多殺菌素的研究及其在儲(chǔ)糧害蟲防治中的應(yīng)用-展示頁
2025-07-01 14:41本頁面
【正文】 殺菌素的結(jié)構(gòu)多殺菌素，又名刺糖菌素，是由土壤放線菌多刺糖多孢菌(Saccharopolyspora spinosa)發(fā)酵產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物[6]。2005年美國已批準(zhǔn)多殺菌素用于存儲(chǔ)谷物與種子保護(hù)。2005年，多殺菌素已經(jīng)被批準(zhǔn)用于73個(gè)國家的250多種作物上。多殺菌素（spinosad）是一種具有觸殺及攝食毒性的新型微生物源殺蟲劑，具有對(duì)害蟲廣譜高效、對(duì)人、非靶標(biāo)動(dòng)物和環(huán)境極為安全、可生物降解的優(yōu)異特點(diǎn)，并因此獲得美國“總統(tǒng)綠色化學(xué)品挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”[4, 5]。但是長期大量使用化學(xué)藥劑，一方面導(dǎo)致了儲(chǔ)糧害蟲普遍對(duì)化學(xué)藥劑產(chǎn)生抗性[2]；另一方面，有的殺蟲劑影響非靶標(biāo)昆蟲，某些益蟲被無意中消滅，導(dǎo)致其次要害蟲急劇增長，產(chǎn)生災(zāi)難性后果；更重要的是化學(xué)藥劑殘留的問題日趨嚴(yán)重，不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且給人類的健康帶來巨大的威脅[3]。關(guān)鍵詞 多殺菌素 多刺糖多孢菌 生物殺蟲劑 儲(chǔ)糧防護(hù)劑蟲害是導(dǎo)致儲(chǔ)糧數(shù)量損耗，引起糧食霉變，降低糧食品質(zhì)的主要因素[1]。因而被認(rèn)為是一種極具前景的“綠色”儲(chǔ)糧防護(hù)劑。多殺菌素的研究及其在儲(chǔ)糧害蟲防治中的應(yīng)用張曉琳 張曉琳，國家糧食局科學(xué)研究院，博士，抗生素發(fā)酵和基因工程研究，北京市西城區(qū)百萬莊大街11號(hào)，100037zxl。1 曹陽 宋淵 郭偉群2（1. 國家糧食局科學(xué)研究院，100037；2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)國家農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100094）摘要 多殺菌素（spinosad）是一種具有觸殺和攝食毒性的廣譜生物殺蟲劑，能有效防治多種儲(chǔ)糧害蟲、應(yīng)用劑量低、持效期長、低殘留、無交互抗性，具有對(duì)害蟲高效、對(duì)環(huán)境安全、對(duì)哺乳動(dòng)物低毒的優(yōu)異特點(diǎn)。文中就多殺菌素的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、作用機(jī)理和生物活性、發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)以及在儲(chǔ)糧害蟲防治中的應(yīng)用等進(jìn)行了綜述。我國目前對(duì)儲(chǔ)糧害蟲的防治主要依賴于化學(xué)藥劑。為此，各國科學(xué)家都試圖去尋找一種新型安全的殺蟲藥劑來防治儲(chǔ)糧害蟲。多殺菌素首先于1997年在美國被批準(zhǔn)登記，商品名為Tracer，用在棉花上。由于多殺菌素能有效防治多種儲(chǔ)糧害蟲、用藥量極少、持效期長、安全高效、低殘留，因而被認(rèn)為是一種極具前景的“綠色”儲(chǔ)糧防護(hù)劑。目前，國內(nèi)對(duì)多殺菌素的研究尚處于試驗(yàn)階段。如圖1所示，多殺菌素為新型大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，但和一般的大環(huán)內(nèi)酯類抗生素相反，多殺菌素沒有抑菌活性，卻有殺蟲活性[6]。到目前為止，另外還發(fā)現(xiàn)了15種多殺菌素類化合物[810]，包括組份K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, Y。多殺菌素不同組份的區(qū)別主要在于兩個(gè)糖基上的N和O甲基化的不同或母核上C甲基化的不同[11, 12]。多殺菌素不易溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，例如：甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、二甲基亞砜及二甲基甲酰胺等。多殺菌素在空氣中不易揮發(fā)。多殺菌素在環(huán)境中通過多種途徑組合的方式進(jìn)行降解, 主要為光降解和微生物降解, 最終變成碳、氫、氧、氮等自然組份。在無光照條件下多殺菌素經(jīng)有氧土壤代謝的半衰期為9～17天。表1 多殺菌素A和D的物理與化學(xué)性質(zhì)多殺菌素A多殺菌素D相對(duì)分子量經(jīng)驗(yàn)分子式C42H67NO16C41H65NO16熔點(diǎn)(℃)84～～170蒸汽壓(Pa)10101010水中溶解度(mg/L)pH 29029pH 235pH 16正辛醇/水分配系數(shù)(logP)pH pH pH 3 多殺菌素的作用機(jī)理和生物學(xué)性質(zhì) 多殺菌素的作用機(jī)理和抗性治理多殺菌素具有全新的作用機(jī)理[13]，它并不作用于乙酰膽堿酯酶和Na＋通道，使之不同于傳統(tǒng)的有機(jī)磷和擬除蟲菊酯類殺蟲劑。它的作用方式是通過刺激昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致非功能性的肌收縮、衰竭，并伴隨顫抖和麻痹。多殺菌素同時(shí)也作用于γ氨基丁酸受體，有可能這進(jìn)一步促成了其殺蟲活性的提高，如此的作用模式可謂獨(dú)一無二[12]。阿維菌素盡管也是一個(gè)天然產(chǎn)物，且同為大環(huán)內(nèi)酯類，但其作用位點(diǎn)亦和多殺菌素不盡相同。多殺菌素具有獨(dú)特的殺蟲作用機(jī)制，符合抗性治理的理念，與現(xiàn)存化學(xué)藥劑無交互抗性，可以與現(xiàn)有的蟲害防治產(chǎn)品輪換應(yīng)用。但是正如不斷增長的殺蟲劑抗性發(fā)生數(shù)量所表明的那樣，昆蟲的普遍適應(yīng)性已經(jīng)一而再地被證明。 多殺菌素的殺蟲譜和毒性多殺菌素屬廣譜殺蟲劑，試驗(yàn)證明多殺菌素能有效地控制鱗翅目、雙翅目和纓翅目害蟲, 另外它還可以很好地防治鞘翅目和直翅目中某些大量吞食葉片的害蟲種類[1416]。多殺菌素具有高殺蟲活性的同時(shí), 對(duì)捕食性昆蟲還表現(xiàn)出較低毒性, 對(duì)鱗翅目昆蟲而言,多殺菌素是已發(fā)現(xiàn)的殺蟲劑中選擇性最高的化合物之一。根據(jù)中國農(nóng)藥毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，多殺菌素屬低毒殺蟲劑。另外, 對(duì)哺乳動(dòng)物的慢性毒理試驗(yàn)表明多殺菌素?zé)o致畸、致突變、致癌作用或神經(jīng)毒性[17]。同時(shí)，多殺菌素對(duì)許多益蟲和有益生物也具有很高的安全閾界，相比之下它對(duì)捕食性甲蟲、口器昆蟲、草蛉和螨類毒性較低。因此，多殺菌素是進(jìn)行害蟲綜合治理的首選。 多殺菌素產(chǎn)生菌株的選育 菌種特性[19]多刺糖多孢菌是好氧型革蘭氏陽性放線菌, 它是由一位化學(xué)家在加勒比海度假時(shí)從一個(gè)廢棄的糖蜜酒廠附近土壤中分離得到的，通過對(duì)其發(fā)酵液的抗蚊蟲幼蟲活性測定發(fā)現(xiàn)了多殺菌素。氣生菌絲為粉黃色，營養(yǎng)菌絲為黃色到黃褐色，產(chǎn)淺粉黃色孢子，在某些培養(yǎng)基上則產(chǎn)生白色孢子。孢子形狀為橢圓形。菌體生長溫度為15℃～37℃, 對(duì)溶菌酶敏感，在高滲條件下（11 %NaCl）可以生長。改良發(fā)酵條件只能在較低水平上提高目的菌株的產(chǎn)素水平，通過高產(chǎn)菌株育種技術(shù)改變菌株的部分遺傳信息，能有效地提高目的菌株的產(chǎn)素水平。常規(guī)誘變方法作為一種經(jīng)典的傳統(tǒng)誘變方法，在抗生素發(fā)展史上有其光輝及重要的位置。刺糖多孢菌作為一種新型大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的產(chǎn)生菌，遺傳背景和生物合成途徑尚未搞清楚，故一般采用常規(guī)誘變方法進(jìn)行菌種選育。 多殺菌素發(fā)酵培養(yǎng)研究提高多殺菌素產(chǎn)量可以從兩個(gè)方面著手，一是誘變育種改變菌種的遺傳背景，獲得高產(chǎn)菌種；二是給菌種一個(gè)最適發(fā)酵培養(yǎng)條件，使其產(chǎn)生高效價(jià)的性狀得以充分表達(dá)。接種后的斜面28℃培養(yǎng)8～10天后接種于種子搖瓶。搖瓶裝量為500m1三角瓶裝100ml培養(yǎng)基，28℃于旋轉(zhuǎn)式搖床(偏心距4cm)160r／min培養(yǎng)72
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