慨述
化學除草劑自第二次世界大戰以來發展迅猛,在解決全球的糧食危機中發揮了巨大的作用。但化學除草劑已對生態環境造成了嚴重的殘毒污染,惡化了環境質量,並逐步威脅到人類自身的身心健康;同時,隨著除草劑的長年施用,雜草對化學除草劑的抗性日趨嚴重,導致農田雜草群落的演替而出現大量新的惡性雜草。雜草在全球造成的損失每年超過400億美元。近年來每發展和登記一種化學除草劑,都需要積攢數年之功,耗費巨大的人力、物力。鑒於上述原因,利用生物控制雜草逐漸引起了廣泛重視。
預防
一、雜草生物防治和真菌除草劑
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2、真菌除草劑
目前,生物除草劑研究多是利用真菌,故將利用真菌研製的生物除草劑稱之為真菌除草劑。真菌除草劑是雜草管理中有效的新策略。它是一類施用技術和方法類似化學除草劑並用以防治特定雜草的活真菌產品。它可以像化學除草劑一樣,在有必要和條件適宜時在田間大劑量施用,人為地製造目標雜草的病害大流行,從而迅速有效地控制草害。真菌除草劑的上述特點賦予了其諸多優點,但同時也有伴隨而來的一些缺點。
3、發展真菌除草劑的步驟
真菌除草劑大多數是選擇侵染莖葉的植物病原菌,並且已經存在於目標雜草入侵的地域。大批緹的接種體淹沒式地套用於環境則需要它們具有寄生專一性,且必須具備強致病力以起到防除效果。一種真菌發展成為除草劑所需經過的步驟有:①廣泛地調查某一靶標雜草自然群落的致病菌;②研究所篩選致病菌的生物學特性,該致病菌須具備強致病力,在雜草嚴重發生或能夠侵染靶標雜草,並在自然種群中傳播,從而達到有效防除靶標雜草;③鑑定該致病菌的分類學地位,確定其安全性,進行寄生範圍的測定,而在測定一種侯選生防劑的寄生範圍時,往往先選擇一些可能會被該生物體浸染的植物種進行,這包括與目標雜草同屬及同科的其他屬的代表種、近緣科的代表種、主要經濟作物及觀賞植物、與目標雜草在物侯上尤其是形態上很相似的植物和在當地具有生態意義的植物種類。
生產
侵染接種體
真菌除草劑的有效成分是活的浸染接種體。目前已經商品化或正在生產上使用的真菌除草劑,大多是經發酵技術生產的。從經濟和實踐的角度,侯選真菌生產的。從經濟和實踐的角度,侯選真菌除草劑的侵染接種體的生產必須能快速、高效、價廉。除為數不多的例子外,真菌的孢子是目前認為最適宜作為生物除草劑的部分。而在幾種孢子當中,無性繁殖的孢子或分生孢子在實驗條件下最容易生產,並且是在自然條件下傳播病害的最普遍方式。因此,孢子是作為真菌除草劑侵染接種體的最佳侯選。傳統的觀念也認為孢子在穩定性、壽命、活性、侵染為上部比真菌其他部分更為優越。真菌除草劑控制雜草的優缺點比較
優點與缺點
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對一些不產孢或產孢少的真菌則用菌絲體片段來代替孢子。其缺點是:菌絲體片段較孢子難於計數,且不易於從培養基中分離出來;侵染力往往不如孢子;穩定性、壽命、活性往往不如孢子。
培養基礎
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固體基質發酵方法在真菌除草劑的研製開發早期簡便適用,但存在勞動力投資高、無菌狀態保持困難、發酵條件缺乏控制以及最終從基質中收穫孢子困難的問題,這極大地促進了深層液體發酵的快速發展。液體一固體聯合發酵 此發酵方法的發展克服了一些真菌在液體發酵中較難產孢的難題。此生產過程以液體培養菌絲,而後在固體培養基上誘導孢化生產孢子。液體發酵完成後,菌絲體在富集培養基中分布均勻,隨即倒入托盤中或與固體基質混勻,以固定菌絲體,從而為產孢提供了巨大的表面積。在培養過程中,有的需要提供特殊的光照或去除二氧化碳以刺激產孢。此種方法產生的孢子能夠通過真空吸附法收集。強勝等在Auld和Schrauwen的基礎上對固相-液相結合法作了改進,套用液體發酵菌絲體,結合固體培養誘導孢子,可大大提高百日草鏈格孢菌(Alternaria zinniae)的產孢水平;該方法也同樣適用於鐮刀菌屬(Fusarium)真菌除草劑的生產。
深層液體發酵 此方法不須對現有的工業發酵設備做多少改進就可以直接利用標準的發酵和下游處理裝置進行。在真菌除草劑的初期評價及初試中,諸如測定致病力和奇主範圍時,豐富的接種物都通過搖瓶培養生產。然而,存在的特點是:搖瓶培養難以控制影響菌絲體生長或產孢的諸多生長參數,如pH值、溫度、轉速、溶氧量和通氣量等。幾種炭疽菌屬(Collerotrichum)真菌除草劑容易在淹沒培養下生產,其中典型的是施用於水稻田中的防除維吉尼亞合萌(Ae-schynomene virginica)的膠胞炭疽菌合萌專化型(Colletotrichumgloeosporiodes),它由Upjohn公司、阿肯色大學和美國農業部的使用,通過深層液體發酵的方法能夠生產大量的該菌分生孢子,該產品被冠以商品名Collego,已在美國大量生產和使用。 當然,深層液體發酵過程中也不可避免地帶來了一些副產品,且發酵液的後處理存在較多難題。淹沒發酵後,孢子經過濾掉菌線,再進行離心濃縮,冷凍乾燥法乾燥孢子,而在商業化生產體系中,則代之以更為普遍的乾燥過程如真空乾燥法。
展望
現代微生物工業發酵方法大多數是採用液體發酵的方法,這是因為液體發酵適用面廣、能精確調控、總的效率高,並易於機械化和自動化處理。隨著液體發酵技術的日臻完善,以及對真菌微生態學的深入研究,真菌的液體發酵技術也將取得許多實質性的進展。近來一種更為經濟的深層液體發酵技術出現在真菌除草劑的產業化生產上,在這種方法中,通過直接探索選用不產生副產品的真菌株系或通過調節發酵條件阻止產生副產品。此外,在乾燥和重新水合的過程中加入保護劑,以確保真菌除草劑在施用前不喪失活力。任何時候,現存的工業發酵和下游處理技術都將決定和影響著真菌除草劑的成功與否。相對於其他常規雜草防除方法,利用生物控制雜草具有不可比擬的優點,而真菌除草劑更是近年來眾多科研工作者研究的特點。從發展商品化了的真菌除草劑以及正在實踐中使用品種的經驗,肯定了真菌除草劑的研究方向是正確的,而人類對環境和食品安全問題的日益關注,將為該研究的深入開展注入動力。