具有農藥活性的微生物揮發性有機物研究進展

田宇曦 閔勇 楊自文 周榮華 王開梅

摘要：具有農藥活性的微生物產生的揮發性有機化合物種類豐富，產生菌株多樣，功能多樣，應用性不亞于微生物產生的非揮發性化合物，是一類重要的功能化合物。對具有農藥活性的微生物揮發性有機化合物種類、產生菌株、分離檢測方法、農藥活性和應用進行了綜述，并提出問題和思考，旨在為具有農藥活性的微生物揮發性有機化合物的開發應用提供參考。

關鍵詞：農藥活性;微生物;揮發性有機化合物;固相微萃取

中圖分類號：S481+.8;S154.34? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）21-0016-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.21.003? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Research Progress of Microbial Volatile Organic Compounds with Pesticide Activity

TIAN Yu-xi，MIN Yong，YANG Zi-wen，ZHOU Rong-hua，WANG Kai-mei

（Hubei Biopesticide Engineering Research Center，Wuhan 430064，China）

Abstract： Microbes with pesticide activity produce a wide variety of volatile organic compounds，which produces diverse strains，diverse functions，and non-volatile compounds with practicability similar to those produced by microorganisms. They are an important class of functional compounds. The species，strains，separation and detection methods，pesticide activity and application of microbial volatile organic compounds with pesticide activity were reviewed;and problems and considerations were put forward. The aim was to provide reference for the development and application of microbial volatile organic compounds with pesticide activity.

Key words： pesticide activity; microbes; volatile organic compounds; solid-phase microextraction（SPME）

揮發性有機化合物是指在20 ℃、1個大氣壓的條件下能夠完全蒸發變為氣相的絕大多數為液體物質，且為脂溶性，水溶性極低的碳基化合物[1]。由微生物代謝產生的天然非化學合成的揮發性有機化合物英文簡稱mVOCs（Microbial volatile organic compounds）。

1? 具有農藥活性的微生物的揮發性有機物（mVOCs）的類型

因為微生物代謝過程受條件影響較大，不同條件下微生物代謝產生的mVOCs種類有差異，mVOCs種類多樣，大致可分為醛類、酮類、醇類、酯類和有機酸類[2，3]，部分見表1。

2? 產生mVOCs的具有農藥活性的微生物種類

目前研究報道較多的產生mVOCs具有農藥活性的微生物主要是真菌還有細菌，這些微生物能殺線蟲、誘導植株抗病、抑制病原真菌、病原細菌等。細菌里揮發性殺線蟲優勢菌有芽孢桿菌屬、變形菌門還有放線菌門，其次是異常球菌-棲熱菌門和擬桿菌門[13]，如24 h殺馬鈴薯腐爛莖線蟲活性達到100%的有枯草芽孢桿菌[14]。調節植物生長發育和誘導植物對病蟲害產生系統抗性的芽孢桿菌菌株如解淀粉芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌[15-17]，對病原真菌有拮抗致死作用的枯草芽孢桿菌[18]和鏈霉菌[19]。真菌里能抑制或殺死多種植物病原真菌、細菌、線蟲、昆蟲還有人體病原菌的有Muscodor albus，能抑制植物病原真菌、細菌和卵菌的甘薯長喙殼菌[20]和促進生菜幼苗根長、芽長和鮮重增長的尖孢鐮刀菌[21]等。

3? mVOCs的分離檢測方法

因為揮發性物質容易揮發，且組分結構差異大。分析檢測前必須要有有效的方法收集揮發性物質，這方面研究較多，目前已有多種方法用于收集和前處理揮發性物質，國內外收集揮發性化合物比較成熟的方法大致分為3類：借助輔助儀器、吸附材料，如吸附劑法[22-26]、吸附絲法[27]、固相微萃取法（SPME）[28，29]等;依據相似相容原理，如溶劑浸提法[30]、溶媒萃取法[31]等;根據物理性質，如吸附熱脫捕集法[32，33]、水蒸氣蒸餾法[31]等。為了達到定性定量測定的目的，避免樣品采后被污染，樣品的收集和分析儀器聯用。其中SPME法是近年來發展起來的一種新型的無溶劑樣品前處理技術，是通過萃取纖維富集樣品中的揮發性物質，再用氣相色譜-質譜（GC/MS）技術分析和鑒定，用標準普庫檢索分析結構，最后通過購買相應的商業純品試劑驗證功能活性。此項技術優于傳統方法的地方有：無需溶劑，快速簡單，經濟無毒，精確度靈敏度高，能方便地與GC/MS設備聯用。SPME法根據待測物質揮發性、機制、探針固定相涂層的性質還可以分為2種方式：頂空式固相微萃取和浸入式固相微萃取[28]。

4? mVOCs的農藥活性與應用

目前對微生物源揮發性有機物的研究受到國內外的關注，開發和利用這些天然的、非化學合成的氣體物質逐步成為研究熱點，這些微生物代謝產生的揮發性有機物有的可以作為信號物質調節植物的生理代謝，比如促生、誘導系統抗病性，如某些植物內生真菌施加到土壤環境中不僅可以促進植物生長，而且可以誘導植物幼苗提高防御能力，減少病害發生[34];有的可作為化學信息素引誘或趨避昆蟲和其他無脊椎動物，比如吸誘線蟲等;對于微生物生物防治領域最為重要的一點是，某些微生物產生的揮發性有機化合物能抑制或者殺死病原真菌、線蟲、細菌以及昆蟲，可用于防治植物病蟲害[20]，因為這類揮發性有機物在生物防治領域的重要經濟價值，其主要被開發用作生物農藥。

為了開發新型土壤熏蒸劑或研發其先導化合物，李志芳等[11]采用單因素分析法和Plackett-Burman設計法優化殺線蟲菌株韋氏芽孢桿菌MC67的液體發酵條件，使發酵液揮發物殺線蟲活性達到98.2%。開發土壤熏蒸劑實際應用中，李倩[20]將該菌在封閉的發酵罐中發酵培養，然后將產生的大量揮發性物質通過氣泵導入溫室、大棚等封閉、人工控制的環境中施用，可以避免菌株直接接觸土壤、農產品或寄主植物而產生的風險，優于當前灌根或者噴施的生物或化學試劑，避免引發農藥殘留、環境污染等問題，更適合有害生物的綜合防治。短小芽孢桿菌AR03菌株分泌的揮發性有機物對煙草黑脛病菌和赤星病菌均有一定的抑制效果，有潛力作為開發抗真菌代謝物和新藥物的重要微生物資源[35]。

5? 問題與思考

研究報道，一般而言，具有農藥活性的微生物代謝產生的揮發性有機物的抑菌防病作用不是某一種或幾種物質的獨立行為，而是眾多揮發性物質協同作用的結果[36]，揮發性有機物發揮作用的機制有的是直接作用，有的是通過影響病原菌的質膜滲透性、氨基酸轉移體系或者體內酶活，有的是通過抑制競爭者生長，還有的是充當傳播化學信號的作用等[20]。但是總的來說，深層次的作用機制和作用模式研究并不是太多，這也是未來需要加強的。比如，對于枯草芽孢桿菌這種研究普遍的生防菌株，其揮發性產物和非揮發性產物一樣，都是重要的生防資源，但是其作用機制和生防途徑還有待深入研究。

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