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如何使用农用抗生素防治植物病害
植物病害是农业生产的大敌,据联合国粮农组织(FAO)统计,每年植物因遭受病害造成的减产损失平均为总产量的10%~15%。目前,植物病害检测以及防治植物病害的主要手段为化学杀菌剂。由于化学农药的大量使用,不仅带来了环境污染和对人类健康的潜在危害,而且还带来了对非靶标生物的影响及植物病原菌抗性的发展等问题,使得化学农药的发展受到了来自各方面的限制。寻找广谱、高效、低毒的生物农药已成为科研人员及农药使用者的共识。其中,农用抗生素是研究的热点之一,笔者概述了农用抗生素在防治植物病害方面的研究及应用进展。
1 农用抗生素研究概况
农用抗生素的研究始于20世纪50年代,是随医用抗生素之后发展起来的。早期筛选到的农用抗生素为放线酮(Actidione)、抗霉素A(Ac-timycin A)以及一些多烯类抗生素。1958年,日本Setsuo等人研制成功杀稻瘟菌素-S(Blast-icidin-S),取代有机汞制剂应用于水稻稻瘟病的防治,是世界上第1个大吨位生产的农用抗生素,并把农用抗生素的开发研究推入了新时期。20世纪70年代开发的有效霉素(Validamycin),以它的高效、安全、经济代替了化学农药)))有机砷制剂。近年来,农用抗生素在防治对象上,除水稻纹枯病外,在水稻稻曲病、小麦纹枯病及玉米纹枯病的防治中也取得了很好的效果;在种类上,由1980~1984年的105种上升到1988~1992年的280种;在防治性能上也有突破性的进展,刺糖菌素(Spinosads)兼具生物农药的安全性和化学农药的快速效果,曾因低毒低残留而获得美国/总统绿色化学品挑战奖0。到1999年底,我国已注册登记并生产的农用抗生素品种达17个,生产企业达130多家,年制剂产量达8万t以上,其中正式登记的杀菌剂品种有井冈霉素、农抗120和多抗霉素等8种,临时登记的杀菌剂品种有中生菌素、宁南霉素等4种。
2 农用抗生素的特点
农用抗生素是一类由生物合成的化学物质,具有一般化学农药的通性和优缺点。其具有以下6个特点:
(1)化学结构较繁杂。比一般化学农药的有效成分更为繁杂。(2)活性高,选择性强,使用剂量低。(3)与环境相容性好。农用抗生素是生物合成的天然物质,在自然界容易降解。对非靶标生物影响较小,不致破坏生态平衡。(4)毒性差别很大。很多农用抗生素对高等动物和非靶标生物的毒性很低,例如,急性经口LD50剂量,井冈霉素大于10 000 mg/kg,春雷霉素为22 000 mg/kg,均属低毒级。但也有一些农用抗生素的毒性为中毒甚至高毒级的。因此,在农用抗生素的研究开发中,绝不可忽视毒性和安全性研究。(5)生产原料多为可再生性资源。通常农用抗生素的生产均采用发酵工程进行大量生产。所用原料多为农副产品如淀粉、葡萄糖等可再生性资源。(6)生产设备通用性强。与化学农药不同,农用抗生素所用的发酵设备具有通用性,只需变换菌种,就可以改变生产品种。
3 农用抗生素防治植物病害的应用研究
3.1 防治植物真菌性病害的农用抗生素
3.1.1 防治水稻病害的农用抗生素
使用农用抗生素防治植物病害在农用抗生素的研究历史中起步较早,早期使用抗生素防治水稻病害取得了较好成绩。灭瘟素(Blasticidin S)是日本竹内等人从土壤中分离的一株灰色产色链霉菌(Strep-tomyces griseochromogenes)所产生的一种抗生素,1Lg/ml即可完全抑制稻瘟病菌的孢子萌发,对菌丝的抑制作用比醋酸苯汞强10倍。春雷霉素(Kasugamycin)是日本梅泽等人分离到一株放线菌(Streptomyces kasugaengis)所产生的一种抗生素。喷到水稻植株后,具有良好的内吸治疗效果。
庆丰霉素是一种胞嘧啶核苷类碱性水溶性抗生素,特别适合于固体发酵,80Lg/ml防治叶瘟效果在60%~70%。有效霉素(Validamycin)用于防治水稻纹枯病效果很好,是目前世界上使用面积最大的一种农用抗生素;我国生产的有效霉素已成为我国主要农药品种之一,至今仍在全国大面积推广应用。灭瘟素、春雷霉素、有效霉素(井冈霉素)等的大面积推广应用,逐渐代替了过去常用的稻瘟净、西力生、甲基胂酸钙等有机磷、有机汞和有机砷杀菌剂。
3.1.2 防治麦类病害的农用抗生素
新农抗P-9首先在美国研制成功,使用3Lg/ml喷小麦,即能较好地防治小麦杆锈病。由轮生链霉菌产生的灭粉霉素(Mildeomycin-B-98891),在日本报道对各类白粉病有较好的防效。由我国研制的放线酮,使用15~20Lg/ml对小麦锈病和杆锈病的防效达66%~95%,对小麦赤霉病的防效也较好;抗霉菌素(农抗120)对小麦叶锈病也有一定的防效;农抗620、农抗105N1农抗861、农抗13547、农抗886、农抗402等,对小麦赤霉病均有较好的防治效果。此外,庆丰霉素曾在我国四川用于防治小麦白粉病,取得一定效果;农抗1-178A对小麦根腐病有较好的防效。公主岭霉素(Gongzhulingmeisu)是一种高效低毒、无残留、对人畜安全、使用方便的种子消毒剂,该抗生素对种子传染的高粱散黑穗病和坚黑穗病、小麦光腥和网星黑穗病等均有较高的防效。日本的大岳望分离的Rustmicin(4)的4个新型14碳环大环内酯类抗生素,对小麦杆锈病的芽管伸长显示了特殊的抑制作用。
3.1.3 防治经济作物病害的农用抗生素
多抗霉素是目前防治经济作物真菌性病害较好的农用抗生素,已经在我国广泛应用,主要用于防治烟草赤星病、苹果灰斑病和梨黑斑病等。放线酮(Ac-tidione)是一种抗真菌抗生素,用于防治菜豆、葡萄、桃树褐斑病等是非常有效的,但由于它对植物的毒性,而限制了它的广泛应用。灰黄霉素主要用于防治果树、蔬菜真菌性病害。内疗素是吸水刺孢链霉菌(Streptomyces hygroscopicus)分泌产生的抗生素,对苹果树腐烂病、甘薯黑斑病、红麻炭疽病等防效较好。金真菌素(Aureofungin)是多烯类抗生素,Thirumalachar等人发现,其由肉桂色链霉菌(Streptomyces cinnamoneus)产生,主要用于防治柑桔流胶病和苹果白粉病,特别适合用于防治果蔬收获后的病害(腐烂病)及种子处理。多效霉素是一株不吸水链霉菌白灰变种(S.ahygroscopicus Var.Incannus)所产生的抗生素,含有4个组份,对苹果和梨腐烂病、橡胶树条溃疡病、多种炭疽病效果较好,对柑桔青霉、葡萄白腐病、棉花立枯病和枯萎病有较强的抑制作用。农抗120是一种广谱性的抗真菌的核苷类抗生素,对花卉白粉病、大白菜黑斑病、辣椒炭疽病的防效很好。农抗SH-62,由高产突变株B2-609产生的抗生素,能抑制柑桔青霉、指状青霉和黑腐病菌等。中生菌素属N-糖苷类抗生素,对大白菜软腐病、苹果轮纹病和早期落叶病等具有很好的防治效果。
3.2 防治植物细菌性病害的农用抗生素
链霉素是第1个用于防治植物病害的抗生素,在日本发现用链霉素200Lg/ml涂叶对防治烟草野火病有效,欧美各国主要用于防治苹果、梨、桃、柑桔和各种蔬菜的细菌性病害,日本和印度则将链霉素(使用200~500Lg/ml)与四环素或土霉素等复配,用于防治水稻白叶枯病;随后日本分离到两株链霉菌菌株S. reliculi和S.chibaensis能产生灭胞素(Cellocidin又称杀枯定),并可较好地应用于防治水稻白叶枯病;氯霉素(Chloramphenicol)是抗细菌抗生素,可由多种链霉菌产生,曾以100~200Lg/ml用于防治水稻白叶枯病;日本报道的能用于防治水稻白叶枯病的抗生素还有野尻霉素(Nojirimycin)、引地霉素和杀草素(Herbicidin)等;我国选出的农抗294和农抗B-3543,对水稻白叶枯病也有一定的防效;中生菌素经室内及田间试验,对水稻白叶枯病的防治效果也较好。
3.3 防治植物病毒病及类菌质体病害的农用抗生素
日本木曾和平井等人发现灭瘟素有抗病毒活性,能抑制烟草花叶病毒核糖核酸的合成;相泽等人选出的阿博霉素能抑制烟草花叶病毒和黄瓜花叶病毒的增殖;抗病毒物质AV能在植物内内吸转移,对烟草、黄瓜和番茄花叶病毒有抑制作用;氯霉素、放线菌酮、放线菌素D能抑制烟草花叶病毒的核酸复制或蛋白质合成;月桂霉素可抑制烟草花叶病毒的增殖,并抑制其形成局部病斑;三原霉素A能抑制烟草花叶病毒、黄瓜花叶病毒、马铃薯X病毒、水稻条纹病毒的增殖和局部病斑的形成;抗菌素NA-699对芜菁花叶病毒和黄瓜花叶病毒有良好的治疗作用;抗生素DPB能有效地防治番茄缩叶病,并能增大番茄果实;胞病毒霉素(Cytovirin)是一种广谱抗病毒抗生素,已证明可以较好地防治作物如水稻、柑桔和甘蔗等的病毒病害。
类菌质体(MLOs)和类立克次氏体(RLOs)在使用抗生素后比病毒更容易失活,因为它们具有与细菌类似的薄膜,在膜形成的过程中更直接地受到抗生素的作用。用四环素防治一些类菌质体或类立克次氏体病害,防效良好;使用四环素、青霉素和金色制霉素还能有效地控制柑桔黄化病、绿化病和其他病害。
4 讨论与展望
使用抗生素治疗一些植物病害已取得了一定的成绩,人们对使用抗生素防治植物病害的兴趣逐渐提高,因此,抗生素在防治植物病害方面,有可能替代或部分替代目前防治植物病害所使用的化学药品。近年来,每年均有一些新研制的农用抗生素的报道,这些用于防治植物病害的农用抗生素,有的已大面积推广应用,如用于防治水稻纹枯病的井冈霉素,目前全国推广面积年约870万hm2;。其他防治植物病害的抗生素,有的已取得一定成效,象武夷菌素、中生菌素、农抗S-113,新研制成功的抗生素,有的已完成小试,中试或即将完成中试,有的即将正式投产。将抗生素从微生物中分离出来,并加以特征化,人们已尝试了几十年,研究手段和技术不断完善和发展,研究思路也不断拓宽。现在人们已不仅仅局限于从土壤中寻找抗生素,已开始从高等植物中提取,或从地衣、藻类、被子植物和各种海洋生物中寻找新的抗生素。目前人们把注意力转向海洋微生物的培养与发酵技术及其代谢产物的研究上。从海洋生物中探索植物保护用抗生素的工作正在进行中。
防治植物病害的农用抗生素的药害一般较化学农药低,且内吸杀菌作用强,防治效率较高,具有高效低毒的特点。目前防治植物病害的抗生素种类虽多,但能在生产上大面积推广应用的种类却较少,究其原因,一方面是因为很多单位只具有分离筛选抗生素的条件,而没有进行深入研究的人才和条件;另一方面初筛有效的菌株,有可能不耐光、热、储存,有的可能不具有工业生产的条件等,因此,较成功的例子基本上局限于应用在水稻上,对蔬菜和果树等经济价值较高的作物,目前尚缺乏防治病害的高效、低毒的农用抗生素。
农用抗生素的迅速发展和新产品不断投放市场,使得该领域的研究方兴未艾,日本和西方发达国家正在加紧开发。我国自20世纪50年代起研究至今,经过几十年的努力,也取得了较好的进展,已成为世界上生产抗生素最多的国家之一。
但是我国目前应用推广较多的农用抗生素,绝大多数属于仿制品,所以有必要加强研究力量,增加投资力度,开发和研制目前生产和市场上急需的新产品。