management Science， 2015， 71（1）： 3-6.

[6]陳世國， 強勝. 生物除草劑研究與開發(fā)的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展趨勢[J].中國生物防治學(xué)報， 2015， 31（5）： 770-779.

[7]馬娟， 董金皋. 微生物除草劑與生物安全[J]. 植物保護， 2006， 32（1）： 9-12.

[8]王利， 朱朝華. 生物除草劑研究進展[J]. 廣西熱帶農(nóng)業(yè)， 2008（1）：15-17.

[9]仉歡， 王開運.微生物除草劑研究進展[J].雜草科學(xué)， 2010（2）：1-8.

[10]Kenney D S. DeVine-the way it was developed-an industrialists view [J]. Weed Science. 1986， 34（Suppl.1）： 15-16.

[11]Ridings W H. Biological control of strangervine（Morrenia odorata Lindl.） in citrus-a researchers view[J]. Weed Science， 1986， 34：31-32.

[12]Smith R J. Biological controls as components of integrated weed management for rice in the United States[M]. ASPAC， Food & Fertilizer Technology Center， 1993.

[13]楊恒友， 劉杰， 張劍. 微生物除草劑研究發(fā)展及開發(fā)展望[J]. 中國植保導(dǎo)刊， 2010， 30（7）： 14-17.

[14]Mortensen E K. The potential of an endemic fungus，Collelotrichum gloeosporioide f.sp. malvae for biological control of round-leaved mallow（Malvapusilla） and velvetleaf （Abutilon theophrastis） [J].Weed Science， 1988， 36：473-478.

[15]De Jone M D， Seheepens P C， Zadoks J C. Risk analysis for biological control： a Dutch case study in biocontrol of Prunus serotinaby the fungus， Chondrostereum purpureum[J]. Plant Dis.， 1990， 74： 189-194.

[16]強勝. 生物除草劑的最新研究進展[J]. 雜草科學(xué)， 1997（4）：9-10.

[17]Mcrac C F.Role of codinal matrix of Colletotrichum orbicularein pathogenesis of Xanthium spinosurm [J]. Mycological Research， 1990， 94：890-896.

[18]強勝. 生物除草劑研究的歷史、現(xiàn)狀及展望[C]//植物保護21世紀展望暨第三屆全國青年植物保護科技工作者學(xué)術(shù)研討會文集，1998.

[19]陳曼芳. 玉米蛋白粉、魚粉及其水解多肽萌前除草活性的研究[D]. 南京： 南京林業(yè)大學(xué)， 2007.

[20]李海濤. 寄生疫霉菌作為微生物除草劑防除麥瓶草潛力的研究[D]. 泰安： 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2005.

[21]劉志海， 朱全讓. 魯保一號菌[M]. 濟南： 山東科技出版社， 1980.

[22]林冠倫. 我國雜草防治的一些情況[J]. 生物防治通報， 1985， 1（2）： 51-52.

[23]王之越，朱廠翼，馬德成，等.應(yīng)用鐮刀菌防治瓜列當(dāng)[J]. 生物防治通報， 1985， 3（3）： 35-38.

[24]Zhu Y Z，Qiang S. Isolation，pathogenicity and pafety of Curvulariaeragrostidis isolate QZ -2000 as a bioherbicide agent for large crabgrass （Digitaria sanguinalis）[J]. Biocontrol Science and Technology， 2004， 14： 769-782.

[25]韋韜，李靜，倪漢文.稗草生防菌新月彎孢菌株J15（2）的生物學(xué)特性[J].中國生物防治，2009， 25 （1）： 54-59.

[26]聶亞鋒， 陳志誼， 劉永鋒， 等. 假隔鏈格孢SF-193的產(chǎn)孢特性及其分生孢子對空心蓮子草的致病力[J].中國生物防治， 2009， 25（3）：260-266.

[27]朱秦. 膠孢炭疽菌作為防除波斯婆婆納的生物除草劑產(chǎn)業(yè)化相關(guān)技術(shù)的研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2003.

[28]李新，謝明，譚萬忠，等.雜草生防真菌的研究進展[J]. 中國生物防治， 2009， 25（1）： 83-88.

[29]陳勇，倪漢文，萬方浩，等.稗草致病菌——尖角突臍孢菌的生物學(xué)特性[J].中國生物防治， 2004， 20（4）： 264- 268.

[30]鄭燕梅，王源超，喬廣行，等.水花生病原真菌的篩選與生防潛力的研究[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006， 29（2）： 57- 60.

[31]李健，李美，高興祥，等. 馬唐生防真菌ZC201301的篩選及其致病力測定[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2015， 47（6）： 93-96.

[32]高昭遠. “魯保一號菌S22變異株”研究成果通過鑒定[J]. 生物防治通報， 1988（1）： 5.

[33]Auld B A， Morin L.Constraint sin the development of bioherbicides[J].Weed Technology， 1995， 9：638-652.

[34]劉順字， 曹永軍. 微生物源農(nóng)藥應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2015， 44（5）： 22-25， 30.

[35]Ash G J. The science， art and business of successful bioherbicides[J]. Biological Control， 2010， 52（3）： 230-240.

[36]強勝， 宋小玲， 戴偉民. 抗除草劑轉(zhuǎn)基因作物面臨的機遇與挑戰(zhàn)及其發(fā)展策略[J]. 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報， 2010， 18（1）： 114-125.