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兼容性好等特点,已成为全球农药产业发展的新趋势。特别是近10年来,随着分子生物学技术、基因工程、细胞工程、蛋白质工程、发酵工程、酶工程等高新技术的飞速发展,使其展现出良好的应用前景和巨大的社会和经济效益,生物农药的优越特性(节能、环保、保护资源)比以往任何时期都更加受到世界各国政府的重视,成为各国生物技术研究机构和公司的研究热点。目前科学家们已研制出一系列选择性强、效能高、无污染的生物农药。我国的生物农药的发展也是非常迅猛。
2.1 发展现状: 目前世界上生物农药使用量最多的国家有墨西哥、美国和加拿大等国,占世界总量的44%。欧洲的生物农药使用量占全世界的20% ,亚洲占13%,大洋洲占11%,拉美洲和加勒比湾占9%,非洲占3%。我国生物农药的研究始于20世纪50年代初,至今已有50年的历史。研究进展近l0年来,我国在生物农药研究的关键技术与产品开发方面已取得了一批重大成果,苏云金杆菌(Bt)杀虫剂、农用抗生素、棉铃虫NPV、杀虫真菌剂等技术产品已经达到或部分超过国外同类先进水平,不但满足国内市场需求变化,而且走出国门,进入亚洲和欧美市场。
2.2 国内外主要发展趋势:
1、以基因重组为核心的战略高技术竞争日趋激烈,关键技术创新显著加快,最新的分子生物学手段越来越多地被应用到生物农药研究开发中去,转基因生物农药新品种不断涌现;
2、生物农药的研究开发和应用向更安全和环保的方向发展,这是新型生物农药比传统化学农药更具优势的方面;
3、产品更新换代速度加快,生物农药产业已成为涉农工业最具前景的发领域。基因工程微生物的研究十分活跃,并先于抗病虫遗传工程植物进入了实用化阶段。生物技术广泛用于生防微生物遗传改良显示出巨大潜力,并为新一代微生物农药的进一步研究开发奠定了基础。
我国是农业大国,而无公害生物农药属于环境友好型产品,发展生物农药,从而减少化学农药和化肥的使用,将为我国农产品出口创造十分有利的条件,极大地增强我国农产品的国际竞争力。发展生物农药将有效地实现农产品的优质安
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全生产,提升农产品的经济附加值,扩大我国农副产品外销市场,推进绿色农业产业的发展,这些均对发展农村经济、增加农民收入、促进农村繁荣具有重要的推进作用。所以,发展生物农药的生产和研发意义深远。
3:生物农药主要产品介绍
3.1 苏云金芽孢杆菌(Bt) 3.1.1苏云金芽胞杆菌的介绍:
苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)是一种革兰氏阳性细菌,它在形成芽孢的同时产生晶体包含体。细菌营养体呈长杆状,两端钝圆,周生鞭毛或无鞭毛,运动或不运动,通常2—8个细菌个体成链状排列,在蛋白胨琼脂培养基中300C培养24h形成针尖大小的黄色小点,边缘光滑。条件适宜时,每3~4 h个体增殖1代,繁殖速度较快。1901年日本学者石渡首次从染病的家蚕中分离出该菌,并证明它对部分鳞翅目昆虫有杀虫活性,随着人们认识的加深,现已证实,苏云金杆菌可对鳞翅目、鞘翅目、双翅目等9个目的500多种昆虫有不同程度的杀虫活性。目前,苏云金芽胞杆菌作为生物农药中的一种,以其独特的优势成为产量最大、应用最广的一类微生物杀虫剂 ,占到生物农药的90%左右。 3.1.2苏云金芽孢杆菌的伴孢晶体:
苏云金芽孢杆菌的伴孢晶体形态多种多样,有菱形、长菱形、短菱形、方形、圆形、椭圆形、无定形 及三角形 ,还有镶嵌形。嵌合形式也各有不同,有菱菱镶嵌、方菱结合、菱形与椭圆形或不规则形嵌合等 ,其中菱形晶体较为常见。同一亚种的菌株可产生一种至多种形态的晶体。研究表明,伴孢晶体除具有一定形态外,有些伴孢晶体表面具很规则的条纹结构,如库斯塔克亚种、武汉亚种,外被有外膜,或存在六边形的网状结构。这一网状结构可能来Bt外生孢子膜,该膜由一些类似晶体表面网状结构的六边形亚单位组成。对于伴孢晶体内部结构,也曾有人进行过研究,多窝亚种伴胞晶体具六角形晶格结构,以色列亚种内部由清晰的晶格结构、隐约可见的条纹结构及不具晶格结构三部分组成HD一1镶嵌体中,本体具晶格结构而镶嵌体不具晶格结构。至于晶体的晶格结构与杀虫毒力是否相关还不清楚。
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3.1.3苏云金芽孢杆菌的杀虫作用机理:
害虫在摄食Bt杀虫剂的杀虫晶体蛋白后,杀虫晶体蛋白(Insecticidal Crystal Proteins,简称ICPs)在中肠碱性条件下二硫键打开,在肠道胰蛋白酶的作用下激活形成抗蛋白酶的毒性核心片断,才有活性。Bt活性蛋白与中肠上皮细胞结合后,有毒性的仅以螺旋穿透细胞膜形成一个离子通道(孔),依pH的不同,这些孔具有选择性(仅K+可通过)和非选择性(Na+和阴离子可通过),由于碱性和蛋白酶的作用,因而这些孔很有可能有K+渗漏,这种阴离子通道破坏了膜电势,细胞膨胀并裂解,导致中肠坏死,围食膜和上皮退化变性,肠壁受损后,中肠的碱性高渗内含物进入血腔,血液淋巴pH值升高而导致昆虫麻痹死亡。该农药利用了人与昆虫肠内pH的不同,而使其对昆虫有专一性的伤害,对人类却无害,更加诠释了生物农药的绿色精神。 3.2井冈霉素(农用抗生素) 3.2.1井冈霉素的介绍
井冈霉素是我国产量最大的农用抗生素。井冈霉素是氨基糖苷类农用抗生素,主要成分由A、B、C、D、E、F等组分组成,其中A组分对水稻纹枯病的活性最强,C和D组分几乎无效。从井冈霉素A的结构中可以发现,井冈霉素A是由含有井冈霉烯胺、井冈霉胺和β-D-葡萄糖等结构组成。
井冈霉醇胺(Valiolamine)是氨基环醇类化合物,是假氨基糖类糖水解酶抑制剂的核心结构。许多假氨基糖酶抑制剂类药物,如降糖药阿卡波糖、伏格列波糖的结构中,都含有井冈霉烯胺(Valienamine)和井冈霉醇胺的结构。同时,井冈霉烯胺也是生物农药井冈霉素(Validamycins )的组成结构。以井冈霉素为原料,用微生物酶解的方法,裂解井冈霉素的C-N 键,生产井冈霉烯胺,具有底物价格低、产物附加值高等优点,不仅可以促进井冈霉素产业的发展,而且可以生产高附加值的医药或农药中间体。 3.2.2井冈霉素的特点和作用机制
井冈霉素(validamycins)是我国科学家沈寅初院士于20世纪70年代开发成功的第一个微生物农药,由吸水链霉菌井冈变种代谢产生。1976年起在我国大量
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生产使用井冈霉素,目前已成为我国使用面积最广、亩用成本最低的无公害农药。井冈霉素是农用抗生素,对水稻紫纹枯病有保护和治疗作用,对水稻紫病,小粒菌核病有兼治作用;还可用于防治小麦纹枯病和棉花、蔬菜、豆类、人参、柑桔苗木的立枯病等。它是通过微生物发酵生产的一种多元混合物,其有效成分为井冈霉素A。
井冈霉亚基胺A是井冈霉素A、C、D、E、F的共同糖苷组成结构,为水溶性多羟基、弱碱性化合物,分子式为C14 H25 NO8 。 井冈霉亚基胺A和海藻糖有着非常相似的化学结构。已有研究表明 ,具有井冈霉亚基胺A结构的物质对海藻糖酶有很强的抑制作用,而海藻糖是昆虫的飞行能源,将井冈霉亚基胺A注入昆虫的体内可以阻断海藻糖的分解,使昆虫失去飞行能力,导致昆虫死亡。因此,井冈霉亚基胺A可开发成为生物杀虫剂。因此井冈霉素是至今为止中国最廉价且使用面积最广的一种农用抗生素,是农民非常信赖的产品之一。 3.3生物杀虫剂农抗120
农抗120是中国农科院生防所研制成功的一种生物农药杀菌剂,能有效抑制多种作物的真菌病害,特别是对瓜果枯萎病、白粉病防效显著,是我国重要的农用抗生素之一,在农业生物防治中得到了广泛应用。农抗120的有效作用组分中既有水溶性组分,又有脂溶性组分。其脂溶性组分是茴香霉素(Anisomycin)和一种四烯类物质,而其水溶性成分是一种碱性核苷类物质。农抗120的作用机理在于一方面能提高幼苗体内的过氧化物酶活性而提高植株的免疫能力,另一方面能直接阻断病原菌的蛋白质合成而导致病原菌死亡
4:科诺主要产品介绍
建业以来,科诺公司秉承“以科学的严谨承诺丰收和健康”的企业宗旨,“诚信、勤勉、合作、超前”的企业精神,一心一意做强生物农药,“科诺”品牌已成为中国农药行业的知名品牌和生物农药领域的领先品牌。目前主要有以生物杀虫剂Bt、生物杀菌剂农抗120和井冈毒素等三大发酵品种为主导的10大系列30多个产品。科诺公司的目标是发展成为一个全球化、国际化的生物农药公司,成
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为全球微生物发酵农药的制造基地。企业技术中心和中试基地建成以来,经过3年的运行,已产生了显著的经济效益和社会效益。共开发生产了千胜、特杀螟、四季红、蚜虱消、维多力、纹枯净、农抗120、敌百草等18个产品,产品销往全国20多个省市,远销美国、日本、韩国、越南、肯利亚等世界各地,为促进我国无公害农业的发展,保障中国10亿农民的丰收和健康作出了应有的贡献。
5:主要产品生产流程
5.1昆虫培养室与菌化室
针对公司研制的生物农药,在昆虫培养室里有针对性的培养一些农业害虫进行药理试验。
如根据苏云金芽孢杆菌类药物的防治对象,可培养鳞翅目、膜翅目、双翅目、鞘翅目的多种害虫,还包括三十余种农林害虫,如菜青虫、小菜蛾、水稻螟虫、松毛虫、棉铃虫、茶毛虫、 烟青虫、枣尺蠖等。 还可根据可湿性粉剂,如“四季红”,可培育各类蚜虫、稻飞虱、蓟马、梨木虱、白粉虱等多种刺吸式口器害虫。
公司内还专设了菌化室,用于培养和研发优良的菌种。 5.2 主要工艺流程
该厂共有两大工艺流程,即为苏云金芽孢杆菌系列工艺和农用抗药素(井冈霉素)系列工艺。
两大工艺大致流程一致,只在后面的分离等操作因为产品的差异而出现不同。
大致工艺流程:
将菌种接到三角瓶(通过杀度网和滤纸片)→发酵→种子罐→培养→放罐。 Bt系列:→离心分离系统(固液分离),得到伴胞晶体→加入助剂→剂型化
→包装
井冈霉素系列:→固液分离(板框过滤)→浓缩→真空干燥→剂型化(水剂)
→包装(其中运用了离子交换吸附是纯度更高)
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