合成除草劑作為雜草防治的主要手段,其市場占到了所有農藥的44%。生物除草劑在市場上出現的時間比合成農藥晚,種植者可選擇的生物除草劑種類非常有限,目前生物除草劑的市場占有量還不到所有生物農藥的10%。天然活性成分用作除草劑的極少,近些年合成除草劑新活性成分出現得也非常少,其中一個原因是草甘膦占據了除草劑的主要市場,其他除草劑的研發工作開展較少。

使用合成除草劑盡管短期內可有效防治雜草,但長期重復使用,有害殘留會對有益生物和環境產生危害,增加患癌、出生缺陷和呼吸系統問題的風險,并且許多雜草對合成農藥出現了抗性問題。據報道,目前在70個國家已有260種雜草出現了抗性問題,涉及167種合成除草劑。美國雜草科學學會指出,僅在美國和加拿大,玉米及大豆種植者每年因抗性雜草花費高達430億美元。據此,一些國家制定嚴格的合成農藥禁用、限用法令,全球多地的草甘膦正逐步退出市場,例如德國和墨西哥將從2024年起禁用草甘膦。

近年有機農產品的需求量逐年上漲,為了滿足消費者對有機農產品的需求,越來越多的農民選擇綠色種植方式,其中包括環境友好型雜草防治手段,由此助推了生物除草劑的開發和推廣。生物除草劑利用雜草天敵或天然物質抑制雜草的萌發、生長及蔓延。一般而言,生物除草劑的有效成分是能夠使雜草患病的微生物,或是微生物產生的植物毒素,亦或是源自植物的化感物質。近年來,科研報道已證明一些生物除草劑綠色,安全且有效,這類產品正受到越來越多的關注和應用,被視為雜草防治的重要產品。

壬酸作為生物除草劑活性成分,已被多國使用

壬酸存在于幾乎所有的動植物體內。該成分可用于抑制室內和室外雜草的生長,也可用作蘋果和梨樹的疏花劑,同時具備防腐劑功效。

壬酸(C₉H₁₈O₂)這種脂肪酸能夠被環境中的微生物消耗并轉化成二氧化碳和水,不易在環境中積累。美國食品藥品管理局(FDA)已批準該成分用在食品上,按照標簽指示使用,壬酸對人和環境不存在風險。

作為除草劑,壬酸具有起效快,非選擇性和滅殺性特點,但不具備內吸性。壬酸可以擾亂雜草細胞膜,使細胞成分外漏,最終導致雜草死亡。該成分的除草功能起效快,噴灑后在非常短的時間內即可觀察到其植物毒性的影響--植物細胞氧化,地上部分植物出現壞死斑。

已在多國推廣使用的壬酸除草劑生產商有Belchim和Emery Oleochemicals等。

Belchim含壬酸的生物除草劑Beloukha分別于2019年和2020年在美國和加拿大獲得了登記。這款廣譜除草劑中的壬酸提取自向日葵,是防治一年生和多年生闊葉雜草、禾本科雜草,以及絕大多數苔蘚和其他隱花植物的滅生性除草劑。由于土壤微生物能夠消耗其成分,Beloukha不會產生有害殘留。此外,產品在施用兩小時內具備耐雨水沖刷性。Beloukha在多種環境條件下均能發揮功效,在炎熱、干燥的天氣下起效更快。

除了美國和加拿大,Belchim的壬酸除草劑還進入了多個歐洲市場。如Beloukha在德國用于防治土豆田雜草,施用后雜草組織在2-3小時后即可死亡(由于不具備內吸性,雜草根部不會被殺滅)。Katoun Gold乳油含有500 g/L壬酸,在英國用于觀賞性植物、林業苗圃、公共設施等的雜草防治,該產品也進入了法國等地區。Bromory(500 g/L壬酸)在葡萄牙用于果蔬和花園中雜草的防治。

壬酸的銨鹽也常被用作除草劑。Emery Oleochemicals的壬酸銨除草劑已進入美洲和歐洲市場。

隨著生物除草劑相關研究獲得進展,以及企業之間的合作不斷開展,未來將有新的生物除草劑產品進入市場。

MBI將攜新菌株,進軍270億美元除草劑市場

2021年12月,美國Marrone Bio Innovations(MBI)宣布獲得了酸瘡痂鏈霉菌(Streptomyces acidiscabies)的一些高活性菌株,用以研制并銷售新一代的生物除草劑MBI-006。這些菌株由全球領先的酶和微生物制品企業諾維信開發,并獨家授權給MBI,能夠降低MBI-006的生產成本,并提高產品功效。

MBI-006能夠抑制植物細胞壁的合成與修復。因此,雜草不易對該產品產生抗性。該生物除草劑對多種一年生闊葉草、禾本科和苔草展示出芽前和芽后功效,并且可與大多數化學農藥和肥料混合使用。

預計新一代MBI-006將在2024/25年向有機和特種作物、草坪、觀賞植物和家庭園藝市場推出。而后,MBI-006還將用于行栽作物(目前此類作物以化學農藥進行處理),預計將于2027/28年銷售。

據MBI透露,除了MBI-006,公司還有3款生物除草劑。其中MBI-005和MBI-011已獲得了美國環保署的登記批準。MBI-014/015還處于開發階段,公司預計其功效將比領先合成除草劑強50-100倍。

MBI是全球重要的生物除草劑生產商之一,公司現有技術成果只是其擴大高效生物除草劑產品組合的開端。MBI已從超過1.2萬種微生物中篩選出約500種具有除草劑功效的微生物,并且可借助基因組學、生物信息學與合成生物學系統將其優化。其豐富的微生物資源庫使MBI具備發現更多創新型活性成分和作用機制的實力。

ResearchAndMarkets數據顯示,預計到2023年,全球除草劑的年銷售額將達到270億美元。MBI獲得的新菌株將使其產品在這一龐大的除草劑市場中具備更強的競爭力。

MustGrow從芥菜中分離出新成分,可用作內吸性和非選擇性生物除草劑

加拿大MustGrow Biologics Corp.在2021年3月宣布,該公司從芥菜種子中提取出了一種硫氰酸鹽。這種物質使得芥菜具備天然除草特性。這一硫氰酸鹽是MustGrow從芥菜種子中提取出并濃縮的第三種物質。

硫氰酸鹽提取物具備制成天然非選擇性和內吸性除草劑的潛力。據MustGrow介紹,其技術能夠100%殺滅小雜草和雜草種子。該物質在土壤中仍具備活性。內吸性使得該物質能夠從土壤進入植物根部,并轉移至莖葉。與其相比,合成的草甘膦除草劑會和土壤顆粒緊密結合,在土壤中的活性較差,只能作用于地上部分的雜草。在特定的種植體系中,硫氰酸鹽這種天然物質具有成為草甘膦替代品的潛力。

除了具備除草功效,公司的植物源除草劑對土壤健康也十分有益。使用芥菜源產品能夠為土壤增添有機植物體。產品從土壤中消除的速度較快,避免對有益生物產生長期毒性。使用該產品還能夠為土壤微生物創造健康的生態環境,增加有益菌的數量。

農化巨頭正對MustGrow的生物除草劑等產品開展商業化評估及產品進一步的開發工作。

住友商事針對美洲地區評估MustGrow的芥菜源產品,已證明這些生物制劑與一些常用化學農藥相比,具備積極的功效。這些評估試驗均在美洲各地開展,理想的結果促使兩公司擴大合作。住友計劃持續開展各類田間開發、法規和市場評估工作,為這些產品的商業化做準備。

拜耳針對歐洲、亞太、中東和非洲市場評估MustGrow的生物制品技術,以確定產品功效及其在農業主產區的商業化潛力。兩公司簽署了合作協議,拜耳出資獨家在這些地區進行所有實驗室和田間開發、法規和市場開發。MustGrow則在其他地區繼續開展田間試驗、研發和法規相關工作。

MustGrow的除草劑項目目前聚焦在提取優化和制劑方面的工作上。其芥菜種子中提取的硫氰酸鹽無論是單獨使用,還是與其他產品聯合使用,都具備良好的應用潛力。住友和拜耳的參與將進一步促進產品的優化,加快產品推出步伐。

新發現真菌將有助于澳洲農民治理最棘手雜草

澳大利亞農業最難防治的雜草之一--香絲草(Conyza bonariensis),對澳洲作物、牧草及農民生計影響巨大,每年僅對谷類種植造成的損失超過4300萬美元。香絲草是源自南美洲,生長極為迅速的雜草。這種雜草可長至一米高,產籽量大。每株香絲草可產生超過10萬粒種子,借助風、水、動物和交通工具可長距離傳播,雜草蔓延速度快。

香絲草生態學者Gooden博士介紹道：″香絲草是谷類作物中最難防治的雜草之一,在澳洲影響近300萬公頃用地。這種雜草對一些(化學)除草劑已產生抗性,希望生物農藥能有效減少香絲草在該國的數量。我們在哥倫比亞發現一種銹菌,名為蔬食蛇床柄銹菌(Puccinia cnici-oleracei),可感染香絲草,破壞其植物組織,從而影響其生長。″

這種真菌被帶入澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO),科研人員對此開展了大量研究,以確定其在澳洲用作生物除草劑的安全性。Gooden博士指出,研究發現這種真菌只感染香絲草,所有檢驗的非靶標植物均對這種真菌具備抵抗力。據此,這種真菌具備安全性,并且已被澳洲農業、漁業和林業部門獲準在澳洲使用。