1、第七章第七章 生物技术与农业生物技术与农业2contents7.1 7.1 转基因作物转基因作物7.2 7.2 生物农药生物农药37.1转基因作物7.1.1 7.1.1 抗植物病虫害基因及其应用抗植物病虫害基因及其应用7.1.2 7.1.2 抗非生物胁迫、改良作物品质的基因及抗非生物胁迫、改良作物品质的基因及其应用其应用7.1.3 7.1.3 改变植物其它性状的基因及植物医药基改变植物其它性状的基因及植物医药基因工程因工程7.1.4 7.1.4 植物基因工程存在的问题植物基因工程存在的问题7.1.1抗植物病虫害基因及其应用病害是农作物减产的病害是农作物减产的主要原因之一主要原因之一全世界农作物
2、产量损全世界农作物产量损失的失的1/31/3可归因于病害可归因于病害植物虫害也使全世界植物虫害也使全世界每年损失数亿美元每年损失数亿美元化学农药的使用，带来“三R”难题环境环境污染，污染，残毒残毒上升，人畜均遭毒害；上升，人畜均遭毒害；害虫抗性害虫抗性增强，用药浓度不断提高，防增强，用药浓度不断提高，防治费用不断增加，不得不无休止地研制治费用不断增加，不得不无休止地研制新农药；新农药；杀伤天敌，破坏生态平衡，引起杀伤天敌，破坏生态平衡，引起害虫再害虫再猖獗猖獗和大爆发，导致自然界中恶性循环。和大爆发，导致自然界中恶性循环。（Residue,Resistance,ResurgenceResidu
3、e,Resistance,Resurgence）：）：残毒、抗性、再猖獗残毒、抗性、再猖獗三大问题。三大问题。生物农药还不能取代化学农药对特定害虫的高毒性，对环境的安全性对特定害虫的高毒性，对环境的安全性抗虫谱窄，田间不稳定性抗虫谱窄，田间不稳定性目前世界农药市场上，生物农药的比重不足目前世界农药市场上，生物农药的比重不足0.5%0.5%江苏省生物农药的生产量和使用量只约占农药生产江苏省生物农药的生产量和使用量只约占农药生产总量和使用总量的总量和使用总量的0.5%0.5%和和4.8%4.8%。 http:/ 明恢明恢6363配成的各种组合累计推广面积配成的各种组合累计推广面积超过超过2020亿
4、亩，是迄今应用最广、持续应亿亩，是迄今应用最广、持续应用时间最长、效益最显著的恢复系。用时间最长、效益最显著的恢复系。19811981年，用年，用 明恢明恢6363配成配成 汕优汕优 ，解决了第一代杂交稻不抗稻瘟病的致命解决了第一代杂交稻不抗稻瘟病的致命缺陷。缺陷。植物抗病虫害基因工程育种周期短、效率高、成本低育种周期短、效率高、成本低提高产量和品质提高产量和品质降低生产成本降低生产成本减少化学农药污染，避免破坏生态平衡减少化学农药污染，避免破坏生态平衡克服亲本基因资源缺乏克服亲本基因资源缺乏抗性性状具有连续性和整体性抗性性状具有连续性和整体性抗病虫害基因来源1.1.植物植物 如豇豆胰蛋白酶抑
5、制剂（如豇豆胰蛋白酶抑制剂（CpTICpTI）基因。）基因。2. 2. 动物动物 如杀菌肽（如杀菌肽（cecropinscecropins）基因。）基因。3. 3. 微生物微生物 如如BtBt杀虫结晶蛋白基因。杀虫结晶蛋白基因。抗性基因分类据基因的作用功能和对象分为：据基因的作用功能和对象分为：1. 1. 抗虫基因。抗虫基因。2. 2. 抗病毒基因。抗病毒基因。3. 3. 抗真菌和细菌基因。抗真菌和细菌基因。 7.1.1.1 抗植物虫害基因常用的主要有三种：常用的主要有三种：a)a)BtBt基因基因b)b)胰蛋白酶抑制剂基因胰蛋白酶抑制剂基因c)c)植物凝集素基因植物凝集素基因a)Bt基因根据
6、杀虫谱的不同，将杀虫基因分成六大类，根据杀虫谱的不同，将杀虫基因分成六大类，统称为统称为crycry基因，用罗马数字基因，用罗马数字I I、IIII、IIIIII、IVIV等来命名，分别代表几种杀虫范围。在每一等来命名，分别代表几种杀虫范围。在每一类型下根据氨基酸序列的同源性，又分为类型下根据氨基酸序列的同源性，又分为A A，B B，C C等不同的基因型。在同一基因型下根据等不同的基因型。在同一基因型下根据限制性内切酶的酶谱和分子量的大小，又分限制性内切酶的酶谱和分子量的大小，又分为为a a，b b，c c等不同的基因亚型。等不同的基因亚型。 19871987年，世界上年，世界上4 4个研究小
7、组获得转个研究小组获得转BtBt基因植物基因植物目的基因：目的基因：CryIACryIA（b b）全长，片段；）全长，片段； CryIACryIA（a a）片段；）片段； CryIACryIA（c c）全长；）全长；转化方法：转化方法：农杆菌介导法农杆菌介导法转化植物：烟草（转化植物：烟草（3 3） 番茄（番茄（1 1）（）（MonsantoMonsanto）抗虫性：烟草天蛾，番茄果螟抗虫性：烟草天蛾，番茄果螟转Bt基因植物（表一）转Bt基因植物（表二）转Bt基因植物（表三）植物抗虫基因工程的研究进展 ，东北农业大学学报，2000。b)蛋白酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂（PI）自然界最为丰富的蛋白质
8、之一自然界最为丰富的蛋白质之一存在于绝大多数生物体尤其是许多植物的贮存在于绝大多数生物体尤其是许多植物的贮藏器官藏器官一种天然的抗虫物质一种天然的抗虫物质在植物界，现已发现近在植物界，现已发现近1010个蛋白酶抑制剂家个蛋白酶抑制剂家族族原理1.1.与昆虫消化道内的蛋白消化酶相结合，形成酶抑与昆虫消化道内的蛋白消化酶相结合，形成酶抑制剂复合物（制剂复合物（EIEI），从而），从而阻断或减弱昆虫蛋白酶阻断或减弱昆虫蛋白酶对于外源蛋白质的水解作用，导致蛋白质不能被对于外源蛋白质的水解作用，导致蛋白质不能被正常消化正常消化2.2.同时同时EIEI复合物能刺激昆虫过量分泌消化酶，导致复合物能刺激昆虫过
9、量分泌消化酶，导致昆虫产生厌食反应。最终，昆虫缺乏生活一些必昆虫产生厌食反应。最终，昆虫缺乏生活一些必需的氨基酸，而发育不正常或死亡。需的氨基酸，而发育不正常或死亡。3.3.蛋白酶抑制剂分子可能通过消化道进入昆虫的血蛋白酶抑制剂分子可能通过消化道进入昆虫的血淋巴系统，从而严重干扰昆虫的蜕皮过程和兔疫淋巴系统，从而严重干扰昆虫的蜕皮过程和兔疫功能，以致昆虫不能正常发育。功能，以致昆虫不能正常发育。PI的作用特点作用于蛋白消化酶的活性中心。作用于蛋白消化酶的活性中心。活性中心是酶最保守的部位，产生突变的可能性活性中心是酶最保守的部位，产生突变的可能性极小，故可以排除害虫通过突变产生抗性的可能极小，
10、故可以排除害虫通过突变产生抗性的可能性。性。PIPI对于人、畜无害。对于人、畜无害。人、畜的蛋白消化酶主要存人、畜的蛋白消化酶主要存在于肠道中，而在于肠道中，而PIPI在胃中的酸性条件下，被胃蛋在胃中的酸性条件下，被胃蛋白酶分解。白酶分解。PI的分类植物中存在三类：植物中存在三类： （1 1）丝氨酸蛋白酶抑制剂）丝氨酸蛋白酶抑制剂 （2 2）巯基蛋白酶抑制剂）巯基蛋白酶抑制剂 （3 3）金属蛋白酶抑制剂）金属蛋白酶抑制剂 与抗虫基因工程关系最密切、研究最深入的是丝氨酸蛋白酶抑制剂，与抗虫基因工程关系最密切、研究最深入的是丝氨酸蛋白酶抑制剂，其中最主要的是胰蛋白酶抑制剂。其中最主要的是胰蛋白酶抑
11、制剂。绝大多数昆虫所利用的正是这一类消化酶，而植物细胞基本没有这种绝大多数昆虫所利用的正是这一类消化酶，而植物细胞基本没有这种酶，或含量甚微。酶，或含量甚微。豇豆胰蛋白酶抑制剂基因（豇豆胰蛋白酶抑制剂基因（CpTICpTI基因）、基因）、马铃薯胰蛋白酶抑制剂基因（马铃薯胰蛋白酶抑制剂基因（PTIPTI基因）、基因）、玉米半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因（玉米半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因（CPICPI基因）基因）以及大豆胰蛋白酶抑制剂基因（以及大豆胰蛋白酶抑制剂基因（SKTISKTI基因）基因）等。等。豇豆胰蛋白酶抑制剂CpTI抗虫效果较为理想，其抗虫范围广抗虫效果较为理想，其抗虫范围广对鳞翅目、鞘翅目、直
12、翅目等几乎所有昆对鳞翅目、鞘翅目、直翅目等几乎所有昆虫都有杀伤作用虫都有杀伤作用目前已应用于抗虫烟草、水稻、大豆，但目前已应用于抗虫烟草、水稻、大豆，但由于其表达能力不够强，应用暂时受到限由于其表达能力不够强，应用暂时受到限制。制。转蛋白酶抑制剂基因植物c)植物凝集素（lectin）基因非免疫来源的糖蛋白或结合糖的蛋白质非免疫来源的糖蛋白或结合糖的蛋白质(sugar-(sugar-binding protein)binding protein)能聚集细胞和（或）沉淀糖蛋白能聚集细胞和（或）沉淀糖蛋白主要存在于细胞的蛋白粒中主要存在于细胞的蛋白粒中最主要的特性是能和糖类结合最主要的特性是能和糖类
13、结合 多数是一些寡聚蛋白多数是一些寡聚蛋白, ,二聚体或四聚体，少数含有二聚体或四聚体，少数含有两个糖结合部位的单体，如蓖麻毒蛋白。两个糖结合部位的单体，如蓖麻毒蛋白。 豆科植物的种子中含量最丰富豆科植物的种子中含量最丰富原理当被昆虫取食后，外源凝集素当被昆虫取食后，外源凝集素在昆虫的消化在昆虫的消化道中与肠道围食膜上的糖蛋白专一性结合道中与肠道围食膜上的糖蛋白专一性结合（即不同的外源凝集素与相应的糖类结合），（即不同的外源凝集素与相应的糖类结合），从而影响营养的吸收从而影响营养的吸收。可能在昆虫的消化道内诱发病灶，促进消化可能在昆虫的消化道内诱发病灶，促进消化道中细菌的繁殖。道中细菌的繁殖。
14、主要种类 1.1.麦胚凝集素（麦胚凝集素（wheat germagg1utininwheat germagg1utinin，GAGA）2.2.雪花莲（雪花莲（GalanthusGalanthus nivalisnivalis， GNA GNA ）凝集素）凝集素 3.3.豌豆外源凝集素（豌豆外源凝集素（pea-pea-lectin,p-Leclectin,p-Lec） 雪花莲虽然外源凝集素有很强的抗虫作用，但虽然外源凝集素有很强的抗虫作用，但如果转入食用性农作物特别是生食的蔬如果转入食用性农作物特别是生食的蔬菜类中，菜类中，对人和家畜有无毒副佐用还需对人和家畜有无毒副佐用还需要进一步证实要进一步
15、证实。因此，目前其大规模大。因此，目前其大规模大面积应用还是受到了一定的限制。面积应用还是受到了一定的限制。抗虫转基因新思路为了对付棉铃虫，棉花体内天生就有一种名叫棉酚的为了对付棉铃虫，棉花体内天生就有一种名叫棉酚的毒素。相应地，棉铃虫也有一种名叫毒素。相应地，棉铃虫也有一种名叫P450P450的基因参与的基因参与解毒，可化解棉酚的毒性，帮助棉铃虫逃过此解毒，可化解棉酚的毒性，帮助棉铃虫逃过此“劫劫”。中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究组采用组采用RNARNA干扰技术干扰技术，将具有干扰作用的昆虫双链，将具有干扰作用的昆虫双链RNARN
16、A转入植物体内。转入植物体内。棉铃虫食用了此种转基因植物后，干扰棉铃虫食用了此种转基因植物后，干扰RNARNA就渗透入棉就渗透入棉铃虫消化食物的中肠壁内，从而铃虫消化食物的中肠壁内，从而“直捣直捣”棉铃虫体内棉铃虫体内的解毒基因的解毒基因P450P450。这些棉铃虫就像慢性中毒一样，对。这些棉铃虫就像慢性中毒一样，对棉酚的抵抗力大大减弱，蚕食棉花的胃口随之骤减，棉酚的抵抗力大大减弱，蚕食棉花的胃口随之骤减，生长缓慢，甚至死亡。生长缓慢，甚至死亡。 自然自然杂志评价该论文是杂志评价该论文是“第一次成功报道利用植物自生第一次成功报道利用植物自生表达昆虫基因的双链表达昆虫基因的双链RNARNA来抑制
17、植食性昆虫防御基因的论来抑制植食性昆虫防御基因的论文文”，“通过该技术改良的植物比利用杀虫剂不分青红皂白通过该技术改良的植物比利用杀虫剂不分青红皂白地将所有昆虫杀死更符合社会发展的需要。地将所有昆虫杀死更符合社会发展的需要。” ” http:/ 2006，103（39）：14302-143067.1.1.2 抗病毒基因病毒病引起的作物病害是十分严重的，仅以马铃薯病毒病引起的作物病害是十分严重的，仅以马铃薯为例，为例，病毒病毒(PVX)(PVX)引起的产量损失可引起的产量损失可10%,Y10%,Y病毒病毒（PVYPVY）引起的损失可达）引起的损失可达8080，然而迄今杂交常规，然而迄今杂交常规育
18、种对病毒病的防治尚无良策。育种对病毒病的防治尚无良策。常用的抗病毒基因外源病毒外壳蛋白（外源病毒外壳蛋白（coat proteincoat protein，C C）基因）基因病毒复制酶基因病毒复制酶基因 病毒卫星病毒卫星RNARNA基因基因核糖体失活蛋白（核糖体失活蛋白（RIPRIP）基因）基因 干扰素基因干扰素基因 等等等等MonsantoMonsanto公司，公司，19881988年，获得了表达年，获得了表达TMVTMV的的CPCP基因的番茄品基因的番茄品种种VF36VF36的转基因植株。在接种后表现出延迟发病，发病率的转基因植株。在接种后表现出延迟发病，发病率小于小于5%5%，产量几乎不
19、受影响，而对照植株则，产量几乎不受影响，而对照植株则100%100%发病，果发病，果实减产实减产26-35%26-35%。MonsantoMonsanto公司，公司，19901990年，把年，把PVXPVX和和PVYPVY的的CPCP基基因同时导入北美最重要的马铃薯品种因同时导入北美最重要的马铃薯品种ussetusset BurbankBurbank，其中筛选出的一个转基因株系在接，其中筛选出的一个转基因株系在接种条件下，完全抗种条件下，完全抗PVXPVX和和PVYPVY。田间试验表明。田间试验表明, ,传毒蚜虫接种传毒蚜虫接种1616周后周后, ,转基因植株只有转基因植株只有8%8%的发的发
20、病率病率, ,而对照植株的发病率却高达而对照植株的发病率却高达79.3%79.3%。a)病毒的外壳蛋白(CP)基因 b)核糖体失活蛋白(RIP)基因 是是单链单链的碱性蛋白质。分子量约为的碱性蛋白质。分子量约为30kD30kD，带有，带有或不带有糖基，但其生物活性都一样，都具或不带有糖基，但其生物活性都一样，都具有有抑制抑制无细胞无细胞蛋白质生物合成蛋白质生物合成的作用的作用, ,对完整对完整细胞或动物呈无毒或低毒。细胞或动物呈无毒或低毒。 是由是由A A、B B两条肽链两条肽链通过二硫键组成的二聚体。通过二硫键组成的二聚体。分子量约为分子量约为60kD60kD。其。其A A链与链与I I型型
21、RIPRIP同源呈酸同源呈酸性或碱性，是毒性分子。性或碱性，是毒性分子。B B链是凝集素，能链是凝集素，能结合到细胞膜表面并协助结合到细胞膜表面并协助A A链进入细胞。链进入细胞。 I I型型RIPRIP：IIII型型RIPRIP：RIPRIP是一类能是一类能抑制蛋白质生物合成抑制蛋白质生物合成的蛋白，广泛存在于高等植的蛋白，广泛存在于高等植物中，含量丰富。部分真菌中也含有此类物质。物中，含量丰富。部分真菌中也含有此类物质。常见的RIP商陆毒蛋白、蓖麻毒素商陆毒蛋白、蓖麻毒素相思子毒蛋白、苦瓜毒素相思子毒蛋白、苦瓜毒素商陆商陆蓖麻蓖麻相思子相思子RIP作用机理RIPRIP选择性选择性作用于作用
22、于60S60S核糖体大亚基，抑制肽链延伸核糖体大亚基，抑制肽链延伸。大多数植物和细菌中的大多数植物和细菌中的RIPRIP是通过它的是通过它的N N一糖苷酶一糖苷酶（N-N-g1ycosidaseg1ycosidase）活性活性来抑制蛋白质合成的功能。它特异地作来抑制蛋白质合成的功能。它特异地作用于用于2828rRNArRNA（核糖体大亚基上）的第（核糖体大亚基上）的第43244324位核苷酸的腺瞟位核苷酸的腺瞟呤与核糖之间的呤与核糖之间的N N一糖苷键，进行水解，除掉腺瞟呤，使核一糖苷键，进行水解，除掉腺瞟呤，使核糖体失活，不能合成蛋白质。糖体失活，不能合成蛋白质。真菌中的真菌中的RIPRIP
23、则通过其则通过其核酸酶（核酸酶（RNaseRNase）活性）活性起作用，起作用， RIPRIP专专一水解真核细胞核糖体一水解真核细胞核糖体2828rRNArRNA第第43254325和和43264326位核苷酸之间位核苷酸之间的磷酸二酯键。的磷酸二酯键。不同的不同的RIPRIP分别对于病毒、真菌和昆虫具有不同的抗性。分别对于病毒、真菌和昆虫具有不同的抗性。能使植物获得广谱抗性。能使植物获得广谱抗性。RIP的抗病毒活性RNA N-RNA N-糖苷酶活性糖苷酶活性（植物、细菌来源）（植物、细菌来源）水解水解rRNArRNA 特定位点的腺苷酸的特定位点的腺苷酸的N-CN-C糖苷键，释放一糖苷键，释放
24、一个腺嘌呤残基，致使核糖体无法与延伸因子个腺嘌呤残基，致使核糖体无法与延伸因子EF-EF-TuTu和和EF-GEF-G结合结合 RNARNA水解酶活性水解酶活性（真菌来源）（真菌来源）-帚曲霉素（水解位于帚曲霉素（水解位于28s 28s rRNArRNA上特定位点的磷上特定位点的磷酸二酯键，引起构象变化）酸二酯键，引起构象变化）7.1.1.3抗真菌和细菌基因a)a)几丁质酶基因几丁质酶基因b)b)-1,3-1,3-葡聚糖酶基因葡聚糖酶基因a)几丁质酶基因许多病原真菌的细胞壁主要成分为几丁质，而植物许多病原真菌的细胞壁主要成分为几丁质，而植物中还未发现几丁质酶的底物中还未发现几丁质酶的底物几丁质
25、的降解，不仅破坏细胞新物质的沉积，致使几丁质的降解，不仅破坏细胞新物质的沉积，致使病原菌死亡，而且产生的细胞壁碎片具有诱导作用，病原菌死亡，而且产生的细胞壁碎片具有诱导作用，刺激寄主植物的抗病反应刺激寄主植物的抗病反应几丁质酶：水解酶，通过破坏几丁质而抑制病原菌几丁质酶：水解酶，通过破坏几丁质而抑制病原菌的生长的生长b)-1,3-葡聚糖酶基因水解水解-1,3-1,3-葡聚糖的作用葡聚糖的作用-1,3-1,3-葡聚糖酶也是真菌细胞壁的主要碳水化合葡聚糖酶也是真菌细胞壁的主要碳水化合物物-1,3-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶具有协同的抗真菌作葡聚糖酶和几丁质酶具有协同的抗真菌作用，因此常将两种基因同
26、时转入植物中。用，因此常将两种基因同时转入植物中。7.1.2 抗非生物胁迫、改良作物品质的基因及其应用胁迫胁迫(stress)(stress)：指对植物生存及生长不利的各种环：指对植物生存及生长不利的各种环境因素的总和。境因素的总和。胁迫分为生物胁迫和非生物胁迫两大类。胁迫分为生物胁迫和非生物胁迫两大类。生物胁迫是指病害和杂草。生物胁迫是指病害和杂草。而非生物胁迫则指不利的理化因子，如温度（高温、而非生物胁迫则指不利的理化因子，如温度（高温、低温）、水（旱、涝）、辐射（红外、紫外、离子、低温）、水（旱、涝）、辐射（红外、紫外、离子、可见）、化学因素（盐类、气体、除草剂等）、风可见）、化学因素（
27、盐类、气体、除草剂等）、风雨雪电等。雨雪电等。 抗除草剂基因工程抗除草剂基因工程抗冻基因工程（抗冻蛋白、脯氨酸合成酶、甜菜碱抗冻基因工程（抗冻蛋白、脯氨酸合成酶、甜菜碱合成酶）合成酶）改良作物品质基因工程改良作物品质基因工程抗冻草坪草的基因工程作物品种质量1.1.控制果实成熟期的基因及其应用控制果实成熟期的基因及其应用2.2.谷物种子贮藏蛋白基因及其应用谷物种子贮藏蛋白基因及其应用3.3.改良脂肪酸组成的基因工程改良脂肪酸组成的基因工程7.1.3改变植物其它性状的基因及植物医药基因工程改变植物花色的基因工程改变植物花色的基因工程植物雄性不育基因工程植物雄性不育基因工程植物抗体基因工程植物抗体基
28、因工程7.1.4植物基因工程存在的问题转基因植物安全性评价 1.1.环境安全性环境安全性转基因植株的扩散转基因植株的扩散外源基因的扩散外源基因的扩散标记基因的扩散标记基因的扩散影响生物多样性影响生物多样性2.2.食品安全性食品安全性是否会促进害虫等相关物种的进化是否会促进害虫等相关物种的进化标记基因的毒性标记基因的毒性食用部分对食用者的过敏反应食用部分对食用者的过敏反应3.3.对国际贸易的不可预测的影响对国际贸易的不可预测的影响467.2生物农药7.2.1 生物农药的产生背景7.2.2 生物农药的研究概况7.2.3 生物农药的主要研究内容477.2.1 7.2.1 生物农药的产生背景生物农药的
29、产生背景我国现已成为我国现已成为世界第一化学农药生产和使用大国世界第一化学农药生产和使用大国，单位面积平均化学农药的用量比世界平均用量高单位面积平均化学农药的用量比世界平均用量高2.5-5.02.5-5.0倍；倍；每年遭受残留农药污染的作物面积达每年遭受残留农药污染的作物面积达1212亿亩亿亩，其中，其中污染严重的比率达污染严重的比率达40%40%，特别是蔬菜、水稻、果树，特别是蔬菜、水稻、果树和茶叶等作物；和茶叶等作物；每年仅因蔬菜农药残留超标导致的中毒事故就达每年仅因蔬菜农药残留超标导致的中毒事故就达1010万人次，每年因农药残留超标造成的外贸损失高达万人次，每年因农药残留超标造成的外贸损
30、失高达7070亿美元亿美元。48新的化学农药开发难度不断增大，研发成功一个新品种不仅新的化学农药开发难度不断增大，研发成功一个新品种不仅要花费巨资，至少需耗时要花费巨资，至少需耗时8-108-10年年，全球仅有少数大公司才有，全球仅有少数大公司才有能力进行化学农药创制。能力进行化学农药创制。我国经过多年努力，虽然取得了一定成绩，但未能从根本上我国经过多年努力，虽然取得了一定成绩，但未能从根本上改变我国化学农药以改变我国化学农药以仿制为主、缺乏自主知识产权仿制为主、缺乏自主知识产权的局面，的局面，化学农药创制能力难以与国外农药大企业形成竞争。化学农药创制能力难以与国外农药大企业形成竞争。49生物
31、农药生物农药由于化学杀虫剂的诸多缺点，人们始终在寻找控制由于化学杀虫剂的诸多缺点，人们始终在寻找控制害虫的更为安全有效的方法。生物农药就是人们的害虫的更为安全有效的方法。生物农药就是人们的选择之一。选择之一。不同学者、不同机构、组织对生物农药的内涵意见不同学者、不同机构、组织对生物农药的内涵意见不同。目前并没有统一的定义。不同。目前并没有统一的定义。目前世界上生物农药使用量最多的国家有墨西哥、美国和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，占世界总量的加拿大等国，占世界总量的4444。欧洲的生物农药使用量。欧洲的生物农药使用量占全世界的占全世界的2020，亚洲占，亚洲占 1
32、313，大洋洲占，大洋洲占 1111，拉美洲，拉美洲和加勒比湾占和加勒比湾占9 9，非洲占，非洲占3 3。来自天然源材料如动物、植物、微生物及某些矿物质等的来自天然源材料如动物、植物、微生物及某些矿物质等的低风低风险农药险农药。截止截止20082008年，在美国登记的生物农药有效成分达年，在美国登记的生物农药有效成分达245245个。个。- - 主要包括主要包括3 3大类：大类：美国美国EPAEPA关于生物农药的定义关于生物农药的定义（1 1）微生物农药微生物农药（microbial pesticidesmicrobial pesticides） （2 2）转基因植物农药转基因植物农药（Pla
33、nt-Incorporate- Plant-Incorporate- ProtectantsProtectants， 简称简称PIPsPIPs）（3 3）生物化学农药生物化学农药（Biochemical pesticidesBiochemical pesticides） 51中国农业百科全书中国农业百科全书农药类农药类中生物中生物农药农药(biogenic pesticides)(biogenic pesticides)是指的是利用生是指的是利用生物资源开发的农药。物资源开发的农药。其狭义概念指直接利用生物产生的其狭义概念指直接利用生物产生的天然活性天然活性物质物质或或生物活体生物活体作为农药
34、（作为农药（生物体农药生物体农药）, ,广广义概念还包括按天然物质的化学结构或类似义概念还包括按天然物质的化学结构或类似衍生结构人工合成的农药（衍生结构人工合成的农药（生物化学农药生物化学农药）。）。生物源农药：生物源农药：来源于生物、可用作农药（通过登记）来源于生物、可用作农药（通过登记）的生物活体（的生物活体（生物体农药生物体农药）和生物活性物质（）和生物活性物质（生生物化学农药物化学农药）以及人工合成的与天然产物结构完）以及人工合成的与天然产物结构完全相同的化合物（全相同的化合物（仿生农药仿生农药）。）。 生物农药：生物农药：直接利用生物活体（微生物、动物、直接利用生物活体（微生物、动物
35、、 植物）作为农药。如微生物农药、昆虫天敌、植物）作为农药。如微生物农药、昆虫天敌、 转转BtBt基因的棉花等。基因的棉花等。 我国学术界讨论式的定义我国农药管理部门对生物农药的定义我国农药管理部门对生物农药的定义我国在我国在农药登记资料规定农药登记资料规定没有制定明确的生物没有制定明确的生物农药定义标准，主要参考农药定义标准，主要参考FAOFAO、美国等国际组织或、美国等国际组织或国家的相关标准，通常将国家的相关标准，通常将微生物农药微生物农药（microbial microbial pesticidespesticides）、）、生物化学农药生物化学农药（Biochemical Bioch
36、emical pesticidespesticides）、）、植物源农药植物源农药（Botanical Botanical pesticide)pesticide)、天敌生物、转基因生物天敌生物、转基因生物统称作为统称作为生物生物农药。农药。53（截止（截止20092009年年1212月的统计结果，包括单剂和混配药剂）月的统计结果，包括单剂和混配药剂）7.2.27.2.2生物农药的研究概况序号序号类别类别有效成有效成分种类分种类产品总数产品总数大宗产品有效成分大宗产品有效成分0101微生物农药微生物农药2424281281BtBt、枯草芽孢、蜡质芽孢、枯草芽孢、蜡质芽孢0202植物源农药植物源
37、农药2727187187苦参碱、除虫菊、印楝、苦参碱、除虫菊、印楝、0303生物化学农药生物化学农药1111202202乙烯利、赤霉酸乙烯利、赤霉酸0404抗生素抗生素171718321832阿维菌素、井冈霉素阿维菌素、井冈霉素0505转基因生物转基因生物0 00 00 00606天敌生物天敌生物1 11 1松质松质- -赤眼蜂赤眼蜂合计合计808025032503我国生物农药登记注册情况我国生物农药登记注册情况1.1.国外有的品种我国基本都能生产；国外有的品种我国基本都能生产； 2.2.已形成已形成4 4个拳头产品：个拳头产品：井岗霉素、阿维菌素、井岗霉素、阿维菌素、BtBt、赤霉素赤霉素等
38、，生产规模在世界上处于领先地位；等，生产规模在世界上处于领先地位；3.3.还形成一批重要品种，如还形成一批重要品种，如农用链霉素、农抗农用链霉素、农抗120120、苦参碱、多抗霉素、中生菌素苦参碱、多抗霉素、中生菌素等。等。 目前我国生物农药的生产特点：目前我国生物农药的生产特点：20082008年，我国生物农药产量达到年，我国生物农药产量达到22.5922.59万吨，同比万吨，同比增长增长11.5%11.5%，较，较20042004年翻了近一番。年翻了近一番。时间时间产量（万吨）产量（万吨）同比增长同比增长% %20082008年年22.5922.5911.5%11.5%20072007年年
39、20.2620.2622.8%22.8%20062006年年16.5016.5015.9%15.9%20052005年年14.2314.2312.7%12.7%20042004年年12.6312.639.1%9.1%生物农药产量生物农药产量 2004-20082004-2008年我国生物农药产量及增长情况年我国生物农药产量及增长情况577.2.3 生物农药的主要研究内容农用抗生素农用抗生素动物源农药动物源农药植物源农药植物源农药微生物源农药微生物源农药生物化学农药生物化学农药转基因植物转基因植物天敌生物天敌生物58a a）农用抗生素）农用抗生素品种很多品种很多, ,产业化程度最高产业化程度最高
40、, ,是一类用途最广泛的生是一类用途最广泛的生物农药物农药, ,可用于防治植物病虫草害和畜禽病虫害。可用于防治植物病虫草害和畜禽病虫害。目前应用于防治植物病害的抗生素，主要来源于目前应用于防治植物病害的抗生素，主要来源于放放线菌中的链霉菌属线菌中的链霉菌属。农用抗生素的优点：生物活性半寿期短，不易在植农用抗生素的优点：生物活性半寿期短，不易在植物体内积累。用量很少，对环境没有污染。在防治物体内积累。用量很少，对环境没有污染。在防治植物病害的同时，还能刺激植物生长。植物病害的同时，还能刺激植物生长。b)动物源农药目前，关于动物源农药的研究还比较有限，虽然对目前，关于动物源农药的研究还比较有限，虽
41、然对蛇蛇毒、蜂毒、蚁毒、沙蚕毒素、斑蝥毒素毒、蜂毒、蚁毒、沙蚕毒素、斑蝥毒素等动物毒素等动物毒素也已作了较为深入的研究，但基本上没有投入市场也已作了较为深入的研究，但基本上没有投入市场的产品出现。的产品出现。以沙蚕毒素为前体，合成了一系列高效、低毒的优秀以沙蚕毒素为前体，合成了一系列高效、低毒的优秀农药产品，如农药产品，如杀螟丹杀螟丹（cartapcartap，巴丹）、，巴丹）、杀虫双杀虫双（bisultapbisultap）、）、杀虫环杀虫环（thiocyclamthiocyclam）等。）等。5960c c）植物源农药）植物源农药目前，已对约目前，已对约5-15%5-15%的已知植物进行了
42、生物活性调的已知植物进行了生物活性调查查. .据据19881988的报道，全世界约有的报道，全世界约有24002400种植物种植物具有控具有控制害虫的生物活性。制害虫的生物活性。植物杀虫有效成分主要是生物碱类、萜烯类、萘醌植物杀虫有效成分主要是生物碱类、萜烯类、萘醌类、黄酮类、甾类等类、黄酮类、甾类等, ,它们对昆虫具有毒杀、拒食、它们对昆虫具有毒杀、拒食、引诱、驱避、绝育、调节昆虫发育等作用。引诱、驱避、绝育、调节昆虫发育等作用。生物碱类生物碱类: :是植物中最毒的成分是植物中最毒的成分, ,对昆虫具有毒杀、对昆虫具有毒杀、拒食和抗生作用拒食和抗生作用, ,主要有烟碱、百部碱、藜芦碱、主要有
43、烟碱、百部碱、藜芦碱、苦参碱、喜树碱、次喜树碱、乌头碱等。苦参碱、喜树碱、次喜树碱、乌头碱等。杀虫活性的杀虫活性的 10001000多种多种，杀螨活性的杀螨活性的 3939种，杀线虫活性的种，杀线虫活性的 108108种，种，杀鼠活性的杀鼠活性的 109109种，杀软体动物的种，杀软体动物的 8 8种；种；对昆虫具有对昆虫具有拒食活性的拒食活性的 384384种，忌避活性的种，忌避活性的 279279种，种，引诱活性的引诱活性的 2828种，引起昆虫不育的种，引起昆虫不育的 4 4种，种，调节昆虫生长发育的调节昆虫生长发育的 3131种，抗真菌活性种，抗真菌活性 9494种，种，抗细菌活性抗细
44、菌活性 1111种，抗病毒活性的种，抗病毒活性的 1717种。种。 我国植物源农药登记注册情况我国植物源农药登记注册情况序序 号号 中中 文文 名名 称称产品总数（其中母产品总数（其中母药）药）企企 业业 数数用用 途途0101苦参碱（氧化苦参碱）苦参碱（氧化苦参碱）41413737杀虫杀虫/ /杀菌剂杀菌剂0202乙蒜素乙蒜素24242121杀菌剂杀菌剂0303印楝素印楝素19(5)19(5)1212杀虫剂杀虫剂0404鱼藤酮鱼藤酮17(3)17(3)1111杀虫剂杀虫剂0505除虫菊素除虫菊素12(3)12(3)7 7杀虫剂杀虫剂0606蛇床子素蛇床子素6(1)6(1)3 3杀虫杀菌杀虫杀
45、菌0707藜芦碱藜芦碱6 65 5杀虫剂杀虫剂0808烟碱烟碱4 44 4杀虫剂杀虫剂0909松脂酸铜松脂酸铜4 44 4杀菌剂杀菌剂1010儿茶素儿茶素2(1)2(1)1 1杀菌剂杀菌剂序序 号号中中 文文 名名 称称产品总数产品总数（其中母药）（其中母药）企业数企业数用用 途途1111混合脂肪酸混合脂肪酸3 32 2杀菌剂杀菌剂1212松脂酸钠松脂酸钠2 22 2杀虫剂杀虫剂1313核苷酸核苷酸2 22 2植物调节植物调节1414小檗碱小檗碱2 22 2杀菌剂杀菌剂1515百部碱百部碱1 11 1杀虫剂杀虫剂1616苦皮藤素苦皮藤素1 11 1杀虫剂杀虫剂1717腐植酸铜腐植酸铜2 22
46、2杀菌剂杀菌剂1818琥胶肥酸铜琥胶肥酸铜5 55 5杀菌剂杀菌剂1919樟脑樟脑2(1)2(1)2 2杀虫剂杀虫剂2020莪术醇莪术醇2(1)2(1)1 1杀鼠剂杀鼠剂2121雷公藤甲素雷公藤甲素1(1)1(1)1 1杀鼠剂杀鼠剂64d)微生物源农药我国已商品化的微生物农药主要是以微生物活体或我国已商品化的微生物农药主要是以微生物活体或其代谢产物制成。其代谢产物制成。至至20092009年我国已注册登记的各类年我国已注册登记的各类微生物农药有效成微生物农药有效成分分1717种，种，包括枯草芽孢杆菌、蜡质芽孢杆菌、荧光包括枯草芽孢杆菌、蜡质芽孢杆菌、荧光假单胞杆菌、木霉菌、淡紫拟青霉、球形芽孢
47、杆菌、假单胞杆菌、木霉菌、淡紫拟青霉、球形芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌及及1010种昆虫病毒种昆虫病毒，登记农药产品，登记农药产品246246个个。主要品种有：主要品种有： 细菌类细菌类农药：农药：B.t.杀虫剂杀虫剂、芽孢杆菌制剂等；、芽孢杆菌制剂等； 真菌类真菌类农药：白僵菌、木霉菌等；农药：白僵菌、木霉菌等； 病毒类病毒类农药：斜纹夜蛾核多角体病毒、棉铃农药：斜纹夜蛾核多角体病毒、棉铃 虫核多角体病毒等；虫核多角体病毒等； 农用抗生素农用抗生素：井冈霉素、浏阳霉素、多抗霉：井冈霉素、浏阳霉素、多抗霉 素、阿维菌素等；素、阿维菌素等；目前我国有目前我国有近近9090家科研院所、大
48、专院校开展微生物家科研院所、大专院校开展微生物农药的研究，大约有农药的研究，大约有200200家家微生物源农药生产企业。微生物源农药生产企业。66苏云金芽胞杆菌苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌( (B. B. thuringiensisthuringiensis, , BtBt) ) 是细菌是细菌杀虫剂中的代表杀虫剂中的代表, ,目前已鉴定目前已鉴定了了7070个血清型、个血清型、8282个亚种。个亚种。能感染能感染130130多种鳞翅目幼虫和多种鳞翅目幼虫和一些膜翅目、双翅目、直翅目一些膜翅目、双翅目、直翅目和鞘翅目的一些昆虫，如吉卜和鞘翅目的一些昆虫，如吉卜赛毒蛾、小菜蛾、松毛虫、枞赛毒蛾、小
49、菜蛾、松毛虫、枞色卷蛾等色卷蛾等 BtBt的主要产品剂型的主要产品剂型蔬菜蔬菜-水剂，撒粉剂水剂，撒粉剂水稻水稻-油剂，粉剂油剂，粉剂林木林木-油剂，粉剂油剂，粉剂卫生卫生-漂浮粒剂漂浮粒剂Bt Bt 的主要市场的主要市场 BtBt主要防治对象主要防治对象小菜蛾菜青虫棉铃虫玉米螟稻 螟松毛虫蚊子幼虫 70中国科学院武中国科学院武汉病毒研究所汉病毒研究所 http:/ ,全世界先后有全世界先后有5050多个产品登记注册。多个产品登记注册。我国自我国自20082008年年第一个杀虫真菌农药第一个杀虫真菌农药“杀蝗绿僵菌杀蝗绿僵菌”母药和油母药和油悬浮剂获得正式登记以来，目前已登记悬浮剂获得正式登记
50、以来，目前已登记1717个产品。其中：个产品。其中：已临时登记已临时登记9 9个产品，包括个产品，包括3 3个母药和个母药和5 5个制剂，用于个制剂，用于防治松毛虫、蛴螬、蝗虫、小菜蛾、天牛。防治松毛虫、蛴螬、蝗虫、小菜蛾、天牛。绿僵菌绿僵菌: :已正式登记已正式登记4 4个产品、临时登记个产品、临时登记4 4个产品，包括个产品，包括3 3个母个母药和药和5 5个制剂，用于防治蝗虫、蟑螂；个制剂，用于防治蝗虫、蟑螂；白僵菌白僵菌: :与国外相近，近年真菌农药登记品种增加迅速，但是能够与国外相近，近年真菌农药登记品种增加迅速，但是能够规模化生产的产品很少。我国绿僵菌防治蝗虫每年应用面规模化生产的
