合成除草剂作为杂草防治的主要手段,其市场占到了所有农药的44%。生物除草剂在市场上出现的时间比合成农药晚,种植者可选择的生物除草剂种类非常有限,目前生物除草剂的市场占有量还不到所有生物农药的10%。天然活性成分用作除草剂的极少,近些年合成除草剂新活性成分出现得也非常少,其中一个原因是草甘膦占据了除草剂的主要市场,其他除草剂的研发工作开展较少。
使用合成除草剂尽管短期内可有效防治杂草,但长期重复使用,有害残留会对有益生物和环境产生危害,增加患癌、出生缺陷和呼吸系统问题的风险,并且许多杂草对合成农药出现了抗性问题。据报道,目前在70个国家已有260种杂草出现了抗性问题,涉及167种合成除草剂。美国杂草科学学会指出,仅在美国和加拿大,玉米及大豆种植者每年因抗性杂草花费高达430亿美元。据此,一些国家制定严格的合成农药禁用、限用法令,全球多地的草甘膦正逐步退出市场,例如德国和墨西哥将从2024年起禁用草甘膦。
近年有机农产品的需求量逐年上涨,为了满足消费者对有机农产品的需求,越来越多的农民选择绿色种植方式,其中包括环境友好型杂草防治手段,由此助推了生物除草剂的开发和推广。生物除草剂利用杂草天敌或天然物质抑制杂草的萌发、生长及蔓延。一般而言,生物除草剂的有效成分是能够使杂草患病的微生物,或是微生物产生的植物毒素,亦或是源自植物的化感物质。近年来,科研报道已证明一些生物除草剂绿色,安全且有效,这类产品正受到越来越多的关注和应用,被视为杂草防治的重要产品。
壬酸作为生物除草剂活性成分,已被多国使用
壬酸存在于几乎所有的动植物体内。该成分可用于抑制室内和室外杂草的生长,也可用作苹果和梨树的疏花剂,同时具备防腐剂功效。
壬酸(C9H18O2)这种脂肪酸能够被环境中的微生物消耗并转化成二氧化碳和水,不易在环境中积累。美国食品药品管理局(FDA)已批准该成分用在食品上,按照标签指示使用,壬酸对人和环境不存在风险。
作为除草剂,壬酸具有起效快,非选择性和灭杀性特点,但不具备内吸性。壬酸可以扰乱杂草细胞膜,使细胞成分外漏,最终导致杂草死亡。该成分的除草功能起效快,喷洒后在非常短的时间内即可观察到其植物毒性的影响--植物细胞氧化,地上部分植物出现坏死斑。
已在多国推广使用的壬酸除草剂生产商有Belchim和Emery Oleochemicals等。
Belchim含壬酸的生物除草剂Beloukha分别于2019年和2020年在美国和加拿大获得了登记。这款广谱除草剂中的壬酸提取自向日葵,是防治一年生和多年生阔叶杂草、禾本科杂草,以及绝大多数苔藓和其他隐花植物的灭生性除草剂。由于土壤微生物能够消耗其成分,Beloukha不会产生有害残留。此外,产品在施用两小时内具备耐雨水冲刷性。Beloukha在多种环境条件下均能发挥功效,在炎热、干燥的天气下起效更快。
除了美国和加拿大,Belchim的壬酸除草剂还进入了多个欧洲市场。如Beloukha在德国用于防治土豆田杂草,施用后杂草组织在2-3小时后即可死亡(由于不具备内吸性,杂草根部不会被杀灭)。Katoun Gold乳油含有500 g/L壬酸,在英国用于观赏性植物、林业苗圃、公共设施等的杂草防治,该产品也进入了法国等地区。Bromory(500 g/L壬酸)在葡萄牙用于果蔬和花园中杂草的防治。
壬酸的铵盐也常被用作除草剂。Emery Oleochemicals的壬酸铵除草剂已进入美洲和欧洲市场。
随着生物除草剂相关研究获得进展,以及企业之间的合作不断开展,未来将有新的生物除草剂产品进入市场。
MBI将携新菌株,进军270亿美元除草剂市场
2021年12月,美国Marrone Bio Innovations(MBI)宣布获得了酸疮痂链霉菌(Streptomyces acidiscabies)的一些高活性菌株,用以研制并销售新一代的生物除草剂MBI-006。这些菌株由全球领先的酶和微生物制品企业诺维信开发,并独家授权给MBI,能够降低MBI-006的生产成本,并提高产品功效。
MBI-006能够抑制植物细胞壁的合成与修复。因此,杂草不易对该产品产生抗性。该生物除草剂对多种一年生阔叶草、禾本科和苔草展示出芽前和芽后功效,并且可与大多数化学农药和肥料混合使用。
预计新一代MBI-006将在2024/25年向有机和特种作物、草坪、观赏植物和家庭园艺市场推出。而后,MBI-006还将用于行栽作物(目前此类作物以化学农药进行处理),预计将于2027/28年销售。
据MBI透露,除了MBI-006,公司还有3款生物除草剂。其中MBI-005和MBI-011已获得了美国环保署的登记批准。MBI-014/015还处于开发阶段,公司预计其功效将比领先合成除草剂强50-100倍。
MBI是全球重要的生物除草剂生产商之一,公司现有技术成果只是其扩大高效生物除草剂产品组合的开端。MBI已从超过1.2万种微生物中筛选出约500种具有除草剂功效的微生物,并且可借助基因组学、生物信息学与合成生物学系统将其优化。其丰富的微生物资源库使MBI具备发现更多创新型活性成分和作用机制的实力。
ResearchAndMarkets数据显示,预计到2023年,全球除草剂的年销售额将达到270亿美元。MBI获得的新菌株将使其产品在这一庞大的除草剂市场中具备更强的竞争力。
MustGrow从芥菜中分离出新成分,可用作内吸性和非选择性生物除草剂
加拿大MustGrow Biologics Corp.在2021年3月宣布,该公司从芥菜种子中提取出了一种硫氰酸盐。这种物质使得芥菜具备天然除草特性。这一硫氰酸盐是MustGrow从芥菜种子中提取出并浓缩的第三种物质。
硫氰酸盐提取物具备制成天然非选择性和内吸性除草剂的潜力。据MustGrow介绍,其技术能够100%杀灭小杂草和杂草种子。该物质在土壤中仍具备活性。内吸性使得该物质能够从土壤进入植物根部,并转移至茎叶。与其相比,合成的草甘膦除草剂会和土壤颗粒紧密结合,在土壤中的活性较差,只能作用于地上部分的杂草。在特定的种植体系中,硫氰酸盐这种天然物质具有成为草甘膦替代品的潜力。
除了具备除草功效,公司的植物源除草剂对土壤健康也十分有益。使用芥菜源产品能够为土壤增添有机植物体。产品从土壤中消除的速度较快,避免对有益生物产生长期毒性。使用该产品还能够为土壤微生物创造健康的生态环境,增加有益菌的数量。
农化巨头正对MustGrow的生物除草剂等产品开展商业化评估及产品进一步的开发工作。
住友商事针对美洲地区评估MustGrow的芥菜源产品,已证明这些生物制剂与一些常用化学农药相比,具备积极的功效。这些评估试验均在美洲各地开展,理想的结果促使两公司扩大合作。住友计划持续开展各类田间开发、法规和市场评估工作,为这些产品的商业化做准备。
拜耳针对欧洲、亚太、中东和非洲市场评估MustGrow的生物制品技术,以确定产品功效及其在农业主产区的商业化潜力。两公司签署了合作协议,拜耳出资独家在这些地区进行所有实验室和田间开发、法规和市场开发。MustGrow则在其他地区继续开展田间试验、研发和法规相关工作。
MustGrow的除草剂项目目前聚焦在提取优化和制剂方面的工作上。其芥菜种子中提取的硫氰酸盐无论是单独使用,还是与其他产品联合使用,都具备良好的应用潜力。住友和拜耳的参与将进一步促进产品的优化,加快产品推出步伐。
新发现真菌将有助于澳洲农民治理最棘手杂草
澳大利亚农业最难防治的杂草之一--香丝草(Conyza bonariensis),对澳洲作物、牧草及农民生计影响巨大,每年仅对谷类种植造成的损失超过4300万美元。香丝草是源自南美洲,生长极为迅速的杂草。这种杂草可长至一米高,产籽量大。每株香丝草可产生超过10万粒种子,借助风、水、动物和交通工具可长距离传播,杂草蔓延速度快。
香丝草生态学者Gooden博士介绍道：″香丝草是谷类作物中最难防治的杂草之一,在澳洲影响近300万公顷用地。这种杂草对一些(化学)除草剂已产生抗性,希望生物农药能有效减少香丝草在该国的数量。我们在哥伦比亚发现一种锈菌,名为蔬食蛇床柄锈菌(Puccinia cnici-oleracei),可感染香丝草,破坏其植物组织,从而影响其生长。″
这种真菌被带入澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO),科研人员对此开展了大量研究,以确定其在澳洲用作生物除草剂的安全性。Gooden博士指出,研究发现这种真菌只感染香丝草,所有检验的非靶标植物均对这种真菌具备抵抗力。据此,这种真菌具备安全性,并且已被澳洲农业、渔业和林业部门获准在澳洲使用。