蛋白农药
与一般概念上的生物农药不同,蛋白农药本身对病虫害无直接杀死作用,它通过诱导植物免疫,达到控制植物病虫害、促进植物生长的目的,是一类新型的广谱、高效、多功能生物农药。
形成和发展过程
1992年,生物学家首次发现梨火疫病菌的hrpN基因编码的一种新蛋白质能诱导植物产生过敏反应,将其命名为过敏蛋白(Harpin),并首次提出过敏蛋白激发植物过敏反应与抗病性的关系。2001年,美国康奈尔大学和美国伊甸生物技术公司基于过敏蛋白的研究,共同开发并成功研制了具有抗病防虫功能的广谱无公害微生物蛋白农药Messenger。该产品在美国获得登记,被美国环境保护署(EPA)列为免检残留的农药产品,准许在所有作物上使用。Messenger是2001年生物农药中最具代表性的新产品之一,荣获当年度美国环境保护委员会颁发的“总统绿色化学挑战奖”,并被称为是“植物保护和农产品安全生产上的一次绿色革命”。
除过敏蛋白外,还有从隐地疫霉分泌的隐地蛋白(cryptogein),从链格孢菌、稻瘟菌、灰霉菌等植物病原真菌分离得到的PeaT1、Hrip1、MoHrip1、MoHrip2、PemG1、PebC1等多个蛋白激发子。中国农业科学院植物保护研究所邱德文团队成功研制的抗病毒蛋白农药“阿泰灵”的问世,标志着中国蛋白农药研究达到了国际先进水平。
广义的蛋白农药包括Bt杀虫晶体蛋白(ICP)、过敏蛋白(harpin)和激活蛋白(activator protein)等。Bt杀虫晶体蛋白来源于苏云金芽孢杆菌,对农作物害虫如棉铃虫和小菜蛾等具有高效的杀虫活性,相关产品已获得了多个国家的农药登记认证。 随着生物农药的发展,蛋白农药仅指能诱导植物免疫、提高植物抗性的蛋白质生物农药。从作用机理上看,它们与一般概念的蛋白农药最大的区别在于不直接杀灭害虫和病原物,而是诱导植物自身免疫、激发植物防卫基因的表达,最终抵御病虫害的侵扰、促进植物生长,是一类新型的广谱、高效、多功能生物农药。蛋白农药作用于植物表面受体,通过植物体内一系列信号转导,提高内源激素(水杨酸、茉莉酸等)、植保素及病程相关蛋白等的水平,增强植物免疫力,提高植物自身的抗病、抗逆性,从而使植物不生病或减轻发病,达到防控病虫害的目的。
蛋白农药诱导的是植物的天然抗性,对人畜安全无害;同时,蛋白农药在自然界易于降解,对环境友好,无污染,不产生抗药性,具有很高的安全性。蛋白农药的使用可大幅度降低化学农药使用量,生产出的产品达到绿色食品要求,还能促进农作物增产,是生态环境保护和农产品安全生产的重要保障。蛋白农药的应用强调植物健康生长和植物诱导免疫,突破和拓展了植物病虫害防治理念,促进了植物保护学科的发展,对于提高农作物病害的绿色防控具有重要的引领作用。
由于蛋白农药的本质是蛋白质、易降解,因此,保证蛋白农药的架上寿命至关重要,可采用合适的吸附剂或添加剂保证蛋白农药的活性。蛋白农药是一个新兴的研究领域,其有关标准及研究体系还在不断的完善中,概念及内涵还会随着蛋白农药研究的不断深入逐步得以完善和提高。