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中国创制生物农药产业化进展
责任编辑:左彬彬 来源:世界农化网 日期:2021-11-04

 

生物农药来源于天然产物或活体生物,是一类具有防治农业病、虫、草害以及具有作物生长调节功能的化合物、提取物或生物活体。有别于传统化学农药,生物农药具有在自然环境中消解快,攻击靶点多,毒性小等特点。具有靶标不易产生抗药性,使用安全,零残留等优势。

生物农药的分类

 

生物农药因其独特的理化性质、作用机制以及评价标准等与传统化学农药相比具有较大差异,为全球各国特别是发展中国家的登记评审工作带来了一定的挑战。目前主要国家包括中国、美国、欧盟、FAO以及OECD等对生物农药的分类以及管理方式均存在较大差异。根据我国农业部公告第2569号《农药登记资料要求》,生物农药在我国被分为3大类,生物化学农药一般被定义为具有诱导或调控作用的天然化合物或人工合成的具有天然化合物结构的物质;微生物农药是指以细菌、真菌、病毒、原生动物代谢产物及活体为有效成分形成的药剂;以及有效成分直接来源于植物体的植物源农药。按照品种又可分为杀螨剂、杀虫剂、除草剂、杀菌剂、植物生长调节剂等。


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 左图:微生物农药类别统计数据;右图:植物源农药类别统计数据

数据来源:中国农药信息网数据库


生物农药行业现状

 

根据国家统计局数据,微生物农药在我国拥有绝对的优势,占比接近70%,其次是生物化学农药,占比约为20%。植物源农药仅占比10%,但近年保持着较高的复合增长率。但生物农药市场任然以化学农药为主,化学农药占据了植物保护市场90%的份额。


究其原因无外乎以下几点:第一,持效期较短,制剂稳定性较差;第二,生物农药研发人才队伍不足,生物农药的产业转化率较低;第三,生物农药研发经费不足,核心技术普遍面临较高的失败风险,且研发周期通常为15-20年,需要足够的人才和资金储备,相比于国外农药企业,国内的生物农药企业研发薪酬与激励存在差距,无法避免优秀人才外流的问题;第四,生物农药研发数量和品种单一,存在大量低水平重复开发,同质化问题严重;第五,专利无法形成有效保护,中国生物农药品种容易受到抄袭,导致企业研发动力不足。


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 图 3 2020 年中国植物物源农药登记企业


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图 4 2020 年中国微生物源农药登记企业


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图 5 2020 年中国生物化学农药登记企业


生物农药制造与发展趋势

 

随着国际间交流与合作日益密切,中国制造在国内外生物农药市场的影响力已经变得举足轻重。生物制造是将现代生物技术融入到生产制造领域中而形成的新型交叉科学,它以相关领域的制造技术为基础,结合生物理论方法和先进科研成果,利用基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、代谢工程、合成生物学等先进生物医药手段于研究方法,生产具有特定功能活性的物质。早在2003年Keasling团队利用合成生物学手段将抗疟疾药物“青蒿二烯”的合成途径打通;2010年,Stephanopoulous团队成功合成抗癌药物“紫杉二烯”。Jin团队通过提高吩嗪(PCN)基因启动子活性,使PCN的发酵温度从28℃升高到37℃,并使PCN的发酵效价提高了179倍。发状根(Hairy root)和冠瘿组织(Crown gall tissue)培养技术被用于生产青蒿素、长春碱等。大规模植物细胞培养技术经过几十年的努力,已实现工业化生产的可能。如日本黄连(Coptis japonica)细胞培养物生产黄连碱(Coptisine),希腊毛地黄(Digitalis lanata)细胞培养物生产地高辛(Digoxin)等。


随着生物技术的迅速发展,其拥有的巨大潜力已经引起了全世界的关注。截至目前为止,我国活体微生物农药登记种类超过250个,生产厂家120多家,包括苏云金杆菌、枯草芽孢杆菌、蜡纸芽孢杆菌等。微生物代谢产物登记品种超过2000种,生产厂家超过1500家,主要以阿维菌素、多杀霉素、井岗霉素为主,以及赤霉素、冠菌素为代表的一系列植物生长调节剂。植物源农药则以苦参碱、除虫菊素、藜芦碱、蛇床子素等天然提取成分为主,以及14-羟基芸苔素甾醇为代表的一系列植物生长调节剂。登记种类超过300种,生产厂家超过200个。

 

微生物农药的应用技术相对较为成熟,植物源农药因其成分复杂,毒性低,成本高的特点逐渐形成了一整套特有的应用体系。通过预防-预防性治疗-治疗的应用理念,以及搭配传统化学农药减量增效技术,在控制使用成本的同时,最大程度的减少化学农药用量,减小靶标抗性的形成,保护食品安全。

 

伴随着“碳达峰”、“双减”、“环保”等一系列国家战略与政策法规的出台与实施,中国生物农药制造企业正在迎来春天,生物农药制造企业的规模不断发展壮大。例如,成都新朝阳推出了“0.006%冠菌素水剂”,该种生物农药是一种由微生物合成的天然小分子物质,通过高密度发酵技术+纳滤反萃技术得到。该种生物农药可以在极低的使用浓度起到调节作物生长,改善作物品质的效果;在高浓度使用条件下,则可以起到脱叶和除草的效果;类似的已登记的生物农药产品还有脱落酸和赤霉酸。

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