放線菌產生的殺蟲素

摘 要： 放線菌因能產生對昆蟲和螨類具有致病和毒殺的作用的抗生素而具有殺蟲活性，這些抗生素被稱為殺蟲抗生素或殺蟲素。殺蟲抗生素具有特異性強，防治效果好，對人畜安全，不破壞生態平衡，害蟲不易產生抗藥性等優點。本文對放線菌產生的殺蟲抗生素研究現狀進行了闡述，同時對其發展前景做了展望。

關鍵詞： 放線菌 殺蟲抗生素 研究進展

1.前言

據聯合國糧農組織統計，全世界蟲害造成的損失約占農作物總收成的13%，每年的損失近千億美元，長期以來，人們通過農藥控制農作物蟲害，提高了作物的產量，保證了農作物的豐收。然而，由于不合理使用，一方面，農藥給人類的生活環境造成了嚴重的污染，另一方面，污染農產品導致慢性或者急性中毒，化學防治弊端現已越來越突出［１］。于是國內外研究者都在積極尋找對人畜安全，毒性小，環境污染小，低殘留，有利于生態平衡的生物農藥。近年來發展最快生物農藥就是放線菌殺蟲素，其具有十分突出的優點：（1）在自然界分解比較快，殘留少，不易污染環境。（2）對昆蟲的作用濃度都比較低，殺蟲效果好。（3）有高度的選擇性作用。殺蟲素對害蟲有很強的殺滅力，而對其他昆蟲都是安全的，有利于保護害蟲天敵。（4）不少種類的放線菌及其代謝產物同時具有殺蟲、防病和刺激植物生長等功能。（5）抗生素的生產（包括工廠化及土法的）技術都比較成熟，生產原料來源廣，既易于大規模生產和應用，又無“三廢”污染，具有極大的發展潛力。近幾年來殺蟲抗生素的品種在不斷增加，應用范圍在不斷擴大，所以其研究開發越來越受到國內外的重視。本文就幾種主要的放線菌殺蟲素的研究進展作簡單闡述，并對殺蟲素前景作了展望［２］。

2.殺蟲放線菌的研究現狀

放線菌一般利用其代謝產物抗生素，而不直接利用其活體做殺蟲劑。從20世紀50年代初人們就開始了對抗生素類殺蟲劑的研究，1950年Kido等發現抗霉素A（Antimycin A）具有殺蟲、殺螨作用。60年代后，人們開始有目的地篩選以殺蟲為目的的新的抗生素，報道的品種有卟啉霉素（Porfiromycin）、密旋霉素（Pactamycin）和稀疏霉素（Sparosomycin）等。70年代，日本篩選出殺螨素（Tetranactin，又名四抗霉素）和密滅?。∕ilbemectin）。80年代初，阿維菌素（Avermectin）的發現和開發成功被認為是抗生素在農業生產中的應用的第3個里程碑，是農業生產中最有潛力的抗生素［３］。我國抗生素類殺蟲劑的研究起步較晚，80年代，浙江農科院的殺蚜素、上海農藥所的瀏陽霉素、上海農科院植保所的韶關霉素、江西農業大學的南昌霉素和梅嶺霉素等相繼問世［４］。下面對其中幾種主要的殺蟲抗生素的研究狀況作簡單介紹。

2.1多殺菌素

多殺菌素（spinosad），是美國陶氏益農公司生產的新型生物源殺蟲劑，是由土壤放線菌刺糖多孢菌Saccharopoly spors spinosa發酵產生，其有效成分是大環多殺菌素spinosyn A 和spinosyn D，二者混合的比例約為85:15［５］，它兼有生物農藥的安全性和化學合成農藥的速效性，且具有低毒、低殘留、對昆蟲天敵安全、自然分解快，而獲得美國“總統綠色化學品挑戰獎”［６］。多殺菌素的化學結構式見圖1。

Fig.1 Spinosad

多殺菌素能有效控制的害蟲包括鱗翅目、雙翅目和纓翅目，同時對鞘翅目、直翅目、膜翅目、等翅目、蚤目、革翅目和嚙蟲目的某些特定種類的害蟲也有一定的毒殺作用。目前，多殺菌素已經在60多個國家登記用于防治多種害蟲。如在美國，該產品登記應用于包括十字花科蔬菜、葉菜類蔬菜、果實類蔬菜、豆類蔬菜、葫蘆、各種水果等經濟作物和一些小宗作物在內的180多種作物。在加拿大，多殺菌素和相關產品（Success ?誖和Conserve ?誖）的登記應用于防治蘋果、室外觀賞植物和草坪害蟲。具體情況可參見網站http://www.ars.usda.gov。從進化論的觀點來看，任何一種殺蟲劑都存在害蟲產生抗藥性的可能。由于多殺菌素的作用方式獨特，不同于目前各類殺蟲劑，而且對許多抗性品系無交互抗性［７］，因此，Sparks等認為害蟲對多殺菌素產生抗性的潛在可能性很低［８］，但有報道甜菜夜蛾對多殺菌素產生了抗藥性。Moulton報道，在南美和東南亞地區，甜菜夜蛾田間種群的抗藥性提高了3—70倍。2000年泰國發現，甜菜夜蛾對多殺菌素的敏感性:2齡幼蟲下降85倍，3齡幼蟲下降58倍。同時發現，甜菜夜蛾的Arizona種群（2—3齡幼蟲）對多殺菌素的抗性提高了14—20倍，Florida種群的抗性提高了7.1—17倍，而且抗性種群與敏感種群雜交得到的F代其抗性增加了22倍［９］。

多殺菌素對昆蟲存在快速觸殺和攝食毒性，通過刺激昆蟲的神經系統，導致非功能性肌肉收縮、衰竭，并伴隨顫抖和麻痹［１０］，［１１］。其作用機制是通過激活煙堿型受體使昆蟲神經細胞去極化，引起中央神經系統廣泛的超活化。這種獨特的作用結果和煙堿性乙酰膽堿受體被激活的結果相一致。目前尚未發現某類產品能以同方式作用于昆蟲的神經系統。有關多殺菌素處理后昆蟲的中毒癥狀和作用機理的研究，徐志紅和蔣志勝［１２］進行了較為詳細的綜述，在此就不再贅述。

多殺菌素在國外已經投入使用，主要由美國陶氏益農公司（Dow Agrosciences Company）生產。商業化的品種有用于棉花上的Tracer?誖、Laser ?誖，用于蔬菜類的菜喜（Success ?誖）、Conserve ?誖和Spinor［１３］。在我國登記的多殺菌素主要用于棉花上的“催殺”（多殺菌素48%懸浮劑）和用于蔬菜上的“菜喜”（多殺菌素2.5%懸浮劑）。

2.2阿維菌素

阿維菌素（avermectins，AVMs）又稱阿佛曼菌素，是一種具有抗寄生蟲活性的抗生素，其產生菌是阿維鏈霉菌（Streptomyces avermiti2lis），最初是1975年日本北里研究所（KitasatoInstitute）從日本靜岡川奈市的一個土壤樣品中分離得到的［１４］。其結構圖見圖2。

阿維菌素是一種神經毒劑，對螨類和昆蟲具有胃毒和觸殺作用。其機理是作用于昆蟲神經元突觸或神經肌肉突觸的GABAA受體，干擾昆蟲體內神經末梢的信息傳遞，即激發神經末梢放出神經傳遞抑制劑γ-氨基丁酸（GABA），促使GABA門控的氯離子通道延長開放，對氯離子通道具有激活作用，大量氯離子涌入造成神經膜電位超級化，致使神經膜處于抑制狀態，從而阻斷神經末梢與肌肉的聯系，使昆蟲麻痹、拒食、死亡。因其作用機制獨特，所以與常用的藥劑無交互抗性。據報道，除GABA受體控制的氯化物通道外，阿維菌素還能影響其他配位體控制的氯化物通道，如Ivermectin可以誘導無GABA能神經支配的蝗蟲肌纖維的膜傳導的不可逆增加。

阿維菌素作為生物農藥的一種，自發現以來，已經受到越來越多的重視。其不但具備一般生物農藥的特點，而且它的化學結構新穎，作用機制獨特，殺蟲活性強，殺蟲譜廣，被譽為20年來抗寄生蟲藥物研究的重大突破。同時它也是目前生物農藥中最受歡迎和較具市場競爭的產品之一［１５］。美國Merck、Sharp、Dohme Agvet等公司最先將阿維菌素B1a+B1b用作殺蟲殺螨劑。我國于1991年引入阿維菌素，截至2005年7月，全國近400家企業累計登記產品1268個廠次，其中原藥14個、單劑400個、復配制劑854個［１６］。

阿維菌素殺蟲范圍非常廣，對棉花、蔬菜、果樹上的害蟲害螨效果十分明顯。據報道，阿維菌素對棉鈴蟲、菜青蟲、小菜蛾、甜菜葉蛾、斜紋夜蛾、卷葉蛾、潛葉蛾等鱗翅目害蟲，以及美洲斑潛蠅、梨木虱、茶黃螨、紅蜘蛛、白蜘蛛的防治效果較為明顯，而且可用于防治根結線蟲、韭蛆等地下害蟲［１７］。

2.3埃瑪菌素

高效環境友好殺蟲劑?，斁兀装被⒕S菌素苯甲酸鹽）是在阿巴菌素的基礎上經五步合成獲得的衍生物，具有很好的穩定性與水溶性，對鱗翅目害蟲具有極高的活性［１８］，［１９］，［２０］，現已在世界近50個國家用于防治許多農作物和花卉害蟲。其結構（見圖3）及其作用機理與阿維菌素相似，通過阻礙昆蟲神經傳輸，使昆蟲麻痹不能正常活動而死亡。與阿維菌素相比，其主要區別是增加了對鱗翅目的殺蟲活性，降低了對溫血動物的毒性［２１］。

2.4瀏陽霉素

瀏陽霉素（Polynactins）是由灰色鏈霉菌瀏陽變種（Streptomyces grisenius var. liuyangensis）所產生的殺螨農用抗生素，具有大四環內酯類結構，是經生物發酵而成的。其作用機制是導致寄主線粒體基本陽離子（如K+）的外泄，而水分則有助于這種離子的泄漏。瀏陽霉素對防治棉、茶、柑橘等多種作物上的螨類有良好的防治效果，而且在潮濕環境下其效果更好［２２］。

2.5密滅汀

密滅汀（Milbemectin）是從一種土壤放線菌———吸水鏈霉菌Streptom yces hygroscopicus （ Jensen） Waksman Henrici subsp. aureolacrimosus中分離獲得的一種具有十六環內酯混合物。其作用機理與阿維菌素相似，但其生物活性譜較阿維菌素窄，而對各種螨類都有較高的防治效果［２３］。

2.6梅嶺霉素

梅嶺霉素（Meilingmycin）是從江西農業大學校園內油菜根際的一株鏈霉菌發酵液中篩選出的殺蟲抗生素。該鏈霉菌的發酵液中含有多個活性成分，其中A、B、C、D殺蟲毒力較強。成分B就是梅嶺霉素［２４］。用梅嶺霉素粗提純物配成溶液對30多種昆蟲和螨類進行了殺蟲試甘薯天蛾、玉帶鳳蝶、扁刺蝗和黏蟲對梅嶺霉素最敏感，另外，梅嶺霉素對線蟲的作用也很強，5 mg/L可100%殺死小桿線蟲［２５］。

3.殺蟲放線菌的展望

3.1目前殺蟲放線菌面臨的問題

到目前為止，鏈霉菌是放線菌中產生抗生素最多的菌種，據報道，從20世紀40年代后期到70年代，每年由鏈霉菌產生的抗生素幾乎呈現指數增長，并在70年代達到最高峰，80年代后期到90年代增加幅度下降［２６］。目前已經發現的殺蟲抗生素幾乎都是從鏈霉菌屬中發現的。這就要求研究工作者積極探索更有效的方法篩選和鑒定新的具有殺蟲活性的抗生素。還有殺蟲素進行工業化生產也有一些問題急需解決，比如用于殺蟲劑生產的阿維菌素菌株多為從自然界篩選的天然菌株，雖然經過一些誘變異化，但其基因產物表達水平受到細菌自身調節系統及毒素基因拷貝數的限制，存在藥效慢、殺蟲譜相對較窄和穩定性差等制約。其工業化過程中還存在菌株的選擇和生產成本高的問題，大大限制了阿維菌素的推廣應用。因此對于這些問題的順利解決少不了相關的研究，這也將成為未來關注的熱點。

3.2殺蟲放線菌的前景

進入21世紀，隨著經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，人們的健康意識和環保意識大大加強。減少化學農藥的使用，采用綠色生物殺蟲劑防治病蟲已成為保護農業作物的主流。而放線菌所產生的具有殺蟲活性的抗生素因其高效、低毒、安全、無殘留、無公害的優點更備受青睞［２７］。對于放線菌殺蟲素的開發研究利用越來越多：我國蒲小明等人從鏈霉菌4138菌株中分離得到殺蟲活性成分星形孢菌素，室內生測結果表明：星形孢菌素對甜菜夜蛾三齡幼蟲的作用方式主要為毒殺和拒食活性［２８］。范永玲等人發現植物內生放線菌Lj20的發酵液對小菜蛾幼蟲有較強的拒食作用，對朱砂葉螨有較強的觸殺作用和產卵忌避作用［２９］。史赟從番茄植株根莖接合部分離得到1株有殺蟲活性的植物內生放線菌St24，其發酵液對小菜蛾幼蟲具有較強的拒食作用，選擇性拒食率和非選擇性拒食率分別為100%和97.86%［３０］。

綜上所述，放線菌殺蟲素蘊藏著巨大的開發潛力，隨著對殺蟲素生物合成途徑及其控制基因的進一步了解，有望通過基因改造改善其產生菌的合成能力，或定向合成出某些新衍生物，作為創制新殺蟲劑的前體；或對殺蟲素的分子進行改造，深入研究其構效關系，開發出效價更高、殺蟲譜更廣的殺蟲素類似物；或通過基因工程，構建殺蟲素高產菌的工程菌。雖然目前尚存在一些問題，但隨著研究工作的不斷進行與技術的不斷成熟，相信在不久的將來，放線菌殺蟲素一定會擁有更為廣闊的發展和應用前景。

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