細菌性病害是我國農業生產中的常發性病害，幾乎每種作物都有發生，通常會造成作物減產20%～30%，其數量和危害程度已超越病毒，成為僅次于真菌的第二大病原物。

據悉，全世界細菌性作物病害約有500多種，我國主要的細菌性作物病害就有200多種，約占全世界植物細菌性病害種類的1/4～1/3。糧食作物中的水稻細菌性條斑病、水稻白葉枯病、果樹中的柑橘潰瘍病、芒果角斑病、火龍果和香蕉的軟腐病、瓜菜類中的馬鈴薯青枯病、瘡痂病、黃瓜細菌性角斑病、十字花科蔬菜軟腐病、姜瘟病等，都給作物造成了嚴重損失。

由于細菌性病害具有流行性、暴發性、毀滅性等特點，且傳播方式多樣，可從植株傷口、裂口和蔬菜葉緣水孔處等侵入，還可借流水、雨水、昆蟲等傳播，在病殘體、種子、土壤中過冬，在高溫和高濕條件極易暴發。

作物青枯病（被譽為″植物癌癥″）是世界上最具毀滅性的細菌性病害之一，其病原為茄科雷爾氏菌復合種，可以侵染50多科的450多種植物，全球每年損失達到10億美元。Xylella fastidiosa（譯為木質部難養菌\皮爾斯病菌株）是一種特別危險的植物病原細菌，能夠侵染多種作物，如葡萄、柑橘、杏仁、橄欖、桃和咖啡。據歐洲委員會（EC）估計，如果X. fastidiosa在整個歐盟范圍內全面傳播，可能導致每年高達55億歐元的產量損失。

當前我國細菌性病害年發生面積在1.2億畝左右。據估計，我國細菌性病害當前的市場容量超30億元，主要集中在橙橘柚潰瘍、蔬菜細菌性角斑、桃樹細菌性穿孔以及青枯病等土傳病害的防治上。

近幾年以來，化學殺菌劑的連年使用，使很多植物病原細菌產生了很強的耐藥性，耐藥性細菌疾病的暴發通常難以控制，同時也造成了嚴重的化學殘留及污染，給農業生產和人們生活帶來很大影響。噬菌體因其特異性強、副作用少、增殖能力強且不易產生抗性等優點在醫學和食品上應用已較為廣泛，在作物中，利用噬菌體進行細菌性病害防治在近年來才逐漸被人們重視及開發。

噬菌體的基本原理

噬菌體，一類能夠特異性感染并破壞特定細菌的病毒，具有成為植物細菌性疾病生物防治劑的潛力。噬菌體通過特定的受體與細菌結合，并注入其遺傳物質，利用細菌的生物合成系統進行復制。在復制過程中，噬菌體會編碼特定的酶，如內溶素和裂解酶，這些酶能夠破壞細菌的細胞壁，導致細菌裂解并釋放出新的噬菌體粒子。這一過程可以直接殺死病原體，從而減少植物病害的發生。

噬菌體生物防治的優缺點

利用噬菌體對細菌性疾病進行生物防治，是一種針對植物感染量身定制的方法。

與傳統農藥進行作物細菌性病害防治相比，噬菌體具有以下優勢：在生物界中普遍存在；較低濃度有良好療效；易分離；噬菌體為有限自我復制的病毒，它們只在有寄主的條件下才能生存與復制，在寄主缺乏的情況下，噬菌體將會很快凋亡；噬菌體對環境沒有毒性，不會對環境造成污染，滿足當代提倡的綠色無公害農業要求；噬菌體特異性強，只針對相應的致病菌，而不會破壞正常菌群，而傳統農藥防治在殺滅致病菌的同時，也破壞了土壤中的有益菌群，從而導致土壤微生物失衡，對環境造成不利影響；噬菌體的指數增殖能力是噬菌體治療的一個顯著優勢，用少量的噬菌體制劑就可以殺滅細菌，而用傳統的農藥，需要達到一個比較高的含量才能達到殺菌的目的，此外還導致土壤農藥殘留較高，污染環境；細菌不易對噬菌體產生抗性，另一方面噬菌體也可產生適當的變異以適應宿主菌的變異，具有突變和克服細菌耐藥性的能力等，傳統細菌病害防治手段則不具備這種優勢；噬菌體的研制開發所需的時間短，成本低，保存容易。

作為一種新興的生物農藥，噬菌體可以作為植物細菌性疾病綜合治理的一部分，可與其他化學制劑以及生物試劑聯合使用，在未來將會有廣闊的發展前景[1]。

噬菌體耐藥細菌的出現可能成為使用噬菌體控制細菌感染的主要限制因素之一。然而，一些研究人員認為，較小頻率的噬菌體抗性突變體不應阻礙噬菌體作為生物防治劑的使用。細菌細胞表面噬菌體受體的突變是導致耐藥性最常見的原因。可利用從野生型噬菌體中獲得的突變噬菌體，恢復其對細菌的溶解活性；分離新的或修飾的噬菌體、采用多種噬菌體的″雞尾酒″混合來預防和對抗微生物耐藥性。一些研究也表明，將噬菌體治療與抗生素相結合，可以避免或減少耐藥性的出現機會[2]。為了確保噬菌體混合物在環境條件下長期儲存期間能夠存活，需要更優質的保護制劑[3]。

噬菌體在植物保護中的應用

研究表明，噬菌體能夠有效地控制多種植物細菌性疾病。例如，針對番茄和辣椒的細菌性斑點病、蘋果和梨的火疫病、以及馬鈴薯的軟腐病等，都有相應的噬菌體產品在實際農業生產中得到應用。這些噬菌體產品通常以噴霧的形式直接施用在作物上，能夠有效減少病原體的數量，降低病害的發生。

20世紀初，D′Herelle和Twort發現了噬菌體。不久之后，人們開始使用噬菌體來控制植物疾病的研究。1924年，Mallman和Hemstreet在腐爛的卷心菜中分離致病菌時，發現有抑制致病菌生長的噬菌體。Thomas田間試驗對斯圖爾特玉米枯萎病進行了試驗，結果表明，通過使用針對植物病原體的噬菌體處理種子，可以降低疾病的發病率。然而，由于當時對噬菌體不了解，且數據有限，這類研究被忽視了。近半個世紀后，Civerolo使用噬菌體處理的方法，將桃幼苗上的細菌斑點(黃單胞菌)的嚴重程度降低了86%～100%。在接下來的幾年里，噬菌體被用于防治由黃單胞菌、根癌土壤桿菌、茄科雷爾氏菌、梨水疫病菌引起的幾種植物病害。目前，噬菌體已被研究為治療植物致病菌的藥物。

產業化進展

美國環境保護署于 2005 年首次批準了一種由野油菜黃單胞菌(Xanthomonascompestris)和丁香假單胞菌(P syringae)噬菌體配制而成的噬菌體制劑的注冊申請。

近年來，利用噬菌體控制植物病原菌的一些產品已經被開發和商業化，用于治療多種作物的感染，包括菠菜、西紅柿、辣椒、蘋果、梨、桃子、櫻桃、杏仁、核桃、榛子等。全球范圍內的研究機構和企業都在積極探索噬菌體在植物保護中的應用。例如，美國OmniLytics公司開發的AgriPhage系列產品，已經在美國獲得環保署的批準，用于防治番茄和青椒的細菌性病害。AgriPhage產品的有效成分就是噬菌體，僅對靶標細菌起效，對操作人、有益種群以及環境風險極低。此外，AgriPhage產品對已對抗生素、銅制劑等產品產生抗性的細菌仍然有效，可低于最大殘留限量。此外，歐洲和亞洲的研究機構也在開展噬菌體在農業方面的研究和示范試點。

在印度，為農業部門開發基于噬菌體的解決方案的研究也正在加大力度，越來越多的噬菌體被分離出來并證明其對細菌性植物病原體有裂解效果。Ranjan等分離出一種針對米苔蘚的噬菌體φXOF4，該菌株能夠裂解所有引起水稻葉枯病（BLB）的米苔蘚菌株。研究還觀察到，從噬菌體處理的種子中培育的幼苗BLB的發生率降低。盡管噬菌體在控制植物病原體方面的突出功效令人欣慰，但由于嚴格的法規，基于噬菌體的生物農藥尚未列入農藥的注冊名錄。在歐盟，依據現行法規，只有四分之一的活性物質和植物保護產品（PPP）被允許用于農業。注冊程序復雜而冗長，因為該程序涉及四個主要機構：報告員成員國、歐洲食品安全局（EFSA）、衛生和食品安全總局（DG SANTE），還有植物、動物、食品和飼料常設委員會（PAFF委員會）。因此，在歐洲，只有兩家公司注冊了基于噬菌體的生物農藥。Enviroinvest是一家匈牙利公司，開發了Erwiphage? Plus，用于控制蘋果樹和梨的火疫病病害。APS Biocontrol Ltd. 是一家蘇格蘭公司，開發了含有 Biolyse? PB 的噬菌體來控制馬鈴薯軟腐病，即果膠桿菌感染。然而，迄今為止，歐洲食品安全局尚未將噬菌體產品注冊為植物保護產品或生物農藥。

在美國，環境保護署（EPA）和食品和藥品監督管理局（FDA）參與了生物農藥的監管框架。OmniLytics，Inc.是第一家獲得噬菌體生物防治產品注冊的美國公司Omnilytics是Phagelux的一部分，在美國的Agriphage產品線中開發了四種不同的商業產品，這些產品已被美國環境保護署注冊為生物農藥，并由Certis USA商業化。其基于噬菌體的生物農藥AgriPhage，用于番茄和辣椒上的細菌斑點和由坎佩斯特氏菌和丁香假單胞菌引起的斑點。此外，最近，該公司還開發了基于噬菌體的新型生物農藥，用于控制番茄細菌性潰瘍病、蘋果和梨的火枯病以及柑橘潰瘍病。

在日本，XylPhi-PD是大冢制藥公司開發的另一種基于噬菌體的生物農藥，用于控制Xylella fastidiosa(葉緣焦枯菌)[4,5]。

面臨的挑戰

盡管噬菌體療法在植物保護中顯示出巨大潛力，但在實際應用中仍面臨一些挑戰。首先，噬菌體的穩定性和持久性需要進一步提高，以適應多變的自然環境。其次，噬菌體的宿主范圍需要明確，以避免對非目標細菌產生影響。此外，噬菌體的注冊和監管也是推廣應用的關鍵因素。

噬菌體生物防治方法的一個問題是噬菌體混合物需要不斷更新，以裂解盡可能多的新出現的目標菌株。這使得噬菌體混合物能夠在特定的情況下適應相關的致病菌株，并避免噬菌體耐藥性的發生。然而，此前歐盟法規(1107/2009EC)要求對噬菌體混合物成分的任何改變都需要重新注冊，耗時，也需要大量資金，使得美國的方法在歐盟不可行。很多國家在允許生物防治劑控制細菌性植物病害的立法方面存在差距和延誤，這個問題是由于新出現的靶細菌菌株的不斷變化而產生的，但這個問題可以通過篩選適應新菌株的噬菌體以及適時更新來克服。此外，與噬菌體生物防治有關的立法應是具有一定的彈性的，以便生物防治劑的最佳應用和實施。

未來展望

全球農藥以作物用農藥為主，2022年全球農藥市場規模達到760億美元，2023年超過667億美元。作物保護用藥仍然是全球農藥市場的主力，預計2023年的市場份額仍然在88%左右。

作物用農藥產品種類豐富，以除草劑、殺蟲劑和殺菌劑為主。全球作物用農藥市場規模中，除草劑占比為 45.2%，殺蟲劑占比為 24.8%，殺菌劑占比為 20.4%，其他農藥占比為 9.6%。全球殺細菌劑市場將以4.6%的年復合增長率增長，2022年市場價值超過118.8億美元，未來，應該大力增加噬菌體產品所占比例。

基于噬菌體生物防治的綜合植物保護策略概述[6]

1. 通過從患病作物中分離菌株來建立代表性細菌數據庫。對這些細菌進行系統發育分析可以估算總細菌多樣性。關于地理位置和分離期的元數據有助于了解菌株的地理分布。此外，還需要了解菌株的毒力，以確定從收集物中篩選出的最相關菌株。

2. 從各種感染區域建立噬菌體數據庫。測試不同噬菌體的宿主范圍，并將其與細菌系統發育聯系起來，以便根據菌株分布開發合理的噬菌體應用。此外，深入的基因組數據有助于選擇可安全用于農業環境的裂解性噬菌體。在復配噬菌體雞尾酒時，雞尾酒最好由識別不同受體的噬菌體組成，以遏制抗藥性發展。

3. 在垂直農業中，植物在完全受控的水培溫室中生長，使用LED作為主要光源。可以使用基于傳感器的技術對植物進行監測，從而控制植物的生長。從這個角度來看，經過機器學習算法訓練的高光譜傳感器可用于早期疾病檢測。一旦檢測到感染，可以向種植戶的智能手機發送通知。

4. 對受感染的植物進行清除，用生物農藥（如噬菌體）治療鄰近植物。

5. 可以將高光譜傳感器安裝在無人機等無人駕駛飛行器上，以檢測田間病害。這些無人機可以向農民發送報告，農民可以合理地清除病株和治療感染區域。

2022年1月《″十四五″全國農藥產業發展規劃》中指出，計劃到2025年，著力培育10家產值超50億元企業、50家超10億元企業、100家超5億元企業。

我國農藥行業正處于轉型升級的關鍵時期，從以規模擴張為主向以質量效益為主轉變，從以傳統農藥為主向以新型農藥為主轉變，從以原料藥和制劑為主向以綜合服務為主轉變。

隨著對噬菌體研究的深入，其在植物保護中的應用前景日益明朗。未來的研究將集中在提高噬菌體的穩定性、擴大宿主范圍、開發新的噬菌體產品以及制定合理的監管政策等方面[7]。此外，隨著合成生物學技術的發展，基因工程改造的噬菌體可能會為植物保護提供更多的可能性。噬菌體作為一種新型的生物農藥，在植物細菌性疾病的防治中具有巨大的應用潛力。通過不斷地研究和技術創新，噬菌體療法有望成為未來植物保護領域的重要手段，為實現可持續農業發展做出更大貢獻。

參考文獻

[1] Vu NT, Oh CS. Bacteriophage Usage for Bacterial Disease Management and Diagnosis in Plants. Plant Pathol J. 2020 Jun 1;36(3):204-217. doi: 10.5423/PPJ.RW.04.2020.0074. PMID: 32547337; PMCID: PMC7272851.

[2] Jaglan, A.B., Vashisth, M., Sharma, P. et al. Phage Mediated Biocontrol: A Promising Green Solution for Sustainable Agriculture. Indian J Microbiol (2024). https://doi.org/10.1007/s12088-024-01204-x

[3] Kering K K, Kibii B J, Wei H. Biocontrol of phytobacteria with bacteriophage cocktails[J]. Pest management science, 2019, 75(7): 1775-1781.

[4] Nawaz, A., Zafar, S., Shahzadi, M. et al. Bacteriophages: an overview of the control strategies against phytopathogens. Egypt J Biol Pest Control 33, 108 (2023). https://doi.org/10.1186/s41938-023-00751-7

[5] 農用噬菌體，一個潛在的十億級增量市場，或成為抗生素的黃金搭檔. [2022-04-08]https://zhuanlan.zhihu.com/p/495018348

[6] Holtappels D, Fortuna K, Lavigne R, et al. The future of phage biocontrol in integrated plant protection for sustainable crop production[J]. Current Opinion in Biotechnology, 2021, 68: 60-71.

[7] 趙曦,鄭德洪.噬菌體防治植物細菌性病害研究進展[J].廣西植保,2020,33(01):32-36