台灣經濟研究院生物科技產業研究中心農業生技資訊加值小組報告人 : 楊玉婷助理研究員 2012 台灣生技月 / 生物科技大展農業生技市場趨勢及產品行銷論壇 全球植物保護製劑與有機農業市場發展與趨勢 2012.7.28 植物保護製劑發展史 早期以生物農藥為主 16 世紀 : 鯨油混合食醋 : 抑制昆蟲幼蟲的發育 17 世紀 : 菸葉萃取物尼古丁 (nicotine): 防治甲蟲 18 世紀 : 雷公藤 除蟲菊 : 殺蟲 19 世紀 : 1835 年義大利昆蟲學者亞格斯汀 巴謝 (Agostino Maria Bassi) 以實驗證實當時某種常見的蠶病是由真菌所引起, 後人將該菌以巴謝命名, 即現在的白殭菌 (Beauvaria bassiana) 昆蟲病理學之父 Agostino Maria Bassi 2 植物保護製劑發展史 世界上最早的植物保護製劑 西晉嵇含, 世界上第一位植物學家於永興元年 (304 B.C.) 著作 南方草木狀 黃猄蟻防治柑桔角肩椿象 最早生物防治的紀載 植物保護製劑發展史 化學農藥大量合成 第二次世界大戰後大量使用化學農藥 肥料 市面上充斥著滴滴涕 (DDT) 巴拉松(parathion) 等化學合成農藥, 因為具廣效性 作用快速 效果好等優勢, 化學農藥成為主流 柑乃橘之屬, 滋味甘美, 特異者也, 有黃者, 有赬者, 赬者為之壺柑, 交趾人以席囊貯, 蟻鬻於市者, 其窠如薄絮, 囊皆連枝葉, 蟻在其中, 並窠而賣, 蟻赤黃色, 大於常蟻, 南方柑樹若無此蟻, 則其實皆為群蠧我傷, 無復一完者矣, 今華林園有柑二株, 遇結實, 上命群臣宴于旁, 摘而分賜焉 1 20 世紀末生物農藥受到重視 1980 年代, 化學農藥引發的抗藥性 環境污染 農藥殘留問題受到關注 促使生物農藥的使用逐漸增加, 相關的研發也從 1990 年代開始快速發展 Rachel Carson(1907-64 年 ) 1962 年 3
全球植物保護製劑市場規模 全球化學農藥市場成長趨緩 由 2009 年 450 億美元成長至 2014 年 520 億美元, 年成長率為 2.9%, 低於 2004 至 2009 年期間的 4.1% 農藥市場中, 北美及亞太即占一半 資料來源 :Freedonia Group; 台灣經濟研究院生物科技產業研究中心整理 植物保護製劑市場驅動因子 安全意識抬頭, 管理政策趨嚴 各國化學農藥管理趨於嚴格 劇毒化學農藥禁用政策 : 各國政府逐步禁止使用高毒性 高污染性產品 農藥殘留量趨嚴政策 : 如日本將已訂有殘留基準的農藥品項, 由 250 種增加至 586 種, 其中規定 15 種農藥不得驗出殘留, 其餘則統一訂定殘留標準為 0.01ppm 以下, 檢驗不合格產品被禁止流通販售 化學農藥減量政策推動 訂定化學農藥減量目標 : 如法國預計十年內於 2018 年達減量 50%; 韓國以 2004 年為基期, 預定至 2013 年減少 40% 的化學農藥 推動以更安全的產品取代 : 如歐盟 2011 年新的植物保護產品上市規則, 導入替代 (substitution) 機制 低風險活性物質 (low-risk active substance) 等規範, 鼓勵更安全的產品, 例如生物農藥上市 4 6 全球植物保護製劑市場規模 全球生物農藥市場快速成長 由 2009 年 16 億美元成長至 2014 年 33 億美元, 年成長率為 15.6%, 遠高於化學農藥的 3% 生物農藥占整體植物保護製劑市場比重, 由 2009 年 3.7% 增為 2014 年 6.5% 歐美為主要市場 生物農藥占植物保護製劑市場比重 資料來源 :BCC Research (2010); 台灣經濟研究院生物科技產業研究中心整理. 歐洲 27% 2009 生物農藥市場 拉丁美洲 15% 亞洲 12% 其他 16% 北美 30% 資料來源 :BCC Research (2010); 台灣經濟研究院生物科技產業研究中心整理. 5 蟲害族群密度/危害損失時間病植物保護製劑市場驅動因子 安全用藥與整合型病蟲害管理的應用 IPM 是指考量所有可用以防治病害的技術及方法, 進行適當的組合以防治病害, 並降低使用化學製劑對環境及人體造成的風險 Global IPM Facility:IPM 可減少化學農藥使用 提高作物產量 增加農民收入, 同時也能減少農民中毒 水汙染的機率, 降低大眾健康風險 無法接受的危害 可接受的危害 不具經濟危害 ( 嚴重危害 ) ( 經濟門檻 ) ( 統計門檻 ) 7
14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0 千公頃 植物保護製劑市場驅動因子 Oceania Europe Latin America Asia Northern America Africa 資料來源 :FiBL; 台灣經濟研究院生物科技產業研究中心整理 全球有機農業的發展 2009 年全球有機農業生產面積已達 3,717 萬公頃, 過去 10 年以 9.6% 的年複合成長率成長 大洋洲的有機生產面積最大, 達到 1,215 萬公頃, 其次是歐洲為 920 萬公頃, 和拉丁美洲的 856 萬公頃 近年非洲和亞洲成長快速 (10 年年複合成長率各為 39.2% 和 56.8%) 2009 年全球有機食品市場為 549 億美元, 其中歐洲及美國為兩大市場, 各約占全球規模的四成以上 以國別區分最大市場在美國 德國和法國, 人均消費力最高的是丹麥 瑞士和奧地利等國 植物保護製劑應用特性 與化學農藥比較, 生物農藥具有下列優點 作用機制較複雜, 不容易產生抗藥性 控制化學農藥無法抑制的病蟲害 因毒性較低, 較無殘留問題, 有些生物農藥不需要採收前間隔期 容易被分解, 不會在環境中殘留與累積 有機農業准許使用經認證的生物農藥, 但不得使用化學農藥 註冊約只需化學農藥的六分之一的花費, 三分之一的時間 與化學農藥比較, 生物農藥具有下列缺點 除達到特定純度與活性要求外, 甚至必須於無菌狀態下生產, 致使生產成本較高 對環境的耐受性較低, 容易因為紫外線 溫度與乾燥等因素降低活性 保存期限較短, 劑型與使用方法限制較多 廣效性較差 8 10 植物保護製劑市場驅動因子 植物保護製劑原理抗生 我國有機農業的發展 2011 年我國有機栽培面積在已達 5,015 公頃, 近年成長快速 在 2010 年, 有機蔬菜的栽培面積達到 1,435 公頃, 為最主要有機農產品, 其次是水稻, 栽培面積為 1,316.9 公頃 在 2010 年, 我國有機農業初級產品產值實際為新台幣 24 億元 目前台灣市售的有機食品有 70% 來自於進口 隨著有機市場的成長, 國內有機農業可望持續擴張 1,600 1,400 1,200 1,000 800 600 400 200 公頃 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 水稻 蔬菜 果樹 茶樹 其他 資料來源 : 有機農業全球資訊網 ; 台灣經濟研究院生物科技產業研究中心整理 9 11
植物保護製劑原理競爭 生物農藥產品類型 類別 生化製劑 天然素材 定義 用於作物病原 害蟲 雜草防治或誘發作物抗性之微生物或其有效成分經由配方所製成之產品, 其微生物種類例如細菌 真菌 病毒和原生動物等 天然產物經過化學方法精製, 其防治方法不會直接毒殺有害生物者 ; 如以化學產物合成者, 其結構應與天然化合物相同或作用機制相同之異構物 例如昆蟲費洛蒙 天然產物不以化學方法精製或再加以合成之農藥, 製程可先經脫水 乾燥 壓榨 磨粉 製粒等物理加工程序 例如印楝素 160 140 120 100 80 60 40 20 0 112 149 140 127 89 58 56 74 2004 2009 天敵昆蟲 包括捕食性天敵, 例如瓢蟲 ; 與寄生性天敵, 例如寄生蜂 資料來源 : 農委會防檢局, 農藥資訊服務網, APPPC; 台灣經濟研究院生物科技產業研究中心整理 資料來源 :BCPC Manual of Biocontrol Agents, 台灣經濟研究院生物科技產業研究中心整理 全球植物保護製劑產品數量趨勢 12 14 植物保護製劑原理寄生 蘇力菌 使用最廣泛的植物保護製劑產品 1911 年日本石渡繁胤發表家蠶猝死病例, 同年德國柏利那 (Berliner) 從地中海粉螟幼蟲體內, 分離出病原 1938 年在法國出現第一個蘇力菌產品 至今全世界蘇力菌為生物農藥產品之大宗, 占生物農藥市場規模的 67% 伴孢晶體蛋白 專一性因品系而異, 應用最廣的品系 : Bacillus thuringiensis var. kurstaki, Btk 我國主要應用在鱗翅目蟲害防治 石渡繁胤 (1868-1941) 顯微鏡下的蘇力菌孢子和殺蟲毒蛋白晶體 13 15
枯草桿菌 多重作用機制 拮抗微生物 產品 美國古斯塔夫森公司的 Kodiak TM 俄羅斯新西伯利亞公司的貝克芬 (Bactophyt TM ) 台灣百泰 : 台灣寶 蟲生真菌 在自然界中有超過 800 種的真菌對昆蟲有致病能力, 此類真菌又稱為昆蟲病原真菌 (Entomopathogenic fungi) 資料來源 : 苗栗區農業專訊第 41 期 黑殭菌 綠殭菌 16 18 生化製劑 木黴菌 製作有機肥 促進生長 病害防治 費洛蒙 費洛蒙為昆蟲分泌體外之激素, 用以誘引同種生物, 性費洛蒙為害蟲防治使用最普遍的一種, 通常由雌蟲分泌, 少數由雄性分泌, 吸引雌蟲交尾 性誘引劑 木黴菌 (Trichoderma sp.) 對根腐病病原 (Rhizoctonia sp.) 的超寄生現象 SEM Magnification: 2350x. 甲基丁香油防治東方果實蠅, 克蠅防治瓜實蠅 食物誘引劑 酵母碇 蛋白質水解物 17 19
天然素材 植物保護製劑的應用 印楝素 1926-27 年間印度蝗災, 印楝 倖免於難 腹地廣大, 全區中有約 1,600 公頃的景觀設施, 堪稱全球最大的公共花園之一 印度神樹 1985 年印楝素為主要成分的第一個商品藥劑 Margosan-O 首先在美國獲准登記, 成為繼除蟲菊酯後第二個被批准使用的植物性用藥 估計全區有 700 萬以上的樹木花草, 光是玫瑰就有 100 個品種,13,000 棵植栽 使用殺菌用的皂類 油類, 以及蘇力菌 (Bacillus thuringiensis, Bt), 進行蚜蟲 粉介殼蟲 粉虱 蟎類 鱗翅目幼蟲等等的生物防治 Disney 的病蟲害防治也需定期監控整體園區的病蟲害及有益生物的族群數量 對昆蟲有拒食 忌避 調節生長及絕育等多種作用 20 22 天敵 代表性資材公司 捕食性天敵 螳螂 草蛉 捕食範圍廣 : 粉蝨 介殼蟲 潛葉蛾以及葉蟎 木蝨 及蚜蟲 食量大易飼養 寄生性天敵 AgraQuest 創立於 1995 年, 總部位於美國加州戴維斯, 製造工廠設於墨西哥的特拉斯卡拉 致力於開發有效 安全 環境友善的生物性農藥 公司表示, 超過 50% 的人用藥物是來自植物與微生物等自然資源, 然而, 農藥卻只有 7% 來自自然資源, 可見此領域仍具有開發潛力 多項產品上市, 以 Serenade Sonata Ballad Plus Rhapsody Baritone Requiem 等品牌行銷 其中 Serenade 系列 Sonata Ballad Plus 等產品的活性成份都是來自芽孢桿菌屬, 用來對抗真菌與細菌引起的病害 產品名菌種作用 OMRI Serenade 枯草桿菌 (QST 713) 殺真菌與細菌 V Sonata 短小芽孢桿菌 殺真菌 V Ballad Plus (QST 2808) 殺真菌 V Baritone 蘇力菌 (BMP 123) 殺蟲劑 - 21 23
代表性資材公司 代表性資材公司 Valent BioSciences 日本化學大廠住友化學 (Sumitomo Chemical Co.) 於 2000 年併購 US biopesticide 與 Abbot Laboratories 的植物生長調節業務而成立, 具 40 年以上農林業及公共衛生的環境友善產品開發經驗 2001 年與 2003 年分別再收購 Aventis 的家用殺蟲劑業務, 以及日本三井物產 (Mitsui & Co.) 在美國分支 Certis USA 的公共衛生業務, 獲得獨家使用 Thuricide 於林木蟲害防治之權利, 以及防治蚊子的 Teknar 生物農藥產品 產品有生物殺蟲劑 植物生長調節劑 生物殺線蟲劑三類, 其中以生物殺蟲劑 植物生長調節劑各約佔 50% 產品名 菌種與成分 作用 OMRI DiPel 蘇力菌孢子與內毒素蛋白 殺蟲劑 V ProGibb 激勃素 (gibberellic acid) 植物生長調節劑 V ReTain 乙烯合成抑制劑 (aminoethoxyvinylglycine) 植物生長調節劑 V DiTera 漆斑菌 殺線蟲劑 V 24 Koppert Biological Systems (KOPPERT B.V.) 荷蘭科伯特生物系統有限公司 創立於 1967 年, 在全球各地從事生產 銷售 物流 諮詢和研究 公司員工人數 700 多人 荷蘭研發中心從事生物防治及授粉研發的研究人員有 30 名 全球分公司 : 英國 比利時 法國 義大利 斯洛伐克 西班牙 土耳其 美國 加拿大 墨西哥 紐西蘭 韓國和中國等 20 國, 在 80 多個國家透過代理等模式銷售 以捕食蟎為主要營業項目 ( 防治葉蟎 ) 天敵昆蟲有益微生物其他 捕食蟎寄生蜂瓢蟲花椿象食蚜蠅癭蚊盲蝽草蛉木黴菌授粉昆蟲 Trianum TM 26 代表性資材公司 植物保護製劑與有機農業的展望 Syngenta Bioline Syngenta 是由 Novartis 農業業務與 Zeneca Agrochemicals 於 2000 年合併成立之公司, 業務包括植物保護劑與基改種子研發 植物保護劑中的生物性農藥產品是由 Syngenta Bioline 公司開發 品牌 病蟲害 產品 ( 天敵 ) 產品包裝形式 Adalline 蚜蟲 瓢蟲 有成蟲與幼蟲兩種形式 Amblyline 薊馬 蟎 將捕植蟎裝在懸掛式囊袋中, 可持續釋出捕植蟎 Anderline 紅蜘蛛 蟎 將捕植蟎裝在懸掛式囊袋中, 可持續釋出捕植蟎, 且防水型包裝可用於戶外或屋頂灑水式的溫室中 Bugline 粉蝨 薊馬 蟎 長條型的帶狀的防水釋控包裝, 可持續釋出捕植蟎 Aphiline 蚜蟲 寄生蜂 寄生於昆蟲體的寄生蜂 Chrysoline 蚜蟲 草蛉 附在蕎麥皮上的草蛉幼蟲 Dacdigline 斑潛蠅 2 種寄生蜂 組合 2 種寄生蜂, 將成蟲裝於瓶內, 內含食物 Exhibitline 黑翅蕈蠅幼蟲 象鼻蟲幼蟲 線蟲 密封包裝 費洛蒙,Taki-traps, 用以誘導捕捉害蟲, 並監控害蟲數 Thripline 薊馬 - 量 25 於設施內使用植物保護資材 台灣地處亞熱帶, 高溫多濕的氣候易造成病蟲害肆虐, 設施栽培為我國農業發展趨勢之一 如溫室內施放捕植蟎等生物防治資材 27
植物保護製劑與有機農業的展望 共存共榮的多樣性生態系 28 農業生技產業資訊網 http://agbio.coa.gov.tw/ 台灣經濟研究院生物科技產業研究中心農業生技資訊加值小組 http://agbio.coa.gov.tw/ 楊玉婷 許嘉伊 TEL: (02)2586-5000 ext. 549 FAX: (02)2597-9641 Email: d26198@tier.org.tw