微生物农药在植物病虫害防治中的应用

林 静，陈智明，张 峰

榕城海关，福建福州 350015

农业生产对维护人类粮食安全和社会稳定起到了重要的作用。然而，植物病虫害的不断蔓延对农作物产量和质量造成了严重威胁，限制了农业的可持续发展。传统的化学农药曾一度被广泛使用于控制病虫害，长期以来，其潜在的环境污染、食品残留及抗药性问题引发了人们对替代性防治方法的迫切需求。微生物农药作为一种生态友好的替代选择，因其对环境和人类健康的低风险性和高效的病虫害控制效果而受到广泛关注。

微生物农药在防治植物病虫害方面具有独特的优势。不同于化学农药，微生物农药的活性成分多为微生物（如细菌、真菌、病毒等），其生态友好性和生物特异性使其成为降低农业生态风险的潜在解决方案，在农业可持续发展中具有重要作用。

1 微生物农药的种类和作用机制

1.1 细菌类微生物农药

细菌类微生物农药作为一种重要的生物防治手段，在抑制害虫种群的发展上发挥着独特作用。以绿僵菌（Metarhizium）为例，其与害虫之间的交互作用展示了微生物农药的潜力。绿僵菌是一种广泛存在于自然界的真菌，能够寄生在多种害虫体内，从而实现对害虫的控制。

在与害虫的交互作用中，绿僵菌通过其孢子与害虫接触，这些孢子在适宜的环境条件下萌发，产生出短而弯曲的吸附结构，使其能够牢牢附着在害虫体表上。随着害虫的活动，孢子逐渐穿透其外壳进入害虫体内，开始迅速生长并侵入害虫的组织。其在生长过程中会产生一系列特殊的酶，这些酶不仅会分解害虫的体组织，还会破坏害虫的免疫系统。最终绿僵菌会通过释放新的孢子，从害虫体内迁移至外部环境，继续感染其他害虫，形成传播周期[1]。

1.2 真菌类微生物农药

真菌类微生物农药在防治害虫方面也具有显著效果，其中以白僵菌（Beauveria bassiana）为代表。白僵菌通过其特殊的生物学特性，成功入侵害虫的体内，实现对害虫的生物控制。它的孢子在接触害虫体表后会萌发，产生出一系列分生孢子，这些分生孢子能够通过害虫的外骨骼逐渐渗透，进入害虫体内。一旦进入害虫体内，分生孢子开始快速生长并分化成真菌体。在此过程中，真菌体会释放出一种特殊的酶，能够分解害虫的体内组织，为真菌提供养分。与此同时，真菌还会产生毒素，影响害虫的神经系统，导致害虫瘫痪和死亡。真菌体最终从害虫体内伸出，继续生长和繁殖形成新的孢子，这些孢子可以继续感染其他害虫，形成生命周期。

1.3 病毒类微生物农药

病毒类微生物农药利用病毒对害虫的感染，达到生物控制的目的。在防治过程中，这些病毒具有特殊的作用机制，有助于控制害虫种群的扩散。

这类微生物农药常利用害虫自身的生理特性，将病毒传播给害虫。一旦害虫受到病毒感染，病毒开始在害虫体内复制和繁殖。在此过程中，病毒大量增殖并破坏害虫的生理平衡，干扰害虫的正常生命活动。随着病毒的复制，害虫逐渐表现出病态状况，包括行动迟缓、食欲丧失等。最终病毒会导致害虫的免疫系统受到破坏，从而使害虫变得极为脆弱。病毒的进一步繁殖最终会导致害虫的死亡，从而有效地控制害虫种群的扩散。

2 微生物农药的优势和挑战

2.1 环境友好性与非靶标生物的安全性

生物农药作为一种生物性防治手段，与传统化学农药相比，具备明显的环境友好性。微生物农药多以天然微生物为活性成分，其使用不会引发长期的环境污染和生态破坏。相比之下，化学农药可能会在土壤中积累，影响土壤微生物的多样性，甚至进一步威胁生态系统的平衡[2]。微生物农药对非靶标生物的影响相对较小，因其对非靶标生物的生物特异性较高，从而降低了生态风险。

2.2 目标特异性及减少化学残留问题

微生物农药的优势之一在于其目标特异性。微生物农药作用的靶标通常是特定的害虫，而不会对其他有益生物产生显著影响。这种特性有助于保护生态系统中的生物多样性，减少对有益生物的损害。同时，微生物农药的应用能够显著减少化学残留问题。在食品安全方面，化学农药可能在农产品中残留，带来潜在的健康风险。而微生物农药由于其生物性质，通常不会在农产品上留下有害的化学残留物。

2.3 抗药性问题与策略

微生物农药面临着抗药性的挑战，长期使用同一种微生物农药可能会导致目标害虫对该农药产生抗药性，降低治理效果。为应对抗药性问题，科研人员和农业专家正在开展一系列研究，寻找策略减缓抗药性，包括轮作使用不同的微生物农药、结合化学农药和微生物农药的复合应用，以及基因编辑等创新方法。通过多种策略的组合，可以更好地管理抗药性问题，延长微生物农药的有效期。

2.4 生产、存储和应用上的技术难题

在生产、存储和应用过程中，微生物农药需要高度控制的生物发酵工艺，确保农药产品的纯度和活性。而微生物易受环境条件变化的影响，其存储和稳定性也是一个挑战。在应用方面，微生物农药的喷洒技术、剂量和施用时间的确定也需要进一步研究和改进。解决这些技术难题将有助于提高微生物农药的应用效果和稳定性[3]。

3 微生物农药在农作物上的应用

3.1 杀虫菌在棉花害虫防治中的应用

作为全球重要的农作物之一，棉花常受到各种害虫的侵害，其中以棉铃虫（Helicoverpa armigera）为主要威胁。棉铃虫在其幼虫阶段以棉花的花蕾和棉铃为食，导致严重的产量损失。传统的防治方法主要依赖化学农药，然而长期使用可能导致害虫抗药性、环境污染和食品残留问题。

将不同浓度的杀虫菌被施用于棉花田间试验，记录了施用前后的平均害虫密度（表1）。从数据可以看出，随着杀虫菌浓度的增加，害虫密度降低率逐渐增大，说明杀虫菌在不同浓度下对棉铃虫的控制效果逐渐显现。

表1 不同浓度的杀虫菌在棉花害虫防治中的应用

杀虫菌作为微生物农药的代表，在棉花害虫防治中展现了强大的潜力。以典型的杀虫菌——绿僵菌为例，它通过其孢子与棉铃虫接触，进而实现害虫的生物控制。绿僵菌的孢子在棉铃虫体表萌发，产生出附着结构，使其能够牢固附着在害虫体表上。随着害虫的活动，孢子逐渐穿透其外壳，进入害虫体内。孢子进入害虫体内后，绿僵菌开始迅速生长并侵入害虫的组织，释放出酶分解害虫的体内组织。这会导致害虫的生理平衡被打破，最终害虫会因为绿僵菌的繁殖而死亡。田间试验数据显示，杀虫菌在防治棉铃虫方面具有明显的效果，能够降低害虫的种群密度，提高棉花的产量。

3.2 真菌农药在番茄白粉病防治中的效果

番茄白粉病是番茄生产中常见的病害，其病原真菌易在潮湿环境下扩散，导致叶片上出现白色粉末状斑点，影响植物生长和果实质量。传统的防治方法主要依赖化学农药，然而由于化学农药的使用不仅对环境造成影响，还可能导致病害菌产生抗药性，影响了长期防治效果。

真菌类微生物农药在番茄白粉病防治中表现出了良好的效果。以白僵菌为例，它是一种寄生在害虫体内的真菌，能够侵入害虫的外骨骼并控制虫群。在番茄白粉病防治中，白僵菌通过孢子接触和进入害虫体内，感染并迅速繁殖。繁殖过程中，白僵菌分泌出酶，分解害虫的外骨骼和内部组织，导致害虫的生理平衡失调，最终害虫死亡。温室试验数据表明，使用白僵菌作为真菌农药可以显著减轻番茄白粉病的病害程度，提高番茄产量和质量。

3.3 病毒农药在蚜虫防治中的应用

蚜虫是许多农作物的主要害虫，其不仅会直接摄取植物汁液，还可能通过病毒传播对农作物造成严重危害。传统的蚜虫防治方法主要依赖化学农药，然而由于蚜虫繁殖快速且易产生抗药性，化学农药的效果逐渐受到影响。

而病毒类微生物农药为蚜虫防治提供了新的途径，这些微生物农药利用病毒感染害虫，控制蚜虫的种群密度。在防治过程中，病毒感染害虫后，会破坏害虫的生理平衡，影响其正常生长和繁殖。此外，病毒类微生物农药还可能通过影响害虫的食欲和行为，降低害虫对农作物的损害。田间应用实例显示，病毒农药成功地减少了蚜虫的种群数量，并降低了病害传播的风险，从而维护了农作物的健康生长[3]。

4 关于微生物农药的未来展望

4.1 基因编辑与微生物共生应用

未来微生物农药的发展将聚焦于创新研究方向，其中基因编辑和微生物共生应用将成为重要的探索领域。基因编辑技术如CRISPRCas9已经在许多领域取得突破，将被用于改造微生物农药。通过基因编辑，科研人员可以调整微生物农药的特性，如提高其抗逆性、适应性和杀虫能力，进一步提高其在防治病虫害中的效果。微生物共生应用也备受瞩目。将多种微生物组合应用于同一农田，通过它们之间的相互作用，取得更加综合的病虫害防治效果。例如：某些细菌可以促进植物生长，同时抑制病原微生物的生长，从而实现促进植物生长和防治的双重效果。

4.2 保护机制的改进，提升微生物农药效力和稳定性

尽管微生物农药在环境友好性和生物特异性方面具有优势，但其效力和稳定性仍是一个挑战。在未来，科研人员将致力于克服这些技术难题，如保护机制的改进，以进一步提高微生物农药的效果。微生物农药在外界环境中容易受到温度、湿度等因素的影响，从而影响其存活和生物活性[4-6]。因此，开发更加稳定的保护机制，如微胶囊化技术，可以提高微生物农药在不利环境下的存活率，延长其防治效果。

4.3 微生物农药与化学农药的协同应用策略

微生物农药与化学农药的协同应用策略也将成为未来的重要发展方向。微生物农药和化学农药各自具有不同的作用机制和特点，在害虫防治中具有互补性。将两者结合，既可以降低化学农药的使用量，减少环境风险，又可以克服微生物农药在特定情况下的限制，提高防治效果[7-9]。科研人员可以通过优化施用剂型、时间和剂量等因素，实现微生物农药与化学农药的最佳协同效果。

微生物农药的未来展望充满着创新和挑战。通过基因编辑、微生物共生应用等创新研究方向，微生物农药的效力和稳定性将得到提高。同时，克服技术难题，改进保护机制，以及微生物农药与化学农药的协同应用策略，将为农业生产提供更加可持续、环保的病虫害防治解决方案。

5 结论

微生物农药作为一种绿色、环保的植物病虫害防治手段，在农业可持续发展和食品安全保障方面具有巨大潜力。通过探讨微生物农药的种类、作用机制、优势和挑战，以及未来的创新方向和协同应用策略，充分展示了微生物农药在农业领域中的重要作用，强调了微生物农药在植物病虫害防治中的前景，并呼吁进一步深入研究与应用，以推动农业向更加可持续、生态友好的方向发展。

随着基因编辑和微生物共生应用等领域的不断创新，微生物农药的效力和稳定性将得到进一步提升。通过基因编辑技术，可以更精准地调控微生物农药的特性，使其适应不同环境和害虫的需求。微生物共生应用也为病虫害的防治提供了更加多样化的防治策略，通过不同微生物的协同作用，实现更广泛、更强效的病虫害防治效果。这些创新方向不仅为农业生产带来新的希望，还为科研人员和农业专家提供了广阔的研究和应用空间。然而，在追求微生物农药前景的同时，抗药性问题、技术难题和稳定性改进仍需要不断努力和创新，并寻求解决方案，以确保微生物农药能够持续有效地应对植物病虫害。

作为生物防治手段的代表，微生物农药已经在植物病虫害防治领域取得了显著的成就。随着科技的进步和创新的推动，微生物农药的前景更加广阔。科研界、农业界和政府部门应继续加大对微生物农药研究的支持力度，进一步推动其应用，为农业生产的绿色、可持续发展注入新的活力。