生物農藥的分類

生物農藥因其獨特的理化性質、作用機制以及評價標準等與傳統化學農藥相比具有較大差異,為全球各國特別是發展中國家的登記評審工作帶來了一定的挑戰。目前主要國家包括中國、美國、歐盟、FAO以及OECD等對生物農藥的分類以及管理方式均存在較大差異。根據我國農業部公告第2569號《農藥登記資料要求》,生物農藥在我國被分為3大類,生物化學農藥一般被定義為具有誘導或調控作用的天然化合物或人工合成的具有天然化合物結構的物質；微生物農藥是指以細菌、真菌、病毒、原生動物代謝產物及活體為有效成分形成的藥劑；以及有效成分直接來源于植物體的植物源農藥。按照品種又可分為殺螨劑、殺蟲劑、除草劑、殺菌劑、植物生長調節劑等。

 左圖：微生物農藥類別統計數據；右圖：植物源農藥類別統計數據

數據來源：中國農藥信息網數據庫

生物農藥行業現狀

根據國家統計局數據,微生物農藥在我國擁有絕對的優勢,占比接近70%,其次是生物化學農藥,占比約為20%。植物源農藥僅占比10%,但近年保持著較高的復合增長率。但生物農藥市場任然以化學農藥為主,化學農藥占據了植物保護市場90%的份額。

究其原因無外乎以下幾點：第一,持效期較短,制劑穩定性較差；第二,生物農藥研發人才隊伍不足,生物農藥的產業轉化率較低；第三,生物農藥研發經費不足,核心技術普遍面臨較高的失敗風險,且研發周期通常為15-20年,需要足夠的人才和資金儲備,相比于國外農藥企業,國內的生物農藥企業研發薪酬與激勵存在差距,無法避免優秀人才外流的問題；第四,生物農藥研發數量和品種單一,存在大量低水平重復開發,同質化問題嚴重；第五,專利無法形成有效保護,中國生物農藥品種容易受到抄襲,導致企業研發動力不足。

 圖 3 2020 年中國植物物源農藥登記企業

圖 4 2020 年中國微生物源農藥登記企業

圖 5 2020 年中國生物化學農藥登記企業

生物農藥制造與發展趨勢

隨著國際間交流與合作日益密切,中國制造在國內外生物農藥市場的影響力已經變得舉足輕重。生物制造是將現代生物技術融入到生產制造領域中而形成的新型交叉科學,它以相關領域的制造技術為基礎,結合生物理論方法和先進科研成果,利用基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程、代謝工程、合成生物學等先進生物醫藥手段于研究方法,生產具有特定功能活性的物質。早在2003年Keasling團隊利用合成生物學手段將抗瘧疾藥物“青蒿二烯”的合成途徑打通；2010年,Stephanopoulous團隊成功合成抗癌藥物“紫杉二烯”。Jin團隊通過提高吩嗪(PCN)基因啟動子活性,使PCN的發酵溫度從28℃升高到37℃,并使PCN的發酵效價提高了179倍。發狀根(Hairy root)和冠癭組織(Crown gall tissue)培養技術被用于生產青蒿素、長春堿等。大規模植物細胞培養技術經過幾十年的努力,已實現工業化生產的可能。如日本黃連(Coptis japonica)細胞培養物生產黃連堿(Coptisine),希臘毛地黃(Digitalis lanata)細胞培養物生產地高辛(Digoxin)等。

隨著生物技術的迅速發展,其擁有的巨大潛力已經引起了全世界的關注。截至目前為止,我國活體微生物農藥登記種類超過250個,生產廠家120多家,包括蘇云金桿菌、枯草芽孢桿菌、蠟紙芽孢桿菌等。微生物代謝產物登記品種超過2000種,生產廠家超過1500家,主要以阿維菌素、多殺霉素、井崗霉素為主,以及赤霉素、冠菌素為代表的一系列植物生長調節劑。植物源農藥則以苦參堿、除蟲菊素、藜蘆堿、蛇床子素等天然提取成分為主,以及14-羥基蕓苔素甾醇為代表的一系列植物生長調節劑。登記種類超過300種,生產廠家超過200個。

微生物農藥的應用技術相對較為成熟,植物源農藥因其成分復雜,毒性低,成本高的特點逐漸形成了一整套特有的應用體系。通過預防-預防性治療-治療的應用理念,以及搭配傳統化學農藥減量增效技術,在控制使用成本的同時,最大程度的減少化學農藥用量,減小靶標抗性的形成,保護食品安全。

伴隨著“碳達峰”、“雙減”、“環保”等一系列國家戰略與政策法規的出臺與實施,中國生物農藥制造企業正在迎來春天,生物農藥制造企業的規模不斷發展壯大。例如,成都新朝陽推出了“0.006%冠菌素水劑”,該種生物農藥是一種由微生物合成的天然小分子物質,通過高密度發酵技術+納濾反萃技術得到。該種生物農藥可以在極低的使用濃度起到調節作物生長,改善作物品質的效果；在高濃度使用條件下,則可以起到脫葉和除草的效果；類似的已登記的生物農藥產品還有脫落酸和赤霉酸。