真菌除草剂

固体基质发酵方法研制的除草剂

‌真菌除草剂‌是一种利用真菌作为活性成分的生物除草剂，通过真菌的侵染作用来防治特定杂草。这些真菌能够寄生在杂草上，引起病害，从而达到除草的效果‌。

慨述

化学除草剂自第二次世界大战以来发展迅猛，在解决全球的粮食危机中发挥了巨大的作用。但化学除草剂已对生态环境造成了严重的残毒污染，恶化了环境质量，并逐步威胁到人类自身的身心健康；同时，随着除草剂的长年施用，杂草对化学除草剂的抗性日趋严重，导致农田杂草群落的演替而出现大量新的恶性杂草。杂草在全球造成的损失每年超过400亿美元。近年来每发展和登记一种化学除草剂，都需要积攒数年之功，耗费巨大的人力、物力。鉴于上述原因，利用生物控制杂草逐渐引起了广泛重视。

预防

一、杂草生物防治和真菌除草剂

1、杂草生物防治：杂草生物防治就是利用不利于杂草生长的生物天敌如节肢动物(昆虫和螨类)、植物病原菌(真菌、细菌、病毒、线虫)、鱼类、鸟类和其他动植物来控制杂草的发生，使其种群数量和分布控制在经济阔值允许或人类的生产、经营活动不受其太大影响的水平之下。杂草生物防治可分为以下4种类型。(1)经典式生物防治多指直接从国外杂草原产地引进具有寄主专一性的天敌对付外来杂草。(2)广谱式生物防治是指人为地控制杂草天敌的数量，从而在维持生态平衡的状态下控制住杂草，使其危害处于经济阈值之下。(3)保守式生物防治是指减少自然植食性昆虫的天敌(包括其寄生物、猎食者和病害)，这些昆虫往往取食本地植株。(4)淹没式生物防治也称生物除草剂策略，是指在人为的控制条件之下，选用能杀灭杂草的天敌后，进行人工培养获得大剂量生物制剂，从而用以防治目标杂草。生物除草剂具有两个显著特点：一是经过人工大批量生产而获得大量接种体；二是淹没式使用，以达到迅速侵染，在较短时间内杀灭杂草的目的。 2、真菌除草剂

目前，生物除草剂研究多是利用真菌，故将利用真菌研制的生物除草剂称之为真菌除草剂。真菌除草剂是杂草管理中有效的新策略。它是一类施用技术和方法类似化学除草剂并用以防治特定杂草的活真菌产品。它可以像化学除草剂一样，在有必要和条件适宜时在田间大剂量施用，人为地制造目标杂草的病害大流行，从而迅速有效地控制草害。真菌除草剂的上述特点赋予了其诸多优点，但同时也有伴随而来的一些缺点。

3、发展真菌除草剂的步骤

真菌除草剂大多数是选择侵染茎叶的植物病原菌，并且已经存在于目标杂草入侵的地域。大批缇的接种体淹没式地应用于环境则需要它们具有寄生专一性，且必须具备强致病力以起到防除效果。一种真菌发展成为除草剂所需经过的步骤有：①广泛地调查某一靶标杂草自然群落的致病菌；②研究所筛选致病菌的生物学特性，该致病菌须具备强致病力，在杂草严重发生或能够侵染靶标杂草，并在自然种群中传播，从而达到有效防除靶标杂草；③鉴定该致病菌的分类学地位，确定其安全性，进行寄生范围的测定，而在测定一种侯选生防剂的寄生范围时，往往先选择一些可能会被该生物体浸染的植物种进行，这包括与目标杂草同属及同科的其他属的代表种、近缘科的代表种、主要经济作物及观赏植物、与目标杂草在物侯上尤其是形态上很相似的植物和在当地具有生态意义的植物种类。

生产

侵染接种体

真菌除草剂的有效成分是活的浸染接种体。目前已经商品化或正在生产上使用的真菌除草剂，大多是经发酵技术生产的。从经济和实践的角度，侯选真菌生产的。从经济和实践的角度，侯选真菌除草剂的侵染接种体的生产必须能快速、高效、价廉。除为数不多的例子外，真菌的孢子是目前认为最适宜作为生物除草剂的部分。而在几种孢子当中，无性繁殖的孢子或分生孢子在实验条件下最容易生产，并且是在自然条件下传播病害的最普遍方式。因此，孢子是作为真菌除草剂侵染接种体的最佳侯选。传统的观念也认为孢子在稳定性、寿命、活性、侵染为上部比真菌其他部分更为优越。真菌除草剂控制杂草的优缺点比较

优点与缺点

相当的持效期控制缓慢自我繁衍，有一定的生态副效应，菌剂建立后，勿需额外投资菌剂的建立受诸多因子的影响，有害的副效应较小不为人知的生态效应，可能引起不良的突变，攻击只限于目标杂草和一些近缘种如果目标杂草联系到某种作物，则有潜力的生物控制菌种类，释放前可预测和了解其风险性，一些风险不可预测和不为人知控制常依赖寄主杂草的密度短期的农业耕作循环中效果甚微，在稳定的环境中效果才最佳，可自动扩散至适宜的寄主栖息地最初时间、金钱和人力的投资可能会很高，不再重新耗资，不可能完全根除杂草，为保存生防剂必须保持低水平的寄主，高利润率，不可能限制菌剂的扩散。对一些不产孢或产孢少的真菌则用菌丝体片段来代替孢子。其缺点是：菌丝体片段较孢子难于计数，且不易于从培养基中分离出来；侵染力往往不如孢子；稳定性、寿命、活性往往不如孢子。

培养基础

真菌除草剂工业化的大批量生产中，由于考虑到产品的成本问题，在保证最佳产品的品质和数量不受影响的情况下，往往利用一些价廉、易得、量丰的农业粗制品作培养基。其中，蛋白质可用黄豆粉、麦麸、米糠、酿造酵母(酒酿渣)、亚麻子饼粉、玉米粉、豆渣、豆饼粉、玉米蛋白及多种鱼粉；碳源可用玉米淀粉、玉米粉、蔗糖、葡萄糖和甘油等。碳氮源比例平衡的生长培养基通常最适宜菌丝体的生长。然而，为了诱导产孢则有必要对这一比例进行调整，或者通过加入钙、络合物和各式各样的氨基酸来调节培养基。一般来说，不产生最大菌丝体生长量的碳源能够促进孢子的产生。为了使菌丝体生长和产孢能够达到最佳，培养基中碳、氮和矿质元素三者之间要求有较精确的平衡。除了影响菌丝体生长和产孢外，碳氮比(C/N)还影响着真菌的活力、寿命及致病力。真菌除草剂的工业化生产真菌除草剂的生产现已形成了一整套的工艺流程技术。经过长时间的设计并不断进行更替改进，生物除草剂工业化生产技术主要有固体基质发酵(solidsubstrate fermentation)、深层液体发酵(liquid submerged fermentation)和液体-固体联合发酵(combined liquid and sold fermentation)。(1)固体基质发酵此发酵方法主要适用于不能在液体中发酵产生孢子的真菌，因此，固体基质发酵(或者稍加改变)成为一些真菌产孢的唯一方式。如链格孢属(Alternaria)稗草链格孢菌(Alternaria altemata)，将其固体菌块接种在无芒稗籽上，在适宜的环境下培养7d，每1g干物质产孢量达3.59×108个。Zhang等也研究了稗草病原菌真菌(Exserohium monceras)在不同固体基质上的生产特性及产孢水平，结果表明：固体菌块接种在经加工后的玉米叶粉上经过21d的培养，每1g干物质产孢量达1.81×108个。固体基质发酵方法在真菌除草剂的研制开发早期简便适用，但存在劳动力投资高、无菌状态保持困难、发酵条件缺乏控制以及最终从基质中收获孢子困难的问题，这极大地促进了深层液体发酵的快速发展。液体一固体联合发酵此发酵方法的发展克服了一些真菌在液体发酵中较难产孢的难题。此生产过程以液体培养菌丝，而后在固体培养基上诱导孢化生产孢子。液体发酵完成后，菌丝体在富集培养基中分布均匀，随即倒入托盘中或与固体基质混匀，以固定菌丝体，从而为产孢提供了巨大的表面积。在培养过程中，有的需要提供特殊的光照或去除二氧化碳以刺激产孢。此种方法产生的孢子能够通过真空吸附法收集。强胜等在Auld和Schrauwen的基础上对固相-液相结合法作了改进，应用液体发酵菌丝体，结合固体培养诱导孢子，可大大提高百日草链格孢菌(Alternaria zinniae)的产孢水平；该方法也同样适用于镰刀菌属(Fusarium)真菌除草剂的生产。

深层液体发酵此方法不须对现有的工业发酵设备做多少改进就可以直接利用标准的发酵和下游处理装置进行。在真菌除草剂的初期评价及初试中，诸如测定致病力和奇主范围时，丰富的接种物都通过摇瓶培养生产。然而，存在的特点是：摇瓶培养难以控制影响菌丝体生长或产孢的诸多生长参数，如pH值、温度、转速、溶氧量和通气量等。几种炭疽菌属(Collerotrichum)真菌除草剂容易在淹没培养下生产，其中典型的是施用于水稻田中的防除弗吉尼亚合萌(Ae-schynomene virginica)的胶胞炭疽菌合萌专化型(Colletotrichumgloeosporiodes)，它由Upjohn公司、阿肯色大学和美国农业部的使用，通过深层液体发酵的方法能够生产大量的该菌分生孢子，该产品被冠以商品名Collego，已在美国大量生产和使用。当然，深层液体发酵过程中也不可避免地带来了一些副产品，且发酵液的后处理存在较多难题。淹没发酵后，孢子经过滤掉菌线，再进行离心浓缩，冷冻干燥法干燥孢子，而在商业化生产体系中，则代之以更为普遍的干燥过程如真空干燥法。

展望

现代微生物工业发酵方法大多数是采用液体发酵的方法，这是因为液体发酵适用面广、能精确调控、总的效率高，并易于机械化和自动化处理。随着液体发酵技术的日臻完善，以及对真菌微生态学的深入研究，真菌的液体发酵技术也将取得许多实质性的进展。近来一种更为经济的深层液体发酵技术出现在真菌除草剂的产业化生产上，在这种方法中，通过直接探索选用不产生副产品的真菌株系或通过调节发酵条件阻止产生副产品。此外，在干燥和重新水合的过程中加入保护剂，以确保真菌除草剂在施用前不丧失活力。任何时候，现存的工业发酵和下游处理技术都将决定和影响着真菌除草剂的成功与否。相对于其他常规杂草防除方法，利用生物控制杂草具有不可比拟的优点，而真菌除草剂更是近年来众多科研工作者研究的特点。从发展商品化了的真菌除草剂以及正在实践中使用品种的经验，肯定了真菌除草剂的研究方向是正确的，而人类对环境和食品安全问题的日益关注，将为该研究的深入开展注入动力。

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