真菌除草劑

真菌除草劑，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。

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

真菌除草劑

1、雜草生物防治：雜草生物防治就是利用不利於雜草生長的生物天敵如節肢動物(昆蟲和蟎類)、植物病原菌(真菌、細菌、病毒、線蟲)、魚類、鳥類和其他動植物來控制雜草的發生，使其種群數量和分布控制在經濟闊值允許或人類的生產、經營活動不受其太大影響的水平之下。雜草生物防治可分為以下4種類型。(1)經典式生物防治　多指直接從國外雜草原產地引進具有寄主專一性的天敵對付外來雜草。(2)廣譜式生物防治　是指人為地控制雜草天敵的數量，從而在維持生態平衡的狀態下控制住雜草，使其危害處於經濟閾值之下。(3)保守式生物防治　是指減少自然植食性昆蟲的天敵(包括其寄生物、獵食者和病害)，這些昆蟲往往取食本地植株。(4)淹沒式生物防治　也稱生物除草劑策略，是指在人為的控制條件之下，選用能殺滅雜草的天敵後，進行人工培養獲得大劑量生物製劑，從而用以防治目標雜草。生物除草劑具有兩個顯著特點：一是經過人工大批量生產而獲得大量接種體；二是淹沒式使用，以達到迅速侵染，在較短時間內殺滅雜草的目的。

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

真菌除草劑

相當的持效期控制緩慢 自我繁衍，有一定的生態副效應 ，菌劑建立後，勿需額外投資 菌劑的建立受諸多因子的影響 ，有害的副效應較小 不為人知的生態效應，可能引起不良的突變，攻擊只限於目標雜草和一些近緣種 如果目標雜草聯繫到某種作物，則有潛力的生物控制菌種類， 釋放前可預測和了解其風險性， 一些風險不可預測和不為人知 控制常依賴寄主雜草的密度 短期的農業耕作循環中效果甚微，在穩定的環境中效果才最佳，可自動擴散至適宜的寄主棲息地 最初時間、金錢和人力的投資可能會很高 ，不再重新耗資 ，不可能完全根除雜草，為保存生防劑必須保持低水平的寄主，高利潤率，不可能限制菌劑的擴散。

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

真菌除草劑

真菌除草劑工業化的大批量生產中，由於考慮到產品的成本問題，在保證最佳產品的品質和數量不受影響的情況下，往往利用一些價廉、易得、量豐的農業粗製品作培養基。其中，蛋白質可用黃豆粉、麥麩、米糠、釀造酵母(酒釀渣)、亞麻子餅粉、玉米粉、豆渣、豆餅粉、玉米蛋白及多種魚粉；碳源可用玉米澱粉、玉米粉、蔗糖、葡萄糖和甘油等。碳氮源比例平衡的生長培養基通常最適宜菌絲體的生長。然而，為了誘導產孢則有必要對這一比例進行調整，或者通過加入鈣、絡合物和各式各樣的胺基酸來調節培養基。一般來說，不產生最大菌絲體生長量的碳源能夠促進孢子的產生。為了使菌絲體生長和產孢能夠達到最佳，培養基中碳、氮和礦質元素三者之間要求有較精確的平衡。除了影響菌絲體生長和產孢外，碳氮比(C/N)還影響著真菌的活力、壽命及致病力。真菌除草劑的工業化生產真菌除草劑的生產現已形成了一整套的工藝流程技術。經過長時間的設計並不斷進行更替改進，生物除草劑工業化生產技術主要有固體基質發酵(solidsubstrate fermentation)、深層液體發酵(liquid submerged fermentation)和液體-固體聯合發酵(combined liquid and sold fermentation)。(1)固體基質發酵　此發酵方法主要適用於不能在液體中發酵產生孢子的真菌，因此，固體基質發酵(或者稍加改變)成為一些真菌產孢的唯一方式。如鏈格孢屬(Alternaria)稗草鏈格孢菌(Alternaria altemata)，將其固體菌塊接種在無芒稗籽上，在適宜的環境下培養7d，每1g乾物質產孢量達3.59×108個。Zhang等也研究了稗草病原菌真菌(Exserohium monceras)在不同固體基質上的生產特性及產孢水平，結果表明：固體菌塊接種在經加工後的玉米葉粉上經過21d的培養，每1g乾物質產孢量達1.81×108個。

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。