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作物保护“工具箱”中的经典工具 qrcode

2018-05-15

邮件分享 收藏 打印 2018-05-15
在上一期专栏中,我们带领读者一起回顾了作物保护发展史。本期,我们将为读者详细介绍现代作物保护“工具箱”中的几个经典工具----化学防护苏云金芽胞杆菌Bt蛋白微生物。这些工具被农民广泛运用于农业实践,在保护作物、提升产量方面起到了重要的作用。

一、古老且有效的作物保护工具:农药

每年,全球因虫害、杂草和植物病害而损失的作物产量高达40%。据联合国粮农组织(FAO)称,如果没有农药和其他作物保护措施,这些损失可能会加倍。大多数农民,包括有机农业和常规农业的农民,都会使用某种农药来防治害虫、杂草和植物病害。

农药是最古老的作物保护工具之一,早在5000多年前,人类就开始利用硫清除农田中的害虫了。到了公元前600年左右,希腊和罗马人开始使用油、灰烬、和其它物质除虫。之后,尼古丁、各类草药、还有铜都被当作农药使用。

重要的是,农药不仅可以帮助农民应对杂草及病虫害的威胁,还可以帮助农民更有效地使用水、土壤和其他重要资源。以杂草为例,杂草会与作物争夺水与营养物质,除草剂可用来控制杂草,与此同时还减少了土地翻耕的需求,降低了土壤侵蚀,并减少碳排放。

常用的三种类型农药
 
目前,农民常有的农药包括除草剂、杀虫剂、杀菌剂。除草剂可保护植物免受杂草对水分和营养物质的争抢;杀虫剂则保护植物免受有害昆虫的侵害;杀菌剂可保护植物免受传播疾病的真菌影响。据Phillips McDougall公司统计,2015年全球农药销售总额为512.10亿美元。其中,除草剂所占份额居于首位,约占42.3%;其后为杀虫剂和杀菌剂,所占份额分别为28.0%和26.8%。随着农民植保意识的增强,及受高价值经济作物的种植增多等因素影响,杀菌剂的使用呈稳步增长态势,成为增长最快的农药产品类型。
 
有针对性地合理使用农药
 
作物保护没有单一的解决方案。农药只是农民的工具之一。并且,杂草、害虫和病害水平每个季节都在变化,只有在正确的区域、正确的时间和正确用量的情况下,农药的使用效果才能达到最佳。
 
农药市场不断开发创新,市场主要参与者正通过组合不同的化合物成分,或者在制剂形式上做出创新,向市场推出更多的新产品。此外,借助GPS引导的喷雾器和区域特异性喷头等工具,种植者们实现农田分区喷施,更精准地喷洒农药。
 
例如,约25%的美国莴苣类作物正在使用“可视化喷施”技术。配备“可视化”技术的新型农药喷洒设备,能捕捉地面作物照片,并准确定位夹杂在作物中的杂草位置,针对杂草精准喷洒农药,减少对作物的影响。
 
 
二、小个头 大本领: 苏云金芽胞杆菌

有一种微生物,广泛存在于土壤里,遍布全世界。它是高效的天然杀虫剂,常常能够在与比自己体积大两万倍的飞蛾和毛虫的斗争中获胜。它就是苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis),简称Bt。
 
有机农业和常规农业的好帮手
 
Bt的杀虫特性最初于1901年在日本被首次发现,目前,科学家已经鉴定出了数千种Bt菌株,其中至少有200株已知具有杀虫特性。过去50年里,Bt的液态喷雾制剂作为一种被批准的微生物杀虫剂(MCPA),一直被有机农业广泛使用。其中有4个经证明特别有效的菌株,组成了有机农业的重要成员。
 
此外,从事常规农业农民也将Bt应用到生产中。科学家把表达Bt蛋白的基因转入作物中,使Bt蛋白在作物体内持续表达。这样,不用喷洒,作物自身就可以抵抗靶标害虫的侵害。从1995年开始,表达Bt蛋白的生物性状种子在世界各地迅速被采用。

兼具靶向性和环境友好性 帮助农民应对“十亿美元害虫”

在过去的几十年里,欧洲玉米螟、粉色棉铃虫和玉米根虫等害虫给全球多种农作物造成巨大的经济损失。以玉米根虫为例,这种害虫的幼虫侵食玉米根部,是北美危害玉米作物最严重的有害生物之一,由于虫害防治不力,玉米须受害虫侵食,造成玉米大量减产。据美国农业部估计,因为玉米根虫带来的直接损失,加上玉米根虫防治的费用,每年已经达到10亿美元,也因此被称为“十亿美元害虫”。 
 
而这些螟虫和蠕虫都有一个共同的特点:碱性消化道,易受到Bt菌株产生的特定蛋白质晶体Cry的影响。这种特异性意味着Bt提供了一种非常精确和有针对性的虫害控制方式,而对其他有益昆虫,以及人类和家畜无害。(图片来源:现代农业网站
 
Bt性状的生物技术种子在全球广泛应用
 
 
 

图片来源:现代农业网站

三、源于自然界的微生物 

如Bt蛋白的发现和应用,当今的农业领域,许多研究人员愈加近距离地观察大自然,从中学习,将自然规律应用于农田管理。他们最重要的发现之一,就是微生物在健康土壤环境中所发挥的作用。

随着显微学和成像技术的进步,人们增进了对微生物活动、细胞过程和土壤健康的了解。一汤匙土壤含有500亿的微生物(超过10000种生物种类),这些土壤中的细菌和真菌对于植物的生长发挥着重要作用,帮助作物从土壤中吸收养分和矿物质,抵御病虫害的侵袭。

 

图片来源:现代农业网站
 
如人类有时需要使用益生菌来保持健康平衡一样,种植者在生产中也会使用微生物产品来进行养分管理,激发作物的生产潜力。目前常用的微生物产品类型包括细菌、真菌、病毒和原生动物,这些产品可以实现:
帮助植物保持健康,包括营养摄取和植物活力
靶向作物保护,包括病虫害防治和抗病性
补充或替代部分传统肥料和化学品的可能性


微生物产品能以多种方式应用,其中以叶面喷洒常见。近几年,此类产品用作种子处理剂也受到了重视。微生物产品在农业领域有着广泛的潜在应用,据Markets & Markets报告数据, 2017年全球农用微生物产品的销售额约为30.9亿美元,预计到2022年将达到60.1亿美元,复合年增长率为14.21%。
 

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