สารชีวภาพกำจัดศัตรูพืชคือ สารชีวภาพหรือจุลินทรีย์ที่ใช้ในการควบคุมศัตรูพืชสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังและสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ที่ใช้ในการควบคุมศัตรูพืช มักถูกจัดอยู่ในประเภทของสาร ชีวภาพกำจัดศัตรูพืช

สารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพได้มาจากการสำรวจทางชีวภาพจากสิ่งมีชีวิตต่างๆ เช่นพืช จุลินทรีย์ เป็นต้น [ 1 ] [ ^{2 ] พวกมันเป็น}ส่วนประกอบของ โปรแกรมการ ^{จัดการ}ศัตรูพืชแบบบูรณาการและใช้เป็นสารทดแทนสารกำจัดศัตรูพืชสังเคราะห์^{[ 3 ]}

• สหภาพยุโรปกำหนดนิยามของสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพว่าเป็น "สารกำจัดศัตรูพืชรูปแบบหนึ่งที่ใช้จุลินทรีย์หรือผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ" ^{[ 4 ]}
• สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (US EPA)ระบุว่า "สารเหล่านี้รวมถึงสารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่ควบคุมศัตรูพืช (สารกำจัดศัตรูพืชทางชีวเคมี) จุลินทรีย์ที่ควบคุมศัตรูพืช (สารกำจัดศัตรูพืชจากจุลินทรีย์) และสารกำจัดศัตรูพืชที่ผลิตโดยพืชที่มีวัสดุพันธุกรรมเพิ่มเติม (สารป้องกันที่รวมอยู่ในพืช) หรือ PIPs" ^{[ 5 ]}
• สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง (ปรสิต ไส้เดือนฝอย ไรล่าเหยื่อ และสิ่งมีชีวิตที่เป็นประโยชน์อื่นๆ) และสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่อื่นๆ ได้รับการขึ้นทะเบียนโดยหน่วยงานในสหรัฐอเมริกา^{[ 6 ]}และยุโรปในฐานะตัวแทนควบคุมทางชีวภาพที่แตกต่างจากสารกำจัดศัตรูพืชทางชีวภาพ^{[ 7 ]}อย่างไรก็ตาม ในเอกสารทางวิทยาศาสตร์ บางครั้งพวกมันก็ถูกเรียกว่าสารกำจัดศัตรูพืชทางชีวภาพ ในทำนองเดียวกัน จุลินทรีย์ก็อาจถูกอธิบายว่าเป็นตัวแทนควบคุมทางชีวภาพได้เช่นกัน^{[ 8 ]}

ยอดขายสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพทั่วโลกในปี 2024 อยู่ที่เกือบ 9.0 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ เทียบกับ 78 พันล้านดอลลาร์สหรัฐสำหรับสารกำจัดศัตรูพืชสังเคราะห์^{[ 9 ]}ตลาดสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพมีอัตราการเติบโตมากกว่า 10% และจะเท่ากับตลาดสารกำจัดศัตรูพืชสังเคราะห์ในปี 2040 หากอัตราการเติบโตนี้ยังคงดำเนินต่อไป^{[ 9 ]}การใช้งานส่วนใหญ่อยู่ในพืชผักและพืชที่ปลูกในโรงเรือน แต่บราซิลซึ่งเป็นประเทศที่มีการเติบโตอย่างมากเนื่องจากการสนับสนุนจากรัฐบาล มีการใช้ในพืชไร่เป็นจำนวนมาก^{[ 9 ]} ในทางตรงกันข้ามกับผู้ผลิตสารกำจัดศัตรูพืชสังเคราะห์ มีผู้ผลิตสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพจำนวนมาก (>300 ราย) ทั่วโลก^{[ 9 ]}ส่วนแบ่งตลาดที่ใหญ่ที่สุดคือสารกำจัดแมลงชีวภาพ ตามด้วยสารกำจัดเชื้อราชีวภาพ และสารกำจัดวัชพืชชีวภาพ ซึ่งมีส่วนแบ่งเพียง 1% ของตลาดสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพ^{[ 10 ]} Van Lenteren ได้จัดทำรายการสิ่งมีชีวิตที่ใช้ในการควบคุมทางชีวภาพ^{[ 11 ]}

สารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพและสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ระบบ การทำเกษตรอินทรีย์นำวิธีการเหล่านี้มาใช้บางส่วน (จุลินทรีย์และสารเคมีที่ได้จากชีวภาพ) และไม่อนุญาตให้ใช้บางส่วน (พืชดัดแปลงพันธุกรรมและ RNAi) ^{[ 12 ]}

สารชีวภาพกำจัดศัตรูพืชสามารถจำแนกได้ดังนี้:

• สารกำจัดศัตรูพืช จุลินทรีย์ประกอบด้วยแบคทีเรียเชื้อราที่ก่อโรคในแมลงหรือไวรัส (และบางครั้งรวมถึงเมตาบอไลต์ที่แบคทีเรียหรือเชื้อราผลิตขึ้น) ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}
• สารเคมีที่ได้จากชีวภาพ สารเคมีกำจัดศัตรูพืชหรือส่วนผสมที่มีสารเคมีเหล่านี้ได้มาจากพืชและจุลินทรีย์ ในเชิงพาณิชย์ ได้แก่ไพรีทรัมโรทีโนนอะซาไดแรคตินน้ำมันสะเดาและน้ำมันหอมระเหยต่างๆซึ่งเป็นสารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่ควบคุม (หรือตรวจสอบในกรณีของฟีโรโมน ) ศัตรูพืชและโรคที่เกิดจากจุลินทรีย์^{[ 16 ] [ 12 ]}
• สารป้องกันที่รวมอยู่ในพืช (PIPs) รวมเอาวัสดุพันธุกรรมจากสายพันธุ์อื่น ( เช่นพืชดัดแปลงพันธุกรรม ) เข้าไปด้วย สารเหล่านี้ถูกห้ามใช้ในประเทศส่วนใหญ่ในยุโรป^{[ 17 ]}
• สารกำจัดศัตรูพืชกลุ่ม RNAiซึ่งบางชนิดใช้ฉีดพ่นภายนอก และบางชนิดถูกดูดซึมเข้าสู่พืช

การแทรกแซง RNA (RNAi) ใช้ส่วนของ RNA เพื่อปิดการทำงานของยีนสำคัญของแมลง อย่างถาวร ^{[ 18 ]}ในปี 2024 หน่วยงานที่เกี่ยวข้องได้ขึ้นทะเบียนการใช้ RNAi สองวิธี ได้แก่การดัดแปลงพันธุกรรมของพืชเพื่อนำยีนที่เข้ารหัสชิ้นส่วน RNAi เข้ามา และการพ่นชิ้นส่วน RNA สองสายลงบนแปลง^{[ 19 ]}มอนซานโตได้นำลักษณะ DvSnf7 มาใช้ ซึ่งแสดงออกถึงการถอดรหัส RNA สองสายที่มีชิ้นส่วน 240 bp ของยีน WCR Snf7 ของหนอนรากข้าวโพดตะวันตก [ ^{20 ] กรี}นไลท์ ไบโอไซเอนซ์ ได้นำ Ledprona ซึ่งเป็นสูตรของ RNA สองสายมาใช้เป็นสเปรย์สำหรับแปลงมันฝรั่ง โดยมีเป้าหมายที่ยีนสำคัญสำหรับโปรตีเอโซมซับยูนิตเบต้าชนิดที่ 5 (PSMB5) ในด้วงมันฝรั่งโคโลราโด [ ^{19 ] การ}ใช้งานอื่นๆ เพื่อต่อต้านแมลง ไร เชื้อรา ไวรัส และพืช ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนา^{[ 21 ]}

สารกำจัดศัตรูพืชจากเชื้อราประกอบด้วยเชื้อราและส่วนประกอบของเซลล์เชื้อรา มีการประเมินสปอร์ เช่น โคนิเดีย บลาสโตสปอร์ คลามิโดสปอร์ โอโอสปอร์ และไซโกสปอร์ ร่วมกับส่วนผสมของเอนไซม์ไฮโดรไลติก บทบาทของเอนไซม์ไฮโดรไลติก โดยเฉพาะไคติเนส ในกระบวนการฆ่า และการใช้สารยับยั้งการสังเคราะห์ไคตินที่เป็นไปได้ เป็นหัวข้อวิจัยหลัก^{[ 22 ]}

การห่อหุ้มด้วยนาโนเป็นเทคโนโลยีการกำหนดสูตรใหม่สำหรับสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพที่ห่อหุ้มส่วนประกอบทางชีวภาพที่ออกฤทธิ์ไว้ภายในตัวพาขนาดนาโน ซึ่งโดยทั่วไปมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 10 ถึง 200 นาโนเมตร แนวทางนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อแก้ไขข้อจำกัดของสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพแบบดั้งเดิม เช่น การเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็ว ความเสถียรต่ำภายใต้สภาวะภาคสนาม และประสิทธิภาพที่จำกัดเนื่องจากการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อม^{[ 23 ]}กระบวนการห่อหุ้มเกี่ยวข้องกับการฝังสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพไว้ภายในเปลือกโพลีเมอร์ ไขมัน หรือเปลือกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพอื่นๆ ซึ่งช่วยปกป้องส่วนประกอบที่ออกฤทธิ์จากการระเหย การเสื่อมสภาพจากแสง และการชะล้าง^{[ 24 ]}

สารชีวภัณฑ์กำจัดศัตรูพืชที่ห่อหุ้มด้วยนาโนได้รับการออกแบบเพื่อให้มีการปลดปล่อยส่วนประกอบที่ออกฤทธิ์อย่างควบคุมได้เพื่อตอบสนองต่อตัวกระตุ้นจากสิ่งแวดล้อม เช่น pH ความชื้น หรืออุณหภูมิ กลไกการส่งมอบเป้าหมายนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าช่วยปรับปรุงการดูดซึมและเสถียรภาพของสารฆ่าแมลงจากพืชและสารควบคุมศัตรูพืชที่ใช้ essential oil เป็นส่วนประกอบ^{[ 25 ]}เมื่อเปรียบเทียบกับสูตรทั่วไป การห่อหุ้มด้วยนาโนอาจช่วยลดความถี่ในการใช้งาน ปรับปรุงการยึดเกาะกับพื้นผิวพืช และลดผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์^{[ 26 ]}

แม้จะมีศักยภาพ แต่การนำนาโนแคปซูลมาใช้สำหรับสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพก็เผชิญกับความท้าทาย ซึ่งรวมถึงความจำเป็นในการใช้วิธีการกำหนดลักษณะมาตรฐาน ความเข้าใจที่จำกัดเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของวัสดุนาโนกับสภาพแวดล้อมทางการเกษตรที่หลากหลาย และการไม่มีกรอบการกำกับดูแลที่ครอบคลุมสำหรับสารกำจัดศัตรูพืชในรูปแบบนาโนในหลายประเทศ^{[ 27 ]}

แบคทีเรีย Bacillus thuringiensisเป็นแบคทีเรียที่สามารถก่อให้เกิดโรคในผีเสื้อด้วงและแมลงวันสารพิษจาก B. thuringiensis (สารพิษ Bt ) ได้ถูกนำมาใช้ในพืชโดยตรงผ่านทางพันธุวิศวกรรม ผู้ผลิตสารพิษ Bt อ้างว่ามันมีผลกระทบต่อ สิ่งมีชีวิตอื่นๆ น้อยมากและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่ายาฆ่าแมลงสังเคราะห์

สารควบคุมจุลินทรีย์ชนิดอื่นๆ ได้แก่ ผลิตภัณฑ์ที่มีส่วนประกอบดังนี้:

• เชื้อราก่อโรคในแมลง ( เช่นBeauveria bassiana , Isaria fumosorosea , Lecanicillium , MetarhiziumและSteinernema carpocapsae spp.)
• สารควบคุม โรคพืชได้แก่Trichoderma spp. และAmpelomyces quisqualis (ซึ่งเป็นปรสิตชั้นสูงของโรคราแป้ง องุ่น ) นอกจากนี้ยังใช้Bacillus subtilis ในการควบคุมเชื้อโรคพืชด้วย ^{[ 13 ]}
• ไส้เดือนฝอยที่เป็นประโยชน์โจมตีแมลง ( เช่น Steinernema Feltiae ) หรือทาก ( เช่นPhasmarhabditis กระเทย )
• ไวรัสที่ก่อโรคในแมลง( เช่นCydia pomonella granulovirus )
• วัชพืชและสัตว์ฟันแทะถูกควบคุมด้วยสารชีวภาพ

สิ่งมีชีวิตและสารสกัดจากสัตว์ เชื้อรา และพืชหลากหลายชนิดถูกนำมาใช้เป็นสารชีวภาพกำจัดศัตรูพืช ผลิตภัณฑ์ในหมวดหมู่นี้ได้แก่:

• ฟีโรโมนแมลงและสารเคมีสื่อสาร อื่นๆ
• ผลิตภัณฑ์จากการหมัก เช่นสปิโนซาด (แลคโตนแบบวงแหวนขนาดใหญ่)
• ไคโตซาน : พืชที่มีผลิตภัณฑ์นี้อยู่จะกระตุ้นการต้านทานแบบระบบ (ISR) ตามธรรมชาติ ทำให้พืชสามารถป้องกันตัวเองจากโรค เชื้อโรค และศัตรูพืชได้^{[ 28 ]}
• สารชีวภัณฑ์กำจัดศัตรูพืชอาจรวมถึงผลิตภัณฑ์จากพืชธรรมชาติ ซึ่งรวมถึงอัลคาลอยด์ เทอร์เพนอยด์ฟีนอลและสารเคมีรองอื่นๆ น้ำมันพืช เช่นน้ำมันคาโนลามีคุณสมบัติในการกำจัดศัตรูพืช^{[ 29 ]}ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากสารสกัดจากพืชเช่น กระเทียม ได้รับการจดทะเบียนในสหภาพยุโรปและที่อื่นๆแล้ว^{[ 30 ]}

ตัวแทนจุลินทรีย์ การควบคุมที่มีประสิทธิภาพต้องใช้สูตร ที่เหมาะสม ^{[ 31 ]}และการใช้งาน^{[ 32 ] [ 33 ]}

สารชีวภาพกำจัดศัตรูพืชได้ถูกนำมาใช้ในพืชผลหลากหลายชนิดเพื่อควบคุมโรคพืช ตัวอย่างเช่น สารชีวภาพกำจัดศัตรูพืชช่วยควบคุม โรค ราน้ำค้างประโยชน์ของสารชีวภาพกำจัดศัตรูพืช ได้แก่ ระยะเวลาการรอเก็บเกี่ยว 0 วัน (ดู: ขีดจำกัดสารตกค้างสูงสุด ) มีประสิทธิภาพภายใต้สภาวะการระบาดของโรคปานกลางถึงรุนแรง และสามารถใช้ผสมกับสารฆ่าเชื้อราชนิดอื่นในโปรแกรมการหมุนเวียนได้ เนื่องจากผลการศึกษาทางการตลาดบางชิ้นประเมินว่ายอดขายสารฆ่าเชื้อราทั่วโลกมากถึง 20% มุ่งไปที่โรคราน้ำค้าง การบูรณาการสารชีวภาพกำจัดเชื้อราเข้ากับการผลิตองุ่นจึงมีประโยชน์อย่างมากในการยืดอายุการใช้งานของสารฆ่าเชื้อราชนิดอื่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารในกลุ่มความเสี่ยงต่ำ

หนึ่งในพื้นที่การเติบโตที่สำคัญของสารชีวภัณฑ์ กำจัดศัตรูพืชคือด้านการบำบัดเมล็ด พันธุ์ และการปรับปรุงดิน การบำบัดเมล็ด พันธุ์ด้วยสารฆ่าเชื้อราและสารชีวภัณฑ์ฆ่าเชื้อราใช้ในการควบคุมเชื้อราที่อยู่ในดินซึ่งเป็นสาเหตุของโรคเน่าเมล็ด โรคเน่าคอต้นโรคเน่ารากและโรคใบไหม้ของต้นกล้า นอกจากนี้ยังสามารถใช้ควบคุมเชื้อราที่อยู่ภายในเมล็ดและเชื้อราที่อยู่บนผิวเมล็ดได้อีกด้วย ผลิตภัณฑ์ชีวภัณฑ์ฆ่าเชื้อราหลายชนิดแสดงศักยภาพในการกระตุ้นการป้องกันของพืชและกระบวนการทางสรีรวิทยาอื่นๆ ที่สามารถทำให้พืชที่ได้รับการบำบัดมีความต้านทานต่อความเครียดได้มากขึ้น

• ความจำเพาะสูง: ซึ่งอาจต้องระบุศัตรูพืช/เชื้อโรคอย่างแม่นยำ และใช้ผลิตภัณฑ์หลายชนิดร่วมกัน แม้ว่านี่อาจเป็นข้อดีเช่นกัน เพราะสารชีวภัณฑ์กำจัดศัตรูพืชมีโอกาสน้อยที่จะทำอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช่เป้าหมาย
• ออกฤทธิ์ช้า (จึงไม่เหมาะสมหากมีการระบาดของศัตรูพืชที่เป็นภัยคุกคามในทันที)
• ประสิทธิภาพอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ (เนื่องจากสารชีวภัณฑ์กำจัดศัตรูพืชบางชนิดเป็นสิ่งมีชีวิต ซึ่งควบคุมศัตรูพืช/เชื้อโรคได้โดยการขยายพันธุ์ภายในหรือบริเวณใกล้เคียงกับศัตรูพืช/เชื้อโรคเป้าหมาย)
• สิ่งมีชีวิตมีการวิวัฒนาการและเพิ่มความทนทานต่อการควบคุม หากประชากรเป้าหมายไม่ถูกกำจัดหรือทำให้ไม่สามารถสืบพันธุ์ได้ ประชากรที่เหลือรอดจะสามารถสร้างความทนทานต่อแรงกดดันใดๆ ก็ตามที่เกิดขึ้น ส่งผลให้เกิดการแข่งขันทางวิวัฒนาการขึ้น
• ผลที่ตามมาโดยไม่ได้ตั้งใจ : การศึกษาพบว่าสารชีวภัณฑ์กำจัดศัตรูพืชแบบครอบคลุมมีอันตรายถึงชีวิตและไม่ถึงชีวิตต่อแมลงผสมเกสรพื้นเมืองที่ไม่ใช่เป้าหมาย เช่นMelipona quadrifasciataในบราซิล^{[ 34 ]}

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพ

• ตลาดสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพ (เก็บถาวรเมื่อ 30 มีนาคม 2020) ที่Wayback Machine (Acquire Market Research)
• สารชีวภัณฑ์กำจัดศัตรูพืชที่ขึ้นทะเบียน 29 เมษายน 2545 สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกาปรับปรุงล่าสุด 29 มีนาคม 2545 สืบค้นข้อมูลเมื่อ 25 พฤศจิกายน 2554
• สมาคมผู้ผลิตสารชีวควบคุมระหว่างประเทศ (IBMA)