生物农药发展现状和趋势

　　病虫害能给农业带来巨大的损失，如果不加防治，每年会导致粮食和经济作物的产量损失高达30％。20世纪40年代，DDT作为第一个人工成功合成和大规模应用的化学农药，在抗击疟疾（杀灭传播疟疾的虫媒昆虫疟蚊）和害虫防治上，发挥了重要的作用，为人类做出了重大贡献。随后，化学农药如雨后春笋不断被发明、应用，以致人们认为，农林业病虫害的问题因高效广谱化学农药的发明而彻底解决了。然而不久，化学农药的三“R”（Resistance害虫抗性、Residues农药残留、Resurgence害虫再猖獗）和三“致”（致残、致畸、致突变）等问题浮现出来，使得人们不得不重新审视化学农药的功过，考虑开发低毒、高效、环保的绿色化学农药和环境友好的生物农药。生物农药主要是指以植物、动物、微生物等本身或其产生的具有农用生物活性的次生代谢产物开发的农药，具有对害虫选择性强、药效持久、对人畜和其它生物安全、不污染环境等优点。国际上很多发达国家和发展中国家都非常重视生物农药的发展和应用，积极制定和执行化学农药削减计划。欧洲议会环境委员会已提出在未来5年内化学农药的使用量减少25%，10年内削减50%；法国计划3年内实现化学农药用量减半的目标；荷兰提出全面禁止使用化学农药的建议。继日本修改肯定列表制度之后，欧美等发达国家也相继修改农药残留指标，对农产品农药残留提出了更加严格的要求。另一方面，欧盟和国际经合组织近年来一直在推进以生物农药为主要内容的有害生物可持续综合治理（IPM）技术，韩国、泰国政府每年都要拔付专款对使用生物农药的农户进行补助，鼓励农民使用生物农药。

　　世界上生物农药使用量最多的国家是墨西哥、美国和加拿大，这3个国家的生物农药使用量占世界总量的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%。我国生物农药的使用面积约占病虫害全部防治面积的5%。

　　我国每年发生农作物病虫害60多亿亩次，为确保农业生产安全，目前90%以上的区域依赖化学农药进行防治。据中国农药工业协会统计，2007年我国的农药总产量达173万吨，其中化学农药超过80%，安全环保的生物农药不到10%。如此大量化学品的生产和使用，致使面源污染、人畜中毒、农产品残留等问题十分突出。为确保我国农业的可持续发展，建设生态文明，保障食品安全，破解国际上所谓的“中国食品威胁论”、“中国环境威胁论”，必须寻求重要作物主要病虫害可持续控制的策略，逐步减少化学农药的使用量。2009年6月国务院办公厅印发了《促进生物产业加快发展若干政策》，将生物农药、生物肥料等农业生物技术确定为国家生物产业发展的战略重点。据有关部门预计，“十二五”期间，我国生物农药的使用面积要达到农药总量的30%，为生物农药提供了巨大的发展空间。

　　生物农药在现代农业中的地位

　　现代农业是建立在当前不断发展的科学技术水平之上，以高效、优质、环保为主要特征。历史上，化学农药为农业生产做出了不可磨灭的贡献，在现代农业中也将发挥不可替代的主导作用。为适应现代农业的发展，环保型绿色农药的概念被提出来，其中包括绿色化学农药和生物农药两大类，其主要特征是高效、安全、环境友好、具有较强的针对性。利用现代科技，越来越多的绿色化学农药被开发出来，用于农业生产，成为现代农业的重要组成部分。生物农药是绿色农药的另一个组成部分，在一定时期内，从属于绿色化学农药，起着替代、补充的作用。从长远来看，生物农药将会越来越多地取代普通的化学农药和绿色化学农药，在现代农业中的地位不断上升。

　　在化学农药发明前，生物农药（包括以虫治虫的生物防治）就被用于农业生产上的病虫害防治。那时的应用是传统农业上的低水平、经验式地、无产业化基础的应用，同现代生物农药的内涵存在本质的区别。为了配合现代农业高效集约化的生产特征，生物农药必须在充分揭示其作用机理的基础上，实现产业化生产。

　　生物农药来源于生物体本身或生物代谢物，其生产过程就是相关生物技术产业化的过程，因而生物农药产业化研发是生物农药大范围应用的必要前提。由于生物农药生产工艺、作用方式的特殊性，如何进行产能突破、提高产品药性成为生物农药的主要研发趋势。具体表现在以下几个方面：一是产能规模的突破。生物农药大都采用特殊的生物技术进行生产，受环境因素影响大，工艺过程可控性差，工业化生产难度大，一直处于“有市无货”状态，很多产品无法实现规模化生产，或者生产成本过高，难以满足市场需求。二是有效成分的提纯。生物农药的组分都比较复杂，如何除去或降低影响药效发挥的杂质成分，提高产品纯度和生物活性，对促进行业发展具有十分重要的意义。三是制剂加工技术的改进。针对生物农药的特点开发出有利于其效能发挥的适宜剂型，并且能够尽量降低助剂和辅料的用量，开发高效低用量的制剂产品，才能真正体现生物农药的优势。

　　昆虫病毒生物农药的产业化开发

　　昆虫病毒是一类十分重要的生物农药，具有杀虫活性高、特异性强、害虫不容易产生抗性等优点，在生物农药的研发过程中一直占据着十分重要的地位。目前已发现有600多种昆虫病毒（主要是指杆状病毒），大多数对其宿主昆虫具有杀灭作用，是害虫的生物武器，而实际开发应用的只有几十种，因此把更多农林重大害虫的病毒资源进行产业化开发，应用于生物防治，是当前国内外昆虫病毒生物农药产业发展的主要趋势和方向。

　　目前，昆虫病毒生物农药研究比较活跃的国家包括美国、加拿大、日本、巴西等国。2008年在美国环境保护局（EPA）公布的农药有效成分中，有20种昆虫病毒，产品25个；巴西利用病毒生物农药防治大豆害虫获得巨大成功，每年应用面积200万公顷，挽回害虫造成的损失1100万美元，同时还替代了17000吨化学农药的使用，减少了大豆的农药残留，提高了产品的品质。

　　我国从20世纪70年代开始进行昆虫病毒应用的研究，随后昆虫病毒生物农药在棉铃虫、茶树害虫、森林害虫的防治上得到了广泛应用，农业技术部门在全国20多个省市开展了大量的试验示范，表明其防治效果不低于常规化学农药，而且效果稳定，显示出良好的推广应用前景。国内数家企业已开发出了多种昆虫病毒制剂，在市场开发方面也进行了大量工作，为昆虫病毒生物农药形成成熟市场打下了坚实的基础。

　　1993年由中国科学院武汉病毒研究所研制的第一个昆虫病毒生物农药——棉铃虫核多角体病毒，完成了注册登记，标志着昆虫病毒进入大田应用。我国目前在农业部登记的病毒类生物农药10种，分别是棉铃虫核多角体病毒、甜菜夜蛾核多角体病毒、斜纹夜蛾核多角体病毒、茶尺蠖核多角体病毒、茶毛虫核型多角体病毒、苜蓿银纹夜蛾核多角体病毒、甘蓝夜蛾核多角体病毒、菜青虫颗粒体病毒、小菜蛾颗粒体病毒、松毛虫质型多角体病毒。其中，棉铃虫核多角体病毒是我国应用规模最大的病毒杀虫剂，每年应用面积近150万亩。另外，斜纹夜蛾核多角体病毒和甜菜夜蛾核多角体病毒在我国也有较大规模的应用。

　　为充分发掘利用我国丰富的昆虫病毒资源，促进高新技术成果转化，同时落实中国科学院新时期办院方针、促进院地合作、加速科技成果转化，在中国科学院知识创新工程二期，中国科学院动物研究所依据在病毒生物农药产业化研发方面的优势，提出了“整合社会资源、引入企业机制、发挥地方优势”的工作思路。根据“利益共享、风险共担”的原则，动物所于2003年与河南济源白云实业有限公司签订合作协议，在企业先后组建了“中国科学院动物研究所生物农药中试基地”、“河南省生物农药工程技术研究中中心”、“企业博士后科研工作站”，共同研究、开发和生产具有自主知识产权的系列昆虫病毒生物农药。

　　经过多年产业化研发，逐步形成了以“科云”为品牌的系列昆虫病毒生物农药产品，取得了多项重大突破，其总体经济技术水平处于国际同领域先进或领先水平。“科云”病毒生物农药同传统病毒生物农药产业相比，实现了生产规模的突破，解决了国内外同行公认的该产业很难进行规模生产的难题，使昆虫病毒生物农药可以同化学农药一样，根据市场供求情况组织生产，满足市场需求；生产成本大幅度下降，使其不高于化学农药，突破了限制生物农药商品化推广的一个主要瓶颈；开发成功国内外迄今为止含量最高的昆虫病毒生物农药产品，其中棉铃虫核型多角体病毒原粉的含量超过5000亿PIB/克（PIB是核型多角体病毒单位多角体的英文缩写，表示有效成分含量），是目前国内外同类产品的的25至50倍，1克原药可以用于5亩农田的生物防治。这种高含量病毒原粉的研制成功，不仅为产品的运输、包装和储存提供了极大的便利，而且可以用于开发高含量、超低用量的制剂产品。至今已获得病毒生物农药登记证8个，获得授权专利10项，多个产品获得了国家重点新产品证书。产品研发成功后，在新疆的棉花和番茄，以及内地蔬菜害虫防治上累计推广应用700万亩次，为我国绿色、环保的现代农业做出了贡献。

　　当今，一系列全球环境问题显得日益突出，如气候变暖、二氧化碳浓度升高、环境恶化、能源危机、资源短缺等，大多源于人类对自然资源过度开发和不合理利用，特别是对化石能源和不可再生资源的过度依赖和滥用。在有限土地资源的基础上，需要解决不断增长人口的吃饭、穿衣等人类基本生存问题，现代农业必须朝着高效、安全、可持续的方向发展。在一个较长的时期内，人类不得不依赖化学农药与不断上升的农业病虫害进行抗争，并且大力发展符合现代农业理念的绿色农药。随着科学技术的进步，相信越来越多的生物农药被产业化开发和应用，配合其它环境友好型病虫害防治技术，为现代农业构建和谐高效的农田生态系统，服务于人类的发展和进步。

　　作者单位：秦启联 中科院动物研究所

　　程清泉 中科院动物研究所生物农药中试基地河南省济源白云实业有限公司