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    农药联合复配在农作物病虫害防治上的研究进展

    时间：2023-06-27 19:05:07来源：百花范文网本文已影响人

    徐重新，张江兆，胡晓丹，林曼曼，陈 蔚，张 霄，刘 媛，刘贤金

    (1.江苏省农业科学院农产品质量安全与营养研究所/省部共建国家重点实验室培育基地—江苏省食品质量安全重点实验室，江苏南京 210014；
    2.江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江 212013；

    3.南京农业大学植物保护学院，江苏南京 210095)

    农作物生产过程受到多种因素制约，而病虫害是公认的威胁农作物生产及农产品质量安全的最主要的风险因素。据世界粮农组织调查报告可知，由于农作物病虫害的发生，全球粮食每年减产10%～16%，其中我国每年因此造成的粮食损失就高达 4 000 万t[1]。对病虫害有效防治是确保农作物稳产乃至提质增产的头等大事，国际社会高度重视，我国已于2020年3月正式颁布《农作物病虫害防治条例》，明确将农作物病虫害防治提升到事关国家粮食安全和社会稳定的战略高度。

    农药是应对农作物病虫害的最主要手段，对助推农作物持续稳产乃至提质增产起到了极为关键的作用。然而长期对农药的依赖以及不规范使用甚至是滥用，在世界范围内均已导致病虫害抗药性加剧发生[2]，同时农药残留也给人类健康以及生态环境造成了极为不利的影响[3]。对农药的合理使用是农作物病虫害持续有效防治研究的重点，特别是探寻农药联合复配更是对现有农药创新利用和发展的必然趋势。通过不同农药联合复配既可以实现对靶标病虫害联防联控，达到提升防治效率乃至延缓其抗药性发生频率的目的[4]，也能实现减少药用量从而降低农药在农产品和生态环境中的残留和蓄积，达到提升农产品质量安全水平和减少生态环境污染的目的[5]。

    农药联合复配的形式多种多样，从传统化学合成类农药复配[6]到新型生物农药复配[7]再到生物与化学农药复配[8]，相关研究紧随农药创新的步伐，发展极为迅猛。张江兆等报道，腐霉利与咯菌腈按1 ∶1复配对黄瓜灰霉病菌丝的半最大效应浓度(EC50)达到 0.016 mg/L，增效系数为5.0[9]。Yang等报道，BtCry与BtVip复配的生物农药组合药剂对黏虫的毒力增效系数高达9.2[10]。而高小宽等报道三七提取物与戊唑醇复配的生物-化学农药组合药剂对梨黑斑病病原菌的毒力增效系数也达到了4.29[11]。这些研究均具备极大的潜在应用价值和生态环境效益。特别是在新型安全的生物农药联合复配的创新运用上，得益于日益成熟的分子生物技术，使蛋白类生物农药(如Bt抗虫蛋白[12]以及具备抗病虫害功能的凝集素[13]、蜘蛛毒素[14]、蝎毒素[15]等)基因串联融合表达[16]乃至构建联合增效的转基因抗病、抗虫作物[17]成为可能，相关研究蓬勃发展。

    本研究对近年来国内外有关农药复配在农作物病虫害防治上的最新研究进行系统梳理，并按化学-化学农药复配、生物-生物农药复配和生物-化学农药复配3种常规形式汇总归类，从中探寻农药复配经验规律及其应用前景、未来发展，特别是针对农药新的复配形式及实践应用中可能存在的问题进行探讨并提出相应对策，以期为推进农药创新应用提供全新的有价值的参考资料和潜在启发思路。

    化学农药是目前种类最多、使用最为广泛的农药类型，普遍具有瞬时药效快、可量产、成本低的特点，备受业界青睐。然而绝大多数化学农药对人类健康以及生态环境都存在或多或少的危害风险，我国最新修订版《食品安全国家标准食品中农药最大残留限量》(GB 2763—2021)所涵盖的564种农药在376种(类)食品中多达10 092项最大残留限量，其中化学农药占据着绝对的主角，是监管的重中之重。正因为如此，探寻不同化学农药联合复配从而对现有化学农药进一步创新应用，一直以来都是农作物病虫害高效防治研究的重点，也是目前乃至今后相当一段时间内最行之有效的捷径。近年来，国内外有关化学-化学农药联合复配在农作物病虫害防治上的研究很多，农药类型几乎都是当前使用较为频繁的高效低毒农药且均为二元复配形式，防治对象则涉及黄瓜灰霉病、番茄枯萎病、苹果落叶病、玉米大斑病、水稻纹枯病、花生网斑病以及沟金针虫、小地老虎、美洲大蠊和蛾类、蚜类、飞虱类、粉蚧类、螨类害虫等。按照对靶标病虫害的共毒系数(co-toxicity coefficient，简称CTC)高于120%[6]或增效系数(synergistic coefficient，简称SR)大于1.5[18]即认定复配农药具有联合增效作用的评判标准，张江兆等报道，腐霉利与咯菌腈按1 ∶1复配对黄瓜灰霉病病菌的增效系数为5.0[9]。金剑雪等报道，吡虫啉与异丙威按7 ∶400复配对白背飞虱的共毒系数达到638.1[19]。Narayanan等报道了高效氯氟氰菊酯与胡椒基丁醚复配对花生红灯蛾的防治效果[20]。Malathi等报道了5.25%双苯氟脲·2.5%茚虫威复配对棉铃虫、豆野螟和木豆黑潜蝇的防治效果[21]。Kumar等报道，5%氟虫腈·20%噻嗪酮复配对辣椒螨的防治等均展示出了显著的联防增效作用[22]。这些制剂型复配形式的研究成果有望进一步推广应用。化学-化学农药联合复配在农作物病虫害防治上的最新代表性研究实例见表1。

    表1 化学-化学农药联合复配在农作物病虫害防治上的最新代表性研究实例

    生物农药作为源于自然界的生物活体或生物代谢产物，相对于化学农药而言，其普遍对人类健康更安全、对生态环境更友好，是农作物病虫害绿色防治领域研究的主要探寻对象，在农业生产上扮演着越来越重要的角色。近年来，国内外涉及生物-生物农药联合复配在农作物病虫害防治上的研究非常活跃，农药类型涵盖具备生防功能的活体生物(如哈茨木霉、白僵菌、绿僵菌、苏云金芽孢杆菌、小卷蛾斯氏线虫)、动物毒素(如蜘蛛毒素、蝎毒素)、植物提取物或其代谢产物(如印楝素、苦参碱、除虫菊素、凝集素)、微生物代谢产物(如Bt抗虫蛋白、伊维菌素)、抗生素(农用抗生素归属尚无定论，本研究将其纳入生物农药)等，防治对象涉及花椒根腐病、葡萄灰霉病、茶树轮斑病以及黏虫、根虫、米象、蓟马、甲虫、棉铃虫和蛾类、蚜类、粉虱类、螟类、螨类害虫等。其中Ali等将球孢白僵菌培养物与桉树提取物复配对小麦蚜虫具有联防增效作用，最高致死率达到87%[35]。Wang等将Bt杀虫蛋白Cry9Aa和Vip3Aa按1 ∶1复配药剂对二化螟和玉米螟的毒力增效系数分别为10.6和4.5[36]。这些制剂型复配形式的研究均展示出了良好的应用价值。Din等将BtVip3Aa和大蒜凝集素抗虫蛋白基因串联复配构建转基因棉花对棉铃虫和粉虱均具有联防增效作用，致死率分别达到 100%和95%[37]。Javaid等将洋葱凝集素与蜘蛛神经毒素进行串联复配构建转基因烟草，对棉花粉蚧、桃蚜和烟粉虱都具有联防增效作用，致死率均达到100%[38]。这些有别于制剂型农药复配的创新研究充分利用了蛋白类生物农药的蛋白质属性，借助分子生物技术直接将不同抗虫蛋白在基因水平上进行串联，构建具有联防增效作用的转基因抗虫作物，将生物-生物农药联合复配推向了新的高度，相关最新代表性研究实例见表2。

    表2 生物-生物农药联合复配在农作物病虫害防治上的最新代表性研究实例

    化学农药高效但危害风险大，生物农药绿色安全但药效温和，探寻生物农药与化学农药复配是当前农作物病虫害防治过程中短期内既无法彻底摆脱化学农药依赖又无法全部依靠生物农药的情况下有望兼并二者农药优势的最佳选择，在实际应用过程中往往能达到出其不意的效果。目前，复配类型涵盖生防活体菌与化学农药复配、植物提取物与化学农药复配、农用抗生素与化学农药复配以及转基因抗虫作物与化学农药组配等形式，防治对象涉及农作物青枯病、灰霉病、黑斑病、赤星病、枝枯病、桃流胶病以及赤拟谷盗、蝗虫、蓟马、小地老虎、象鼻虫和粉虱类、蛾类、螨类害虫等。陈长卿等将芽孢杆菌NJ13与嘧菌环胺复配，对人参黑斑病的共毒系数高达 6 751.4[8]。高小宽等将三七提取物与戊唑醇按 2 ∶1 复配对梨黑斑病病原菌的毒力增效系数为4.29[11]。Jia等将绿僵菌与氯虫苯甲酰胺复配对蝗虫的共毒系数达到1 646[62]。Burtet等将Bt转基因玉米分别与溴虫腈、杀虫隆、灭多威、氟虫酰胺等化学农药配合使用，发现均能有效提高对草地贪夜蛾的防治效率，表现为较强的联防增效作用[63]。这些生物-化学农药复配的最新研究成果对相关农作物病虫害有效防治的同时，也对提升农产品质量安全水平具有极其重要的意义，相关最新代表性研究实例见表3。

    表3 生物-化学农药联合复配在农作物病虫害防治上的最新代表性研究实例

    农药联合复配创新及应用在农作物病虫害防治上的重要性几乎可与农药本身的创新研发相比肩；
    而复配形式上，在农药没有质的突破之前，短时间内很难跨越化学-化学农药复配、生物-生物农药复配和生物-化学农药复配这3种传统模式，它们在农作物病虫害防治和生态环境效益上各有所长，也都存在或多或少的局限性。

    化学-化学农药复配是建立在高效的化学农药基础上的更优化组配，是应对农作物病虫害的“速效剂”，但化学农药对人类健康以及生态环境造成的直接或间接安全风险严重束缚了其应用潜力，这与全世界越来越倡导农作物病虫害绿色防治的总基调渐行渐远。近年来生物源性的仿生化学合成农药[70-71]因兼具化学农药高效、可量产的特性和生物农药的安全性而日益受到关注，或许能在一定程度上避免传统化学农药及其复配药剂在应用过程中面临的困境，有望为化学农药及其复配的创新研发与应用开辟一条新的出路。

    生物-生物农药是农作物病虫害绿色防治发展的必然需求，特别是在复配中引入具备生防功能的生物活体[45]或将蛋白类生物农药基因直接导入生防活体[72]乃至相应农作物[59]中联合并用，在提升对病虫害瞬时防治效率的同时也能对病虫害发挥持久性联防联控的功效，这种策略为生物农药联合复配的创新应用拓宽了思路，正成为多学科交叉竞先探索的热点。

    生物-化学农药复配是当前农作物病虫害防治中既不可能完全依赖生物农药又无法彻底摆脱化学农药的状况下的最佳选择，兼具了化学农药的瞬时速效性和生物农药的持久性优势，甚至有些组合复配对靶标病虫害的毒力增效系数高达几十倍[73]或共毒系数高达上千数量级[8，62]，增效作用十分显著，应用潜力巨大。特别是整合了生物农药基因的抗病虫害农作物搭配化学农药对靶标病虫害的联防联控[63]，不仅可以对靶标害虫产生持久性防治效果，同时也能缓解对化学农药的依赖从而达到减药用量的目的，是目前世界范围内较为成功的病虫害防治新模式，值得推广示范。

    农药联合复配尽管具备极大的应用潜力和生态环境效益，但不容忽视的是近几年也有一些证据表明，其可能对生态系统的稳定和安全存在较大的风险隐患，特别是对环境中非靶标生物(如蜜蜂[74]、蚯蚓[75]、水生生物[76])可能会造成更为不利的影响，从这个角度来看，农药联合复配成了一柄双刃剑，因此需要综合评估才能慎重使用。但总的来说，农药联合复配在农作物病虫害防治上的应用对人类的生存和发展仍然是利大于弊。

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