您是否听说过“僵尸蚂蚁”？当一种特殊的真菌感染了蚂蚁后，它会在蚂蚁体内大肆繁衍并释放毒素，改变蚂蚁的正常行为。为了防止将致命病菌传播给家族其它成员，被真菌控制的蚂蚁将离开蚁穴四处流浪，最终孤独地死去。今天的故事，便从“昆虫杀手”谈起。
被真菌感染的“僵尸蚂蚁”（图片来源：百度百科）
昆虫的微生物“杀手”
许多微生物能使我们染病，其中的性情罡烈者甚至能威胁生命安全。与此类似，一些病原微生物是昆虫的“杀手”。我国的古医书《神农本草经》中就有关于家蚕染病的记载，不过当时的人们绝不会知道伤害蚕宝宝的无形杀手是微生物。
昆虫病原微生物构成了大自然“万物相生相克”宏伟链条中不可或缺的一环。在远离人类视线的大自然的幽邃角落，它们常悄无声息地上演着惊心动魄的夺命大戏，例如“僵尸蚂蚁”的一幕。而人类则巧妙地调转矛头，尝试利用它们来对付农业害虫。这一智慧之举正是微生物农药理念的体现。
1911年，在德国小镇苏云金（Thuringien），人们从螟虫体内分离到一种有很强杀虫能力的细菌，它在专业分类上属于“芽孢杆菌”，便被定名为苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）。后来，人们取其拉丁名首字母，给它起了个顺口的“外号”——“Bt”。谁也没想到，这种不起眼的细菌后来竟成了微生物农药的王牌，在害虫防治中发挥了巨大作用。
显微镜下的Bt菌（图片来源见水印）
随着研发工作不断深入，微生物农药应用领域日益拓宽，不仅涵盖了多种害虫，还成功扩展到细菌、真菌及线虫等农作物的多种病原生物，甚至农田杂草也能借助微生物来防除。
微生物杀虫剂
Bt是全球用途最广、应用最成功的微生物杀虫剂，值得大书特书（以菌治虫的头牌明星——苏云金芽孢杆菌）。第一个商品化的Bt杀虫剂早在1938年即问世。经过近百年持续发展，目前它占据微生物杀虫剂市场总量的90%以上，主要用于防治棉铃虫、二化螟、小菜蛾等在专业分类上被称作“鳞翅目”的蛾类害虫，效果显著。
Bt属于细菌家族，而许多真菌也堪当昆虫的微型“刺客”。江湖上声名远播的白僵菌和绿僵菌就是其中的两大门派。它们的名字就透着“杀气”——侵染后能使昆虫僵死，并在虫体上繁殖出大量白色和绿色的菌丝及孢子来宣告胜利，其情状甚是可怖。《神农本草经》所载患病的家蚕幼虫就是白僵菌的牺牲品。真菌穿透表皮入侵昆虫体内并快速繁殖，通常5-15天后，可怜的虫子就会一命呜呼。
被白僵菌感染的甲虫（图片来源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/35771735）
白僵菌是一大类真菌的统称。以目前研究和应用较多的球孢白僵菌（Beauveria bassiana）为例，它是多种农林重要害虫的“白色死神”，如松毛虫、玉米螟、草地贪夜蛾等。白僵菌防治松毛虫可谓微生物农药应用的成功范例。我国自20世纪50年代起就系统研究白僵菌治虫技术，至70年代起大面积应用，效果良好，至今仍是林区防控虫害的杀手锏之一。不过，为防止潜在风险，白僵菌剂使用要注意避开桑蚕产业区。
绿僵菌家族也包含许多不同的成员，常见的如金龟子绿僵菌（Metarhizium anisopliae），除了金龟子和天牛类害虫外，还能防治多种其他重要的农林害虫。值得一提的是，绿僵菌在全球沙漠飞蝗和草原蝗虫防治中也取得了极大成功。
被绿僵菌感染的蝗虫（图片来源：百度百科）
此外，昆虫病毒也可以被制成杀虫剂，它们杀虫专一性强，对其他生物无害，防治效果好，感染病毒的害虫10天左右即可死亡。一种外形呈多角体状的“核型多角体病毒”是目前应用最为广泛的杀虫病毒。12世纪中叶我国的《农书》中就有关于家蚕“高节”“脚肿”病的记载，就是这类病毒惹的祸。早在1892年，德国人就首次应用这类病毒防治松林害虫，随后全球各国又陆续研发出多种病毒杀虫剂产品。
成书于元代的《农书》（图片来源：故宫博物院网站）
1993年，我国第一个病毒杀虫剂——棉铃虫核型多角体病毒获得注册。目前国内已研发出十余种近百个产品，主要用于防治棉铃虫、小菜蛾、甜菜夜蛾等鳞翅目害虫。
微生物杀菌剂
农作物的病害大多由细菌或真菌引起，对付这些病害，就要依靠微生物杀菌剂。微生物杀菌剂中明星众多，人气最高的要数枯草芽孢杆菌和木霉了。这些菌类生长快、繁殖强，在与病菌的对抗中牢牢占据上风。它们争夺养分，占据生存空间，或寄生于病菌，还能产生多种抗菌类物质，多管齐下抑制或干扰病菌生长繁殖。更了不起的是，它们往往还能激活植物对病菌的天然防御机制，这就与“疫苗”有几分相似了。有的还能促进农作物生长，兼具生物肥料的功用。
枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是一大类杆状细菌，在自然界广泛存在。不同菌株可防治不同病害，如水稻纹枯病、稻曲病、黄瓜白粉病、小麦赤霉病、棉花枯萎病等。这种菌剂生产工艺简单、成本较低、施用方便，在农业生产中大受欢迎。
木霉是一个成员众多的真菌大家族，是微生物杀菌剂中最常见的真菌。不同的木霉菌株防治对象有所差异，目前已有数十个菌株被开发用于杀菌剂，防治蔬菜、瓜果等经济作物多种病害效果出色，在生产中大面积应用。代表性的木霉菌种如哈茨木霉（Trichoderma harzianum），已被广泛用于防治多种由真菌引起的农作物病害，如立枯病、猝倒病、疫霉病等。
显微镜下的木霉（供图：吴蓓蕾）
微生物除草剂
化学除草剂被大量用于防除杂草，加重了环境负担。令人振奋的是，一些真菌展现出对杂草的特异性防除能力，且不影响农作物和其他植物生长，具有开发为环境友好型除草剂的巨大潜力。
美国于1981年注册登记了第一个真菌类除草剂，迄今已有多种产品面世。上世纪60年代，我国就开展了使用真菌防治大豆杂草菟丝子的成功实践，这是全球范围内此类应用最早期的案例之一。但遗憾的是，由于种种原因，我国目前尚缺乏具有自主知识产权的微生物除草剂产品获得正式登记。
缠绕性杂草菟丝子（图片来源：百度百科）
与杀虫防病的真菌相比，能够除草的真菌种类非常有限。这主要是由于真菌除草剂的筛选面临一个巨大的困境——除草剂必须具有很高的专一性，确保只防除杂草而对农作物安全；然而农田杂草种类繁多，杀草谱太窄则无法满足实际需求。此外，微生物除草剂对田间温湿度等环境条件十分“挑剔”，只有条件适宜时微生物才能大量繁殖并充分发挥除草效能，这也给实际应用带来很大限制。
微生物农药益处多多
近年来，微生物农药新产品研发与应用规模均快速增长，已有逾百种细菌、真菌、病毒等各类微生物被开发成为农田里的“技术武器”。这靠的是它们多方面的突出优点——
首先，微生物农药的针对性强，一般不会危害农作物、人畜和自然界其他生物，利于维护生物多样性；没有农药残留问题，对环境相对更加友好，是绿色和有机农业中防控病虫害的最佳选择。
我国绿色食品和有机产品标志
其次，与化学农药相比，病虫害不易对微生物农药产生抗药性。这是由于微生物防治病虫害的作用机制大多是复合、多重的，如微生物杀菌剂往往同时具有寄生、竞争拮抗、促进农作物生长发育、诱导农作物自身抗性等功能。
第三，不像化学农药需经过较为复杂的化工合成，微生物农药生产工艺相对简单，最常见的是通过发酵工艺进行微生物的培养扩增，易于规模化，生产中排放的污染较少。
最后，地球上的微生物资源极其丰富，相对新化学农药的筛选与合成，筛选微生物资源更加简便易行，这极大地降低了新产品研发难度。
然而，金无足赤，微生物农药也有其先天局限性。它的杀伤作用不像化学杀虫剂那样迅猛，防治效果靠的是“慢功夫”，因此不适用于突发暴发性病虫害；有效成分是活生生的微生物，加工和储运过程中必须保证它们旺盛的生命活力，因此产品质量稳定性和保质期成为一大挑战；与喷施化学农药相比，微生物农药对田间应用技术要求较高，施用条件不当会大大降低效果，再强的本领也难以施展。此外，田间使用微生物农药的成本也相对较高。
目前农业生产中，化学农药仍然是对付病虫害的主要手段，微生物农药的应用率还不高。过度依赖化学农药，可能造成环境和食物中的农药残留风险，还可能导致病虫害产生抗药性而愈发难以防控。为此，科研人员正加紧破解制约微生物农药开发和应用的核心难题，降低使用成本，助力这些农田中的“隐形卫士”更好守护农作物健康和家园绿水青山。
感谢中国农业科学院植物保护研究所木霉创新任务提供学术指导
参考资料：农向群，王以燕，等，《微生物农药研发与管理》，2021，中国农业科学技术出版社
