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BSM CHEMICAL CO.,LTD

我国微生物农药常见剂型种类解析及管理建议

2022-11-24
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本文摘自:《中国生物防治学报》

作者:王以燕1,袁善奎1*,农向群2,李梅2(1.农业农村部农药检定所;2.中国农业科学院植物保护研究所)



微生物农药一般是指以细菌、真菌、病毒等微生物活体为有效成分的农药,通常采用发酵或扩繁增殖、纯化的方法获得母药,然后添加适当的助剂加工成微生物农药制剂。由于微生物农药的有效成分主要是微生物活体,因此制剂加工所采用的助剂种类和剂型与化学农药相比都有特殊性。首先,微生物农药使用的助剂应不会影响其活性,否则会严重影响产品稳定性、保质期和田间防效;其次,微生物农药液体制剂中,微生物只能是均匀悬浮、分散在体系中,而无法像化学农药一样以分子形态溶解在助剂中。本文总结了微生物农药母药及常见剂型种类、特性、质量控制指标及登记现状,旨在推进微生物农药产业的科学、规范化发展。


01

微生物农药母药(technical concentrate,TK)


母药是指在农药生产、制造过程中得到其有效成分及有关杂质组成的产品,可能含有少量必需的添加剂(如稳定剂等)和适当的稀释剂。母药和原药都是农药制剂加工的原材料,不是农药的最终产品,由于技术和生产成本等原因,在含量和理化性质上存在差异,通常母药的含量会低于原药含量(<900 g a.i./kg),而原药则可以达到更高纯度。


由于微生物在生产时通常伴随发酵或扩增过程会产生难以完全分离的培养基组分或宿主残余物及少量化学杂质甚至杂菌,其产品有效成分(活菌)含量一般都比原药定义的含量低,故经发酵或扩繁增殖生产的微生物农药是母药,而不是原药。在现行《农药登记资料要求》(以下简称《要求》)中也已明确微生物农药为母药,与国际上通行做法和要求一致。微生物农药制剂加工过程中一般要先获得含量相对较高的母药,然后添加适宜助剂,有利于产品的质量控制,在《要求》中已单独列出了微生物农药母药的登记资料要求。在近年微生物农药登记中,大多数农药生产企业会同时申请母药和制剂登记,但有部分产品经发酵或扩繁增殖后不纯化而直接加工而成(虽工艺简单,但含量偏低,且不易准确控制),即为未经母药生产的制剂产品,这种情况下直接登记的制剂产品需按照母药登记要求提供相关资料,包括菌种鉴别、株系编码、菌种描述、完整生产工艺、组分分析试验报告以及稳定性试验资料、质量控制项目及其指标等。


按常规发酵或扩繁增殖工艺可直接生产低含量产品,其剂型一般有粉剂、颗粒剂、悬浮剂、可湿性粉剂等,而可分散油悬浮剂、油悬浮剂、水分散粒剂等剂型多需要在分离纯化母药的基础上加工而成。即由母药加工而成的产品易于提高产品含量,减少运输成本,尤其适用于国际贸易。以上与FAO/WHO新修订《FAO/WHO农药标准制定和使用手册》(2018)第九章″微生物农药标准规范″(简称FAO/WHO《微生物农药标准》)的要求相同。在此标准中制定了微生物农药母药产品质量标准规范,也提出如果从接种发酵到加工生产过程是完全封闭的,即没有母药生产过程,仅有微生物农药制剂也是可以接受的。但不同国家的登记管理政策存在差异,如在美国登记新微生物农药一般都需要同时提供母药和制剂资料,而且产品标签上会标注有效成分与其他组分的百分含量及生物效价数据(如孢子/g或mL、CFU/g或mL、ITU/g或mL、OB/g或mL等)。从提高产品质量和防效的角度来说,应提倡和鼓励母药与制剂同时登记,促进微生物农药生产工艺的提升和规模化生产。


截止到2020年12月31日,我国已登记母药产品62个,占已登记微生物农药产品总数的11.3%;在37个微生物品种(含亚种)中的27个有母药(占73%),其余10个只有制剂登记(表1)。微生物农药登记必须明确物种名称(标注株系或菌株代码),如果种下有亚种或变种分类,也应进行鉴别。通常细菌、真菌名称可采用″属名+种名+株系编码″、病毒名称采用″宿主名+特性词+病毒(+株系编码)″的形式表示。苏云金芽胞杆菌以色列亚种是我国第一个以分类地位命名登记的卫生用微生物农药产品。


表1  微生物农药母药产品登记情况 

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注:1.根据拉丁学名,已登记″耳霉菌″″盾壳霉″的中文名称应为″块耳霉″″小盾壳霉″;2.根据近期生物分类学,″蝗虫微孢子虫″已由原生动物归到真菌微孢子属;3.″寡雄腐霉菌″不需加缀″菌″;4.根据″蟑螂病毒″的拉丁学名,中文名为″黑胸大蠊浓核病毒″,但其拉丁名″Periplaneta fuliginosa densovirus(PfDV)″已由ICTV(国际病毒分类委员会)于2013年更名为Blattodean ambidensovirus 1,中文暂译名为″蜚蠊双义浓核病毒″。


02

微生物农药制剂


2.1  可湿性粉剂(wettablepowder, WP)


可湿性粉剂是指有效成分在水中分散成悬浮液的粉状制剂。在已登记微生物农药中有200多个可湿性粉剂产品,约占产品总数50%,是我国微生物农药中登记数量最多的剂型。其中细菌可湿性粉剂占该类产品数量的57.9%,主要有苏云金芽胞杆菌(含亚种)、枯草芽胞杆菌、蜡质芽胞杆菌、荧光假单胞杆菌等;真菌可湿性粉剂20多个,占该类产品的29.5%,主要有木霉(未标种名)和球孢白僵菌等;17个病毒可湿性粉剂占该类产品数量的23.3%,主要有棉铃虫核型多角体病毒等。


2.2  悬浮剂(suspension concentrate, SC)


悬浮剂是指有效成分以固体微粒分散在水中成稳定的悬浮液体制剂,一般用水稀释使用。在已登记微生物农药中有150多个悬浮剂产品,占产品总数的28.6%,位居第二。100多个细菌悬浮剂占该类农药产品数量的28.0%,主要有苏云金芽胞杆菌(包括亚种等,占此剂型产品数量的71.2%)、枯草芽胞杆菌、蜡质芽胞杆菌等;8个真菌悬浮剂占该类农药产品数量的10.2%,主要有球孢白僵菌、蝗虫微孢子等;病毒微生物农药主要以悬浮剂为主,占病毒农药产品数量的52.0%,主要有棉铃虫核型多角体病毒(占病毒剂型产品数量的31.6%)以及苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒和斜纹夜蛾核型多角体病毒等。


2.3  水分散粒剂(water  dispersible granule ,  WG)


水分散粒剂是在水中崩解、有效成分分散成悬浮液的粒状制剂。在已登记微生物农药中有16个水分散粒剂产品,约占产品总数的2.9%,主要有木霉(占此剂型产品数量的37.5%)、球孢白僵菌(占此剂型产品数量的18.7%)、苏云金芽胞杆菌(占此剂型产品数量的12.5%),还有棉铃虫核型多角体病毒等。该剂型适合微生物农药制剂产品加工,有利于产品贮藏运输的稳定,是具有较好发展前景的微生物农药剂型之一。但生产成本相对偏高,尚属于起步阶段,建议加强开发和研制此类剂型产品。


2.4  颗粒剂(granule, GR)


颗粒剂是具有一定粒径范围可自由流动含有效成分的粒状制剂。在已登记微生物农药产品中有15个颗粒剂产品,占产品总数的2.7%,主要有苏云金芽胞杆菌(占此剂型产品数量的26.7%),厚垣普可尼亚菌(占此剂型产品数量的20%)和球孢白僵菌和淡紫紫孢霉(分别各占此剂型产品数量的13%),还有金龟子绿僵菌及甘蓝夜蛾核型多角体病毒等。微生物农药的颗粒剂产品主要用于撒施、沟施或穴施。曾作为颗粒剂派生剂型的大粒剂、细粒剂、微粒剂和微囊粒剂在微生物农药产品中仍在登记状态。目前,其派生剂型在FAO/WHO标准中已列入不再支持的剂型中,在《农药剂型名称》国家标准中也已合并统一为颗粒剂。其中大粒剂产品苏云金芽胞杆菌以色列亚种是采用投放施药方式防蚊幼虫,微粒剂产品厚垣普可尼亚菌是采用适量农家肥或土混匀做穴施或沟施防治根结线虫,这两种剂型与颗粒剂产品使用方法相同,可适时作剂型变更登记即可。


2.5  油悬浮剂(oil miscible flowable  concentrate , OF)和可分散油悬浮剂(oil-based suspension concentrate / oil  dispersion , OD)


油悬浮剂是有效成分以固体微粒分散在液体中成稳定的悬浮液体制剂,一般用有机溶剂稀释使用。在已登记微生物农药中有4个油悬浮剂产品,占产品总数的0.74%,主要有金龟子绿僵菌(占此剂型产品数量的75%)及苏云金芽胞杆菌(防治松毛虫)2个菌种。其中金龟子绿僵菌油悬浮剂是我国在微生物农药领域最早登记的新剂型,适用大型机械或飞机做超低量喷雾防控草原蝗虫,我国和FAO都推荐使用此类微生物农药产品用于防治蝗虫。


可分散油悬浮剂是有效成分以固体微粒分散在非水介质中成稳定的悬浮液体制剂,一般用水稀释使用。在已登记的微生物农药中有8个可分散油悬浮剂产品,占产品总数的1.5%。主要有球孢白僵菌(防治蝗虫、甲虫等)占此剂型产品数量的50%,及金龟子绿僵菌(防治蝗虫、草地贪夜蛾等)、枯草芽胞杆菌、苏云金芽胞杆菌(防治松毛虫等)。


上述两种剂型均为油介质的悬浮液体制剂,可避免配方中出现游离水,是较长时间保持微生物活性的最佳选择剂型之一;不同之处是″OD″可用水稀释使用,而″OF″需用有机溶剂稀释使用,即″OD″相对″OF″的使用更加经济、便捷。孢子在油介质中的存活率相对较高,根据剂型性质、用途和靶标等需求,是微生物农药的适用剂型。目前该类剂型登记产品数量不多,但将是具有较好发展空间的剂型之一。


2.6  种子处理悬浮剂(suspension  concentrate for seed treatment / flowable concentrate for seed treatment , FS)


种子处理悬浮剂是直接或稀释用于种子处理含有效成分、稳定的悬浮液体制剂。在已登记微生物农药中已有2个悬浮种衣剂产品,涉及枯草芽胞杆菌和苏云金芽胞杆菌,主要用来防治土传病害、线虫和地下害虫等。该剂型可能受使用方法和用途限制,登记数量较少。根据FAO/WHO标准,种子处理悬浮剂未限定是否含有成膜剂和采用包衣或拌种使用方法,即此剂型涵盖了悬浮种衣剂(特指含成膜剂和包衣方式,简称FSC)的定义。两剂型技术指标的差异是:FS有附着性、倾倒性、湿筛试验、持久起泡性和粒径分布;FSC有成膜时间、包衣脱落率和均匀度。在2017年的《农药剂型名称》国家标准中已将悬浮种衣剂与种子处理悬浮剂合并统一为″种子处理悬浮剂″,与国际接轨,现在不再新批″悬浮种衣剂″,对已存在此剂型的产品可适时进行变更。


2.7  饵剂(bait/ready for use, RB)


饵剂是为引诱靶标有害生物取食直接使用、含有效成分的制剂。在已登记微生物农药中仅有3个饵剂产品,涉及金龟子绿僵菌和黑胸大蠊浓核病毒,主要用于防治卫生害虫。虽然该剂型在微生物农药中登记数量不多,但在卫生用农药领域防效显著,具有较好应用前景,市场需求会逐步增加。


2.8  粉剂(dustable powder, DP)


粉剂是适用喷粉或撒布含有效成分的自由流动粉状制剂。在已登记微生物农药中有6个粉剂产品,涉及淡紫紫孢霉粉剂、苏云金芽胞杆菌及荧光假单胞杆菌。粉剂属于可直接使用剂型,即不需要稀释,且溶解性有限,在生产和使用中产生的粉尘会对人体健康和环境造成一定影响,并存在爆炸危险,属于落后剂型,但可保留特殊用途的需求,如采用苏云金芽胞杆菌粉剂喷粉防治森林的松毛虫,还有采用拌土穴施淡紫紫孢霉粉剂或颗粒剂防治番茄根结线虫等。


2.9  其他剂型


2.9.1  水分散片剂(water dispersible tablet ,WT)


水分散片剂是在水中崩解、有效成分分散成悬浮液的片状制剂。我国还没有微生物水分散片剂产品的登记,也未制定此剂型的产品标准,但随着生物农药剂型加工技术的发展,该剂型将有望在我国开发和应用。该剂型技术需要解决在加压成片工艺上的温度、压力等对微生物农药有效成分活力的影响等问题。在FAO/WHO的《微生物农药标准》中已制定了微生物农药水分散片剂的产品质量标准。


2.9.2  悬乳剂(suspo-emulsion, SE)


悬乳剂是有效成分以固体微粒和不溶水的微小液滴形态稳定分散在连续的水相中成非均相液体制剂。我国登记了1个枯草芽胞杆菌水乳剂,作为有效成分的活体微生物,不可能与水互溶,即不可能是严格意义的″水乳剂″,从逻辑和实际上推测可能是″悬乳剂″。该公司的枯草芽胞杆菌产品在韩国登记的剂型为″Emulsifiable suspension for microvial pesticide″,实际即为悬乳剂。美国也有此剂型的微生物产品登记。所以微生物农药的″水乳剂″剂型值得进一步探讨和确认。目前,国内外尚未见微生物悬乳剂(或水乳剂)的质量标准。


2.9.3  条剂(plant rodle,PR)


条剂是含有效成分的条状或棒状制剂(一般长度大于直径/宽度)。条剂是由挂条、棒剂、笔剂进化而来,可拓宽使用范围,适用悬挂、缠绕等方式。我国曾经有2亿孢子/cm2球孢白僵菌产品登记,防治马尾松和杨树的松褐天牛和光肩星天牛,剂量在2~3条/15株,使用方法为缠绕或悬挂。


03

微生物农药剂型规格


微生物农药各剂型产品质量控制项目和指标的设定主要是为确保产品质量稳定性、货架期及防效。由于活体微生物与化学农药在组成、形态和性质等方面存在差异,其产品质量控制项目也会有所不同,建议根据其特性,在保证防效和基本理化性质不变的前提下质量控制项目和指标的设定可适当宽松。另外,微生物的细菌、真菌和病毒的物种之间和株系之间都存在差异,其产品质量控制项目和指标要求也会因物而异;同时,各企业在生产工艺和配方上的不同而造成产品质量的差异也要考虑。


微生物农药产品质量控制项目包括各剂型的共有项目和特有的理化性质项目。外观是产品标准不可缺的内容,不是控制项目,但对理化性质项目的设定具有重要参考价值。共有质量控制项目包括:有效成分的鉴别和其含量(≥,单位质量或体积产品中的孢子数、CFU、ITU/IU或OB/PIB等);相关杂质包括微生物污染物(杂菌)含量(≤,%)、次生化合物含量(≤,%)、化学杂质含量(≤,%)、水分/干燥减量(由于微生物对此项参数较为敏感且数据差异较大,故本文将此项暂列入特有项目);以及贮存稳定性(其中低温稳定性仅适用液体制剂,有建议将对低温储存影响有效成分稳定性的固体剂型要制定冷储指标)。微生物有效成分含量,FAO/WHO推荐用g/kg、g/L(以母药质量计算,虽然不同母药含量存在差异,但可相对反映出制剂中有效体含量)及适合单位。另外,由于微生物的活性在贮存过程中多会下降,通常微生物农药含量只规定下限值。在微生物农药领域多把贮存稳定性与热贮稳定性作并列选择项,《要求》规定贮存稳定性在20℃~25℃为1年或0℃~5℃为2年,含量不得低于标明值的70%,且符合产品质量控制要求;而部分母药和制剂产品的国家或行业标准中已设此项指标,即执行产品标准要求也是合理的。而FAO/WHO的《微生物农药标准》不要求热贮后检测有效成分含量,仅测试相关理化性质项目;对可分离纯化的母药需提供相关理化、贮存稳定性,货架期的确定及支持数据。


微生物农药常用剂型的特有质量控制项目主要是产品理化性质类的项目(此文包括水分/干燥减量)。参考FAO/WHO及国内的微生物农药产品标准,在表2汇总列出常用微生物农药剂型产品质量控制中特有项目和指标(部分参考阈值)。其中,湿筛试验一般要求≥98%(过75μm筛),而FAO/WHO标准可宽松到<98%;FAO/WHO对分散性、悬浮率、自动分散性指标宽松到<60%阈值也可接受(均可用重量法测定);自发分散性、流动性、片剂的崩解性(我国是崩解时间)、粒径分布是FAO/WHO标准的要求,在我国的《要求》中暂未制定此类项目;在我国的《要求》和FAO/WHO《农药标准制定与使用手册》的OD中均没有悬浮率项目、其水分仅有我国的《要求》中有,但在我国部分OD/OF的标准中设有悬浮率及水分项目;FS的悬浮率不适用不稀释的FS,且稀释率要符合MT184.1的上限(10%),即可采用重量法测定。


表2  微生物农药常用剂型产品质量控制的特有项目

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04

存在的问题及建议


近年来,我国在微生物农药的研发和使用技术方面已取得了可喜的成果和经验,但由于过去对微生物农药认识不足以及技术和效益的短板,在微生物农药的剂型管理方面还存在一些问题,需要不断改进和完善,也利于公平公正,确保产品质量稳定可靠,提高我国微生物农药的科技水平,并逐步向国际市场迈进。一是已登记的部分微生物农药剂型名称不合理。有效成分的活体微生物是不可能与水互溶的,在用水稀释使用时是处于悬浮或沉浸状态,即活体有效成分与水的″不互溶性″也是判断能否适用微生物农药剂型的依据之一。因此对微生物农药的″水剂″″可溶粉剂″等剂型应重新进行鉴定。且环保型剂型是农药领域的发展方向,落后剂型将逐步淘汰。


二是部分微生物农药的施药方法与剂型类别和使用范畴不相匹配。如已登记的部分微生物颗粒剂及粉剂剂型均属于直接使用剂型(即不需要稀释),溶解性也有限,施药方法多采用撒施、沟施、穴施等,而这类剂型产品中有的施药方法则采用喷雾、喷淋等,故建议对此类剂型重新进行剂型界定。剂型选择要考虑微生物农药特性、使用方法和靶标特性,也要符合剂型定义的内涵和初衷。


三是建议微生物农药产品的稳定性要求考虑不同有效体的差异。根据微生物农药的特性,通过在常温和低温下稳定性实测数据进行规定和评价,而不能一律要求2年或者1年。当前,微生物农药配方和助剂研制面临严峻挑战,成功的微生物产品具有稳定货架期(包括稀释后的稳定性)和尽可能的发挥最佳的生物防效(提高靶标上的定位和滞留时间等),及强力抵御外界环境因素的影响等能力。


另外,在不影响产品质量和防效的情况下,参照FAO/WHO对微生物产品项目指标宽松限量的原则,考虑适当放宽部分指标阈值,促进微生物农药剂型科学管理,以利推进微生物农药行业的发展。

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