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微生物應用於植物保護或農業之簡介
更新日期: 2014-06-30

撰文:謝奉家副研究員/行政院農委會農業藥物毒物試驗所

長期使用相同作用機制的化學農藥,易使作物病蟲害產生抗藥性,尤其,短期或連續採收之農作物由於採收期間仍有病蟲害發生,偶有農藥殘留超過標準的事件,引發消費者疑慮。雖然目前上市的化學農藥,在正常施用的情況下,具有可接受的安全性,但其最大的缺點是在施用後蟲體或病原可能產生的抗藥性及其殘餘在環境中不易自然分解,可能累積而造成環境衝擊。對於化學農藥使用安全的考量,不但有機會逐漸降低化學農藥的使用,也有利生物農藥的發展。根據美國市調公司BCC Research估計,2010年全球化學合成農藥市場約242億美元,與2005年的261億美元比較,以年平均成長率負1.5%的速度減少。相反的,全球生物農藥市場則以年平均成長率9.9%的速度由2005年的6.72億美元擴大至2010年10.75億美元,生物性農藥占整體農藥市場的比例至2010年提高至4.3%。尤其,已有國家明確推動化學農藥減量政策,降低化學農藥帶來的負面衝擊,例如:法國預計以十年的時間,達到2018年減量50%的目標;中國大陸十二五計畫(第十二個五年計畫)預定2015年將減少20%的化學農藥使用。

發展生物農藥已經是一種世界性的潮流,依據臺灣「農藥理化性及毒理試驗準則」的說明,生物農藥類包括「天然素材」、「微生物製劑」及「生化製劑」,其中「天然素材」農藥係指天然產物不以化學方法精製或再加以合成之農藥,製程可先經脫水、乾燥、壓榨、磨粉、製粒等物理加工程序所製成之農藥;「微生物製劑」係指用於作物病原、害蟲、雜草防治或誘發作物抗性之微生物或其有效成分經由配方所製成之產品,其微生物種類例如細菌、真菌、病毒和原生動物等,一般由自然界分離所得,惟也可再經人工品系改良,如人為誘變、汰選或遺傳基因改造;「生化製劑」係指天然產物經過化學方法精製,其防治方法不會直接毒殺有害生物者;如以化學產物合成者,其結構應與天然化合物相同或作用機制相同之異構物。例如,昆蟲費洛蒙。目前政府對作物之有害生物的綜合管理,亦有政策之輔導和支援,更強化了生物農藥扮演的角色。臺灣植物保護研究人員致力於生物農業之研發和推動已有相當時日,累積相當多的經驗與技術,有些特定的研究項目已經成效斐然,距離商品化的地步,就差臨門一腳。2013 年 7 月行政院農委會科技處完成臺灣微生物製劑研發機構的現階段成果盤點,目前具有發展潛力的微生物至少仍有 64 件。其中,臺灣大學 2 件、中興大學 13 件、高雄師範大學 7 件、屏東科技大學 3 件、虎尾科技大學 4 件、美和科技大學 1 件、宜蘭大學 6 件、南臺科技大學 1 件、藥物毒物試驗所 6 件、農業試驗所 2 件、臺中區農改場 2 件、高雄區農改場 2 件、臺南區農改場 1 件、桃園區農改場 1 件、苗栗區農改場 5 件、花蓮區農改場 2 件與種苗改良繁殖場 6 件。其中,芽孢桿菌屬(Bacillus spp.)31 件、木黴菌屬(Trichoderma spp.)14 件、放線菌屬(Streptomyces spp.)8 件、核多角體病毒(nucleopolyhedrous virus)7 件、黑殭菌(Metarhiziumanisopliae) 1 件、綠殭菌(Nomuraearileyi) 1 件與其它微生物 2 件。

生物農藥(有學者希望更名為生物性植物保護製劑或植物保護用生物製劑)有其優勢如下:1.較傳統化學藥劑危險性少、專一性高。2.對人、畜、野生動物、害蟲的天敵和有益昆蟲無害。3.生物農藥有時候使用少量即有效,分解快速,暴露風險低,無污染問題。4.無殘留量的問題,施用後可立即採收,不需訂定安全採收日期。5.可以和化學藥劑搭配使用,用於害物整合管理 (Integrated Pest Management, IPM) ,降低化學農藥使用量與殘留量。6.不容易產生抗藥性。7.研發費用低,較容易登記上市等。但是仍有部份瓶頸如下:1.生物農藥的藥效不如化學藥劑迅速,生物農藥雖可解決一般化學農藥在作物上殘留的問題,但仍需使用正確的方法(需配合適合的溫度、溼度與施用時機等)才能達到理想的藥效(預防效果大於治療效果)。2.臺灣生物農藥產業規模不大且分散。學校研發內容普遍欠缺產品完整登記資料,業者承接與技轉意願較低。3.雖然近三年來,生物農藥在臺灣有突飛猛進的成果,但不容諱言的,本土性生物農藥之工業化、標準化和商品化生產部份問題仍待解決,而且產品種類仍不足,無法完全滿足農民實際病蟲害防治需求,尚待國內研發機關與業者共同努力。對於微生物應用於植物保護的未來突破之道,個人提出以下4點建議:1.建立正確及合理使用方法:生物農藥之田間效果較傳統化學農藥慢,有不易競爭之缺點,需依產品特性建立正確及合理使用方法,以發揮最佳效果。2.提升「產品國際登記」及「專利與市場」的布局:加速實現國內研發產品合法上市及進軍國際市場。3.登記資料之製備能力建構:符合優良試驗操作規範(GLP)之毒理、理化性及田間試驗各測試項方法之標準化及能力建構及登記資料之製備。4.兩岸與國際登記管理法規之比較研究:除合理化管理制度與國際接軌外,亦有利於臺海兩岸生物農藥產品交流與行銷國際化。

另外,許多微生物具有多功能,例如:枯草桿菌除能產生抗生物質殺菌,尚能增加抗病性、溶磷與促進作物生長等。目前臺灣的菌株篩選策略,幾乎都是不同領域各自篩選該領域需要的菌株,例如,植物病理學系所主要篩選抑制作物病原菌效果較強者,土壤系所主要篩選溶磷、固氮或促進作物生長較好者,禽畜系所主要篩選促進腸道消化或可使動物換肉率較佳者,水產業者主要篩選可使水質淨化或抑制水產病原菌效果較顯著者,因此,各自領域皆花費龐大的人力與物力,部份資源重複甚為可惜。期待從事微生物篩選與研發的人員重新思考如何從不同角度深掘窮究單一微生物的潛在多功能特性,跨領域連結或整合,發揮微生物的最大效益。例如,枯草桿菌與液化澱粉芽孢桿菌,除了可做為生物農藥與微生物肥料外,仍可以繼續擴充應用在益生菌動物飼料添加物與水產養殖等方面。在水中加入枯草桿菌或液化澱粉芽孢桿菌,已有研究證明具有降解水中氨氮廢物的作用,尚能減少養殖池底的有機物沉積,亦能抑制蝦池與石斑魚池的病害感染。跨領域且多功能的微生物探討與研發將是未來產品開發的重要方向。

 
 
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