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    建立新型真菌殺蟲劑創制體系助力農業綠色發展

    2025-07-22 10:57

    來源:中國網·中國發展門戶網

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    我國真菌殺蟲劑研究及產業發展現狀

    持續推進化學農藥減量,加速農業綠色轉型是國家戰略需求

    我國作為人口大國,糧食和食品安全是國家安全的重要基石。作為農業大國,我國農作物種類繁多,病蟲害發生頻繁。目前,化學農藥仍是防治農作物病蟲害的主要手段。然而,化學農藥濫用問題日益嚴峻。僅2019年,我國農藥使用量已占世界總量的45%,居世界首位,單位面積使用量是許多國家的4—6倍。長期大量、不合理的化學農藥使用不僅對生態環境、食品安全和人類健康構成嚴重威脅。同時,由化學農藥濫用引起的害蟲耐藥性問題也日趨嚴重。通常,一種新農藥在使用8—10年后便會面臨抗藥性問題,而研發一種新化學農藥往往超過10年。我國近20年來化學農藥的不合理使用,害蟲產生耐藥性的周期顯著縮短,導致在害蟲大規模爆發時,常面臨防效越來越差的尷尬局面。因此,推進化學農藥減量、開發綠色可持續的生物制劑,是保障我國食品安全、推動我國農業高質量發展、保障環境安全和人類健康的必由之路。

    我國已將化學農藥減量納入農業綠色轉型的重要戰略。2021年,《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》首次將農藥減量列入農業綠色轉型戰略。2022年農業農村部發布的《化學農藥減量化行動方案》明確提出,到2025年實現全國化學農藥使用強度下降5%。2024年中央一號文件再次強調“推進化肥農藥減量增效”與“綠色防控融合發展”;2025年中央一號文件進一步提出“深化農產品藥物殘留治理”。國家層面政策的持續發布和強調表明,化學農藥減量已成為我國農業現代化進程中兼顧生態安全與食品安全的戰略性路徑。

    生物制造是農藥發展新賽道

    真菌殺蟲劑生物活性強、環境友好和無殘留等特點使其優于傳統化學殺蟲劑。減少化學殺蟲劑使用,必須依靠更安全、環保的綠色農藥進行補充和替代,而真菌殺蟲劑正是理想之選。真菌殺蟲劑以殺蟲真菌(如綠僵菌、白僵菌等)孢子作為有效成分,是一類天然活體農藥,在保障糧食和食品安全中發揮著重要作用,在果蔬、茶葉和煙草等高附加值農作物上更具有不可替代的作用。在森林和草原等自然生態系統中使用真菌殺蟲劑對維護生物多樣性保護和生態文明建設更具特殊意義。與傳統化學殺蟲劑相比,真菌殺蟲劑不僅能有效抑制害蟲的繁殖和蔓延,從而降低農藥殘留風險,還能維護生態平衡并促進土壤微生物多樣性的繁榮,有助于提高作物自身的抗性和促進植物氮素利用,為保障糧食和食品安全提供了重要的新手段。

    在全球范圍內,以生物技術和信息技術等前沿學科驅動的病蟲害防治成為前沿研究熱點?;蚓庉?、基因組學、合成生物學、結構生物學、人工智能(AI)等新興技術的迅速發展,推動著新型生物技術的融合創新,成為新一輪科技革命和產業變革的重要引領技術和底層技術,并加速滲透至農藥創新領域,有力促進新型微生物農藥研發和應用進程。微生物農藥市場的持續擴展,不僅促使先正達、拜耳、巴斯夫等大型跨國企業加大研發投入,也吸引了眾多初創企業涉足該領域,使微生物農藥成為國際農藥研發競爭的新焦點和新賽道。這一發展趨勢預示著真菌殺蟲劑類的生物活體農藥將在未來農業可持續發展中發揮更加重要的作用。

    真菌殺蟲劑的開發與應用

    微生物農藥主要指由殺蟲細菌、殺蟲病毒和殺蟲真菌等活體微生物或其有效成分為基礎加工制備而成的生物農藥制劑。殺蟲細菌,主要是蘇云金芽孢桿菌,它的殺蟲蛋白可以通過轉基因技術在植物上成功表達,已經成為商業化轉基因植物的主要目標基因,直接使用蘇云金芽孢桿菌進行害蟲防治的應用日趨減少。病毒殺蟲劑,大規模生產應用的主要瓶頸是現代工廠化生產難度大、成本高,在應用中受環境影響較大。真菌殺蟲劑,目前占據全球微生物農藥市場份額的40%左右,是微生物農藥中最具產業化價值的品類之一。真菌殺蟲劑以其獨特的“接觸即感染”機制而著稱:昆蟲病原真菌的孢子一旦黏附在昆蟲體表,便開始萌發,利用體表降解酶和產生的機械壓力穿透昆蟲體壁,進入血腔。隨后,真菌通過釋放毒素、剝奪養分及抑制免疫系統等多途徑綜合作用,最終導致害蟲死亡。這種復雜的殺蟲機制,使得害蟲對真菌殺蟲劑產生抗性的難度大幅增加,因此真菌殺蟲劑被視為具有廣闊前景的化學殺蟲劑替代品(表1)。在目前已知的真菌殺蟲劑中,白僵菌屬(Beauveria)和綠僵菌屬(Metarhizium)的代表種類應用最為廣泛。尤其是以球孢白僵菌(B. bassiana)和金龜子綠僵菌(M. anisopliae)等菌株為基礎加工而成的產品,占據了約70%真菌殺蟲劑市場。

    球孢白僵菌和金龜子綠僵菌分別于17世紀由意大利和俄國科學家首次分離和鑒定。1888年,俄國科學家Krassilshchikov首次報道利用金龜子綠僵菌控制甜菜象甲(Bothynoderes punctiremtris)的成功案例。1965年,蘇聯批準了基于球孢白僵菌的生物殺蟲劑Boverin?的注冊,該產品廣泛應用于防治馬鈴薯甲蟲(Leptinotarsa decemlineata)和蘋果蠹蛾(Cydia pomonella)等害蟲。20世紀80年代,美國科學家實現了對球孢白僵菌的兩步發酵工藝,使真菌殺蟲劑的工業化生產成為可能。真菌殺蟲劑起效的時間相對于化學農藥來說較慢,因此基因工程和基因編輯技術被用來對微生物進行定向改造,從而開發出滿足特定實際需求的產品。在真菌殺蟲劑的研發中,科研人員通過引入外源基因來增強生防真菌的致病性和環境抗性,從而有效提升了生防菌劑的殺蟲效能及環境穩定性。然而,單純引入外源基因也可能引發公眾對改良菌株生態安全性的擔憂。為解決這一問題,美國科學家采用寄主專性菌作為底盤菌株,并在待引入的外源毒素基因前添加分子開關,使其僅在寄主體內被誘導表達,從而大幅提升了改良菌株的安全性和效力。截至2022年底,全球共有171種真菌殺蟲劑通過注冊審核,可應用于200多種農、林、草及衛生害蟲的防治。

    我國科學家從20世紀80年代起便開始探索球孢白僵菌在林業害蟲防治中的應用。1990年,中國農業科學院生物防治研究所通過國際合作項目引入金龜子綠僵菌,發現其對飛蝗(Locusta migratoria)具有防治效果。此外,該研究團隊還從國內菌株中篩選出對飛蝗和草原蝗蟲具有高毒力的菌株。截至2024年底,我國已登記的以球孢白僵菌和金龜子綠僵菌為主要活性成分的農藥品種數量達46個,涵蓋了針對蝗蟲、小菜蛾(Plutella xylostella)、草地貪夜蛾(Spodoptera frugiperda)、美國白蛾(Hyphantria cunea)、松毛蟲(Dendrolimus spp.)和玉米螟(Ostrinia nubilalis)等多種重要農林害蟲防治。部分產品具備廣泛的適用性。例如,金龜子綠僵菌菌株CQMa421可以對包括鱗翅目、鞘翅目、直翅目、雙翅目、膜翅目、半翅目和纓翅目在內的30種農業害蟲進行有效侵染和控制。

    中國科學院相關研究團隊在真菌殺蟲劑理論和應用技術研究方面也取得了一系列重要突破。中國科學院動物研究所康樂團隊深入解析金龜子綠僵菌與寄主互作機制,發現害蟲不同生態型對殺蟲真菌抗性差異的分子機理。團隊通過改造細胞壁的結構,增強寄主專性菌免疫逃逸能力,起到了“糖衣炮彈”的效果。通過敲除單胺氧化酶基因來調整金龜子綠僵菌代謝途徑,促進有毒中間代謝產物的積累,從而在不引入外源基因的情況下有效提高了菌株的殺蟲效力。隨后,該團隊進一步提出了利用微生物間互作來提高殺蟲效力的生防理念,通過改變真菌與寄主共生菌的互作關系,促進寄主優勢共生菌轉變為機會致病菌。這種“借刀殺蟲”的方式既保障了生態安全性,又顯著提升了生防效力。同時,在金龜子綠僵菌中發現新毒素,該毒素的發現為開發特異性靶標真菌制劑提供了重要的基因和蛋白原件。這些創新性的成果集中體現在具有自主知識產權的菌株和新毒素的發現、特定發酵工藝及新劑型,其中一些已經獲得國際和國內發明專利的保護。中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究團隊率先完成了數十種殺蟲真菌基因組測序,闡明了殺蟲真菌由寄主專性向廣譜型演化的軌跡及寄主識別機理。解析了殺蟲真菌關鍵次生代謝物,如破壞素(Destruxins)、卵孢霉素(Oosporein)的合成機理與活性機制。揭示了殺蟲真菌毒力因子介導的真菌突破寄主免疫防御的多重互作關系。進一步闡明了“殺蟲真菌—寄主—共生微生物”之間的多重互作機制,并對關鍵分子靶點進行深入挖掘。上述研究為真菌殺蟲劑高效應用提供了可操作的靶標及理論支撐。這些新型生防理念的提出不僅提高了產品的效能,也為其生態安全性提供了創新解決方案,為優質真菌殺蟲劑提供新思路(表2)。通過多學科交叉融合和技術持續突破,真菌殺蟲劑將在未來的農業病蟲害防治中發揮更加重要的作用。

    我國真菌殺蟲劑產業面臨的問題

    盡管近年來我國在生防微生物和殺蟲真菌研究領域取得了顯著進展,但仍面臨一些挑戰和問題,這在一定程度上限制了真菌殺蟲劑的產業化進程和市場應用(表3)。優質菌株是真菌殺蟲劑研發和生產的核心。然而,在研發中存在關鍵互作靶點不清晰、優質生防菌株匱乏、規?;l酵精準控制工藝落后等不足,導致我國缺乏自主知識產權的菌種和相關工藝,相關產品質量參差不齊、產能受限、貨架期較短。

    我國農業微生物資源雖具備一定的基礎,但在菌種儲備方面仍與發達國家存在較大差距。中國農業微生物菌種保藏管理中心(ACCC)作為國內最大的農業微生物菌種資源保藏庫,中心庫藏資源總量達17 441株,備份逾38萬余份,涵蓋497屬、1 774個種,占國內主要農業優勢微生物資源總量的35%左右。相比之下,美國農業部微生物菌種收藏中心(NRRL)收錄細菌和真菌約93 000株,涵蓋更廣泛的微生物多樣性。

    自主知識產權的菌種儲備不足還體現在菌劑產品種類和應用上。在產品種類方面,我國已登記微生物農藥活性成分僅45個,涉及39個微生物種或亞種。而美國微生物農藥活性成分達到127個,涉及70種微生物。在這些活性成分中,以生防真菌差距最大,美國用于微生物農藥開發的生防真菌涉及45個種或亞種,而我國僅12種。此外,歐美發達國家開發的真菌殺蟲劑產品應用過程中高度重視寄主靶向性和生態安全性,以降低對非靶標生物的影響。我國由于關鍵菌株資源短缺,目前尚無寄主專性真菌殺蟲劑產品獲批登記。此外,在真菌殺蟲劑的優質菌株改良方面缺乏重大技術突破,生產中仍然使用野生型菌種,導致真菌殺蟲劑產品效能難以實現實質性提升。在應用方面,由于相關政策實施和落地缺乏落實,農民使用積極性不高,科研成果產業化和市場化程度低,生產企業規模小且生產工藝落后,產品技術含量低且質量不穩定等。這些問題的根源主要體現在政策支持和食品安全監管體系、技術研發、生產制造等方面,以及對于使用生物殺蟲劑缺乏政策鼓勵和支持辦法。

           技術研發與創新能力不足?;A研究薄弱。相較于化學殺蟲劑,真菌殺蟲劑基礎研究相對落后,特別是在殺蟲真菌核心毒力因子鑒定和篩選、互作靶點挖掘及作用機制解析等方面,科研投入不足,技術積累有限,制約了高效菌株的挖掘和應用。生產效率低下。真菌殺蟲劑的生產過程較為復雜,涵蓋菌種培養、發酵、干燥和分離等多個步驟,工藝要求高且生產成本較大。同時,規?;a技術尚不成熟,導致產品質量不穩定,影響市場競爭力。劑型開發滯后。目前,真菌殺蟲劑主要以粉劑、顆粒劑和油劑為主,而微膠囊、緩釋劑等新型環保劑型的研發進展緩慢,限制了產品的應用場景及田間持效性,影響了防治效果的穩定性與推廣潛力。

    生產條件與質量控制不足。生產條件有限。規?;a真菌殺蟲劑需要依賴高標準的生產設施和嚴格的無菌操作環境。然而,國內許多企業在基礎設施建設投入不足,生產設施和質量控制體系尚不完善。產品質量參差。企業間技術水平、工藝管理和標準執行力度不一,產品質量參差不齊,導致市場信任度不高,影響了市場信任度和行業整體發展。

    政策支持與監管體系不完善。政策支持不足。盡管國家對生物農藥給予了一定的政策扶持,但與化學農藥相比,政策支持力度和資金投入仍顯不足,缺乏針對性的激勵措施。另外,食品安全相關法律、農產品和食品安全檢測等政策都需要實施落地,否則市場無法制約生產者化學農藥濫用的行為。標準體系不完善。我國真菌殺蟲劑乃至整個生物農藥的生產、檢測和使用標準體系尚不完善,缺乏統一的標準和規范,導致產品質量難以有效監管。此外,我國真菌殺蟲劑產品缺少菌株編號信息,容易讓市場管理人員、行業從業者及使用人員混淆產品,誤認為同一菌種,出現低價競爭,導致市場混亂。更為嚴重的是,部分企業在獲得農藥登記證后,隨意更換菌株,給微生物農藥登記、管理和使用造成潛在風險,帶來潛在的生態安全風險(表4)。

    知識產權與產業鏈協同。盡管通過多年的努力,我國在真菌殺蟲劑的研究與技術開發方面取得了明顯的突破,但是仍然存在一定的差距。 知識產權保護不足。行業內知識產權保護相對薄弱,技術泄露和侵權現象時有發生,削弱了企業的核心競爭力,影響了研發投入的積極性,不利于行業的創新與可持續發展。產業鏈協同較差。產業鏈上下游協同不足,從基礎研究到產業化應用的轉化效率較低,科研成果難以快速落地。高校與科研機構的創新成果往往停留在實驗室階段,而企業因缺乏技術支撐,難以推動高效產品的市場化應用,制約了行業整體發展。

    真菌殺蟲劑的發展趨勢

    菌株的高效改良、開發與應用

    新毒素及其作用靶標挖掘

    真菌殺蟲劑發揮生防作用的核心是殺蟲真菌與寄主害蟲的互作,包括免疫逃逸、免疫抑制、毒素釋放和養分剝奪等。只有充分理解殺蟲真菌致病機制及與寄主的互作機理,才能有針對性地提高真菌殺蟲劑的效能。球孢白僵菌合成白僵菌素(Beauvericin)、卵胞霉素,以及金龜子綠僵菌合成的環肽類破壞素等均能夠抑制昆蟲抗菌肽基因的表達等,從而提高真菌的殺蟲毒力。然而,還有大量小分子化合物、多肽類和分泌蛋白等潛在毒力因子或毒素功能和調控機理有待解析。同時,這些毒力因子或毒素的作用靶標仍不清楚。

    原創性靶標的挖掘是推動殺蟲真菌菌株高效改良與創新開發的關鍵。結合功能基因組學、蛋白組學、代謝組學、生物信息學、大數據分析等前沿技術,可系統解析生防菌、病蟲害與作物之間的多重互作關系,構建基因調控網絡。借助比較基因組學、進化生物學及多組學聯合分析,可建立殺蟲真菌的毒力因子和效應因子數據庫,深入挖掘新毒素,識別潛在靶標并揭示其分子機制,同時解析候選靶標的結構與功能?;谠瓌撔园袠说耐诰?,可進一步構建涵蓋靶標篩選、驗證、菌株改良到最終應用的真菌殺蟲劑創新技術體系,實現從基礎研究到產業應用的全鏈條布局。

    靶向性菌株研制

    靶向農藥作為農藥創新的前沿熱點,以其精準高效、生態安全、環境友好等特點,正成為微生物農藥未來發展的主要方向之一。圍繞特定蟲害或作物需求,規避對有益生物造成傷害的同時實現對害蟲的精準防控。以寄主專一的殺蟲真菌(如?;偷臍⒒染G僵菌M. acridum和萊氏綠僵菌M. rileyi等)為底盤開發高效靶向性菌株?;诙舅睾徒Y合受體的差異,開發針對不同害蟲的高效菌株。依托殺蟲真菌與寄主互作基因的深入解析,靶向寄主免疫、代謝、營養競爭過程中的關鍵基因。通過科學合理設計干擾RNA,并利用殺蟲真菌為載體,進行工程菌合成、遞送干擾RNA,實現對靶標害蟲的精準控制。此外,開發殺蟲真菌與信息素聯合使用技術,增強對靶標害蟲的控制效果。

    菌劑配方優化

    菌劑與助劑的核心在于提升殺蟲真菌的存活率和環境適應能力,從而增強對蟲害的防治效果。借助AI輔助設計最優改良路徑,可建立菌株性能預測模型,提高育種效率及抗逆性能。結合微膠囊化或緩釋制劑技術,可確保菌株在田間的定殖效率與穩定性,提高防治效果,確保其在農業生產中具有廣泛的適用性和較長的有效期。

    生防菌綜合效能挖掘

    多重功能實現

    子囊菌類的昆蟲病原真菌多是從植物病原或共生真菌演化而來,因此應充分發揮殺蟲真菌在農田生態系統中的作用。隨著對金龜子綠僵菌和球孢白僵菌等殺蟲真菌生態適應和互作機理的深度挖掘,越來越多的菌株不僅具備防控病蟲害的能力,還展現出促進作物生長、增強抗逆性和修復土壤等多重功能。這種多功能協同效應正成為真菌殺蟲劑廣泛應用的核心優勢之一。當前,真菌殺蟲劑正從單一防控向多功能協同轉變發展。為系統挖掘殺蟲真菌在促進作物生長和改良土壤等方面的潛力,可利用多組學技術分析菌株產生的活性代謝物譜系,建立功能—結構關系數據庫。

    此外,應重點研究殺蟲真菌與植物的互作機制,包括根際微生態調控、植物激素調控和免疫應答過程。結合高通量和高精準的群落互作分析與信號通路解析,利用微生物組原位基因編輯等前沿技術,設計、改造并合成高性能菌株,以實現更優的病蟲害綜合防治效果。進一步探索多菌種協同增效機制,依托不同菌種的功能互補性,解析不同菌種間的兼容機制,優化菌種組合比例,最大化提升生防效能。

    聯合技術應用

    一種作物在一定時間內往往受到多種病蟲害的危害。單一菌種的生防效果具有局限性,開發多菌種菌株的聯合使用,瞄準1—2個目標病蟲害是重要的研究方向之一。在聯合技術應用方面,通過研究殺蟲真菌與土壤微生物群落的互作機理,可揭示不同微生物間的優勢互補效應,從而提升生態系統的整體穩定性與健康水平。此外,真菌殺蟲劑與化學農藥、物理防治方法的配合應用,也是提高防治效果的重要策略。通過精準配比、合理施用時機及科學管理,最大化各類防治手段的協同增效優勢,同時降低單一防治方法可能帶來的副作用及抗藥性風險。在產品研發方面,應聚焦不同作物或區域特異性的功能需求,采用復合制劑、種子處理、高效灌根等差異化應用方式,以全面提升真菌殺蟲劑的綜合效能。通過聯合技術的創新應用,可進一步拓寬真菌殺蟲劑的適用范圍,滿足現代農業多元化與可持續發展的需求。

    生產過程的自動化和智能化

    生產工藝的智能優化

    真菌殺蟲劑生產工藝的智能優化是推動產業化發展的核心技術引擎,其關鍵在于通過AI、物聯網和大數據分析,實現工藝參數的精準調控與動態優化。例如,基于AI模型可實時解析發酵過程中菌體的代謝狀態,并自主調整溫度、濕度和通氣量等關鍵參數,從而顯著提升產孢效率。同時,結合CRISPR等基因編輯技術和高通量篩選平臺,可快速定向改良菌株性能,縮短研發周期和降低生產成本。此外,數字孿生技術的引入,使得生產全流程可在虛擬環境中精準模擬,提前預判工藝瓶頸并優化資源配置,大幅提升生產穩定性和批次一致性,為大規模產業化奠定技術基礎。

    自動化生產線的應用

    真菌殺蟲劑自動化生產線的應用正加速產業化進程,通過全流程智能化與模塊化設計,實現高效、低耗、無人化生產。例如,集成連續發酵系統、在線檢測設備和機器人分裝單元的自動化生產線,可無縫銜接菌種擴培、發酵控制、孢子分離提取及制劑加工等環節,減少人為誤差并提升產能。自動導引車與智能倉儲系統結合,實現物料精準調度與庫存動態管理,優化供應鏈效率并降低運營成本。此外,生產線可通過物聯網與農業大數據平臺聯動,根據田間病蟲害監測數據實時調整生產計劃,滿足定制化需求。未來,隨著模塊化生物反應器和標準化工藝包的普及,能夠進一步推動生物菌劑從實驗室走向農田,助力綠色農業發展。

    對策建議

    健全法規標準體系,深入貫徹《中華人民共和國食品安全法》《中華人民共和國農產品質量安全法》,切實保障人民群眾“舌尖上的安全”。建立新型真菌殺蟲劑創制體系,突破“基礎研究—技術開發—生產應用”鏈條中的瓶頸。推動我國真菌殺蟲劑產業化升級、加速綠色農業轉型的核心引擎、打破化學農藥減量替代的技術和市場壁壘、保障糧食和食品安全的戰略性路徑。

    完善法規標準落地實施,構建綠色防控體系

    貫徹落實《中華人民共和國食品安全法》,建立“賞罰分明”的農藥使用監管機制,切實保障農產品質量安全和生態環境安全。加快修訂《限制使用農藥名錄》,進一步明確蔬菜、水果、茶葉、中藥材、煙草等食用農產品全面禁用高毒高風險化學農藥。落實食品安全“四個最嚴”要求,嚴格限制化學農藥在蔬菜、水果、茶葉等直接食用農產品的使用,并建立剛性約束與正向激勵并重的管理體系。

    建議:將生物殺蟲劑等綠色防控技術應用納入地方政府食品安全考核指標,建立跨部門協調機制。建議在國家級自然保護區和重要生態功能區(草原和森林等)全面推行生物防控替代工程,中央財政設立專項補貼,并創建生物防控技術集成示范區。修訂《農藥管理條例實施細則》,增設生物農藥應用專章,建立生物農藥優先評審制度,縮短真菌殺蟲劑等生物農藥的登記周期。

    重視生防微生物種質資源挖掘,制定統一管理標準和命名規則

    生防微生物資源的收集、保藏、高效篩選和應用是真菌殺蟲劑乃至整個微生物農藥產業競爭的核心基礎,同時也是支撐基礎研究和技術創新的關鍵要素。2009年,中國科學院啟動的“應用微生物研究網絡項目”(RNAM),構建了涵蓋6.4萬株微生物菌種資源、25個環境元基因組文庫,以及80余個基因組文庫的資源庫,極大推進了我國微生物研究領域的發展。此外,我國也相繼建立了中國普通微生物菌種保藏管理中心(CGMCC)、中國農業微生物菌種保藏管理中心和中國典型培養物保藏中心(CCTCC)等多個菌種庫。然而,目前我國尚未建立針對生防微生物的專門菌種資源庫,導致生防微生物資源未能得到系統整合和高效利用。此外,由于菌種資源缺乏統一管理標準,微生物農藥登記過程中菌株命名混亂、重復開發等問題較為突出,增加了行業監管難度。

    建議:建立標準化生防微生物菌種資源庫,制定統一管理標準和命名規則,提高菌種鑒定的準確性,并實施定期評估和更新制度。標準化的生防微生物菌種資源庫,不僅將為研究人員提供寶貴的研究材料,也將為新型生防產品的開發提供科學依據,進一步推動我國生物防治技術的高質量發展。

    加快相關科技攻關項目的布局

    目前,為實現化學農藥減量,保障食品安全,歐美等發達國家政府均加快了微生物農藥創制相關的科研和政策布局。為響應《食品質量保護法案》,美國農業部在2000年前后提出“國家生物農藥計劃”,加速微生物農藥的研發,簡化微生物農藥登記流程,縮短上市周期。為響應“歐洲綠色協議”,歐洲計劃2030年化學農藥使用量減半,微生物農藥是核心替代方案。在此背景下,建立真菌殺蟲劑等微生物農藥的創制體系符合我國農業綠色轉型的戰略需求。

    建議:以國家戰略為導向,設立跨學科協同創新平臺和專項研發基金。通過定向支持,構建“基礎理論—工藝優化—產品創制—應用評價”全鏈條攻關體系,系統性突破真菌殺蟲劑產業化“卡脖子”難題,縮短研發周期,降低生產成本,為農業綠色轉型提供可落地的技術儲備和產業支撐。

    重視真菌與寄主互作組的研究和解析

    殺蟲真菌營養類型、代謝模式的轉變與其生防效能密切相關。這些營養方式的轉變不僅體現在細胞形態、代謝類型和生長周期等宏觀層面的變化,更涉及系統性的基因表達和互作模式的改變。因此,深入解析殺蟲真菌不同環境和狀態下基因時空表達和互作網絡,識別關鍵互作節點,對于核心靶點篩選、細胞底盤效能提升、菌株專性改造等具有重要意義。

    建議:著重對殺蟲真菌—寄主—環境相互作用關系中的核心效應分子和信號分子等物質流和信息流進行深入分析。同時,建立國家級研發平臺,整合各類生物信息學資源,加速基因調控網絡的研究進程。建立標準化的生防微生物基因調控網絡數據庫,存儲和管理已解析的基因調控信息。鼓勵科研機構和企業開放式共建數據共享平臺,加強數據共享。

    加強靶向性真菌殺蟲劑開發和創制力度

    靶向性和選擇性農藥的開發是新型農藥的發展趨勢。真菌殺蟲劑的研發同樣應注重靶向性和防治對象的選擇性,減少對非目標生物和環境的影響,維護生態系統多樣性,保證食品安全。

    建議:加強靶向性殺蟲菌株和毒素的開發力度。靶向性開發需緊密圍繞特定蟲害或作物需求,強調高效、準確的防控效果。篩選寄主專性菌株。充分利用新興生物技術和AI等前沿手段,精準篩選寄主專性菌株和寄主選擇性毒力因子。新型活性物質遞送載體和活性分子。探索基于生物來源的胞外囊泡作為活性物質遞送載體、開發針對特定害蟲的新型活性分子。在應用評價環節,建立基于組學技術和AI的快速篩選平臺,實現產品功效的精準評估與優化。這些新型技術的綜合應用將顯著提升真菌殺蟲劑的靶向性和應用效果。靶向真菌殺蟲劑的推廣應用將在提高農藥使用效率、減少環境污染、保護生物多樣性、延緩抗性發展、促進綠色農業、適應法規需求、提升農業形象及推動科學技術進步等方面發揮重要作用,未來必將在綠色農業生產體系中占據核心地位。

    創建針對性的農藥綜合效能評價體系

    農藥的綜合效能評價體系是衡量其應用價值的重要工具,為產品開發和市場推廣提供科學依據。真菌殺蟲劑綜合效能評價體系應涵蓋生防效能、環境友好性、安全性、成本效益和市場接受度等多維度的評價指標體系。生防效能是核心指標,但在評價過程中,同樣需要兼顧生態影響、使用安全性以及經濟可行性,以確保產品的整體競爭力。

    建議:制定標準化的評價方法和試驗流程,確保評價結果的準確性和可比性。通過標準化的方法,可以在不同地區和不同條件下獲得一致的評價結果。建立用戶反饋機制,定期收集農戶和企業在實際應用中的體驗反饋數據。通過持續的數據積累和分析,可以及時了解產品的實際應用效果,發現潛在問題,進行改進和優化,為產品的迭代升級提供精準方向。

    加強產學研結合,推動科研成果轉化

    產學研結合是推動科研成果快速轉化為實際應用的重要途徑。

    建議:建立合作平臺,政府和企業可以共同出資建立綠色農藥研發合作平臺,推動高校、科研院所和企業的緊密合作,實現資源整合與優勢互補,成立“真菌殺蟲劑聯合實驗室”,集中攻關共性技術難題。通過定期的技術交流和項目合作,共享資源,提高研發效率。政府應出臺相應的政策,鼓勵和支持產學研合作。強化專利保護,降低企業研發成本,提高企業參與創新的積極性,確??蒲谐晒氖袌龈偁幜?。加強合成生物學領域的專業人才培養,通過校企合作、聯合培養等方式,培養一批既懂基礎研究又懂技術開發的復合型人才。這些人才可以在科研和企業之間架起橋梁,促進技術的轉化和應用。企業與高校和科研院所合作,共同開展市場推廣活動。鼓勵科研團隊以技術入股或專利授權形式與企業合作,縮短實驗室到田間應用的周期。支持企業主導的“中試基地”建設,解決規?;a中的工藝銜接問題。通過舉辦技術交流會、產品展示會和培訓班等方式,提供科學的應用指導,提高產品推廣效果、市場對包括真菌殺蟲劑在內的微生物農藥的認知度和接受度。

    為推進農業綠色轉型與保障糧食安全,需構建以法規為保障、科技為驅動、產業為支撐的綜合性戰略體系。通過健全農藥監管法規,完善綠色防控標準,加速高毒化學農藥替代進程;整合生防微生物資源庫,突破基因調控與靶向開發技術瓶頸,提升真菌殺蟲劑的精準性與生態友好性;建立產學研協同創新平臺,優化農藥綜合效能評價體系,推動科研成果高效轉化。破解化學農藥依賴,為農業可持續發展和食品安全提供堅實保障。

    (作者:丁玎、姜楓、操麗麗、康樂,中國科學院動物研究所?!吨袊茖W院院刊》供稿

    【責任編輯:殷曉霞】
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