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【资讯】农用微生物杀菌剂研究进展须叶藤

发布时间:2020-10-17 17:13:57 阅读: 来源:榛子厂家

微生物杀菌剂主要有农用抗生素、细菌杀菌剂、真菌杀菌剂等类型。

1.1农用抗生素 农用抗生素是由微生物发酵过程中产生的次生代谢产物,在低浓度时可抑制或杀灭作物的病、虫、草害及调节作物生长发育。国外以日本发展最快,居世界领先地位,在植物病害防治领域先后开发了春习霉素、灭瘟素、多氧霉素、井冈霉素、灭孢素等。我国农用抗生素的研究较晚,始于20世纪50年代初,至今已取得了很大的成果。已研制出并利用的农用抗生素品种有井冈霉素、农抗120、春日霉素、庆丰霉素、多抗霉素、公主岭霉素、中生菌素、 武夷菌素、科生霉素等。 井冈霉素已成为我国农药杀菌剂和杀虫剂销售和使用量名列前茅的品种。从综合产业化规模与其研究深度上分析,井冈霉素、阿维菌素、赤霉素、苏云金杆菌(简称Bt)4个品种已成为我国微生物农药产业中的拳头产品和领军品种,而农用链霉素、农抗120、多抗霉素和中生菌素等产业化品种已成为我国农用微生物农药产业的中坚力量。这些品种现有的市场规模已占到生物农药的90%左右,它们的发展趋势代表着我国未来微生物农药产业市场的发展方向。

1.2真菌微生物杀菌剂 真菌杀菌剂研究和应用最广泛的是木霉菌,其次是粘帚霉类。我国开发研制的灭菌灵,主要用于防治各种作物的霜霉病。此外,一些食线虫真菌可用来防治大豆孢囊线虫、根结线虫病害,如淡紫拟青霉用于防治香蕉穿孔线虫病、马铃薯金线虫病,并提高其产量。目前,此类制剂商品化很少,市场有待开拓。

1.3细菌微生物杀菌剂 近年来,以细菌防治植物病毒病取得了较大的进展。在国外用放射土壤杆菌k84菌系防治果树的根癌病是最成功的例子,并且已商品化。美国报道,用草生欧氏杆菌防治梨火疫病效果与链霉素相当。沈阳农业大学生物农药工程中心利用拮抗木霉和拮抗细菌混合发酵制成粉剂,成功地防治了保护地蔬菜和甜瓜的苗期病害,该项产品正处于中试阶段。其他报道的细菌杀菌剂还有:用来防治黄瓜及烟草炭疽病菌的地衣芽孢杆菌,防治甘蓝黑腐病的枯草芽孢杆菌,以及防治水稻纹枯病的假单孢菌等。由于细菌的种类多、数量大、繁殖速度快,且易于人工培养和控制,因此,细菌杀菌剂的研究和开发具有较大的前景。 用于生防的细菌以芽孢杆菌为主,主要有枯草芽孢杆菌(Bacillus.subtilis)、解淀粉芽孢杆菌(B.amyloliquefaciens)多粘芽孢杆菌(B.polymyxa)、蜡状芽孢杆菌(B.cereus)、地衣芽孢杆菌(B.li- cheniformis)、巨大芽孢杆菌(B.megaterium)和短小芽孢杆菌(B.pumilis)等。由于芽孢杆菌具有抑制植物病害的能力,又是自然界中广泛存在的非致病细菌,对人畜无害,不污染环境,因而备受关注。国内已开发成功并投入生产的枯草芽孢杆菌商品制剂有百抗、麦丰宁、纹曲宁、依天得、根腐消等。云南农业大学和中国农业大学共同研制的微生物农药“百抗”(10亿个/g活芽孢枯草芽孢杆菌可湿性粉剂)获得农业部登记注册,已在多个省推广使用,推广面积约4 667hmz,主要防治水稻纹枯病、三七根腐病、烟草黑胫病。百抗的主要有效成分是枯草芽孢杆菌B908。大田应用中,百抗对水稻纹枯病防效70%以上。其抑菌机制为营养竞争、位点占领等。南京农业大学研发的麦丰宁是由枯草芽孢杆菌菌株B3制成的活体生物杀菌剂,对小麦纹枯病田间防效达50%~80%,其防病机制主要表现在产生抑制小麦纹枯病病菌菌丝生长、菌核形成和菌核萌发的抗菌物质。 河南省农业科学院植保所筛选出22个对苹果轮纹病菌、苹果褐斑病菌、苹果腐烂病菌、小麦纹枯病菌、黄瓜枯萎病菌、辣椒枯萎病菌、西瓜枯萎病菌、棉花枯萎病菌、山药炭疽病菌、黄瓜灰霉病菌有拮抗作用的生防菌株;通过16SrDNA和ITS(internal transcribed space,ITS,内转录间隔区)的序列分析,对这些生防菌株进行了快速鉴定,它们属于B.amyloliquefaciens(解淀粉芽孢杆菌)和B.(枯草芽孢杆.菌cie)n,s其中枯草芽孢杆菌 s、ubtili—sB2903 YN 1、YN一2防治苹果轮纹病、棉花枯萎病、小麦纹枯病,以及西红柿灰霉病等取得了较好的效果。

2农用微生物杀菌剂活性物质 微生物杀菌剂可以产生多种抗菌物质,包括脂肽类、肽类、磷脂类、类噬菌体颗粒、细菌素等,可抑制病原菌对现有的抗菌素的抗性问题。其中尤为重要的是具有极高生物工程利用价值的脂肽类和肽类抗生素。如非核糖体途径合成的脂肽类抗生素表面活性素(surfactin)、伊枯草菌素(iturins)和丰原素(fengyctin);核糖体途径合成的肽类抗生素枯草菌素(subtilin)、Sublanein。

2.1抗茵肽(环肽) 抗菌肽广泛存在于自然界中,是具有抗菌活性的天然小分子蛋白。因分子量低、水溶性好、热稳定、强碱性和广谱抗菌等特点而备受关注。目前对其研究已经深入到分子结构、作用机制等多个方面。Subtilin、Sublancin和Mersacidin都是抗菌肽类型,Subtilin的分子量为3 317U,Mersacidin的分子量为1 825U,Sublancin的分子量为3877U,产生的核糖体抗生素(TasA,Subtilosin,Sublancin)也是抗菌肽类型。 河南省农科院植保所从分离得到的YN一1菌株中获得了编码TasA基因的全长DNA,构建含TasA基因的原核表达载体,经IPTG诱导表达出一个57 kU左右的重组蛋白,表达产物对苹果轮纹病菌、黄瓜灰霉病菌和苹果褐斑病菌具有显著的抑菌活性,这些研究结果为后续的TasA基因工程研究奠定了基础。

2.2脂肽类物质(1ipopeptide) 脂肽类物质是枯草芽孢杆菌产生的主要抗菌物质之一。脂肽类生物表面活性剂易溶于水,在油水界面上具有良好的表面活性;与化学表面活性剂相比,易被生物降解。Surfactin、Iturins、非核糖体抗生Bacolysin、磷脂类抗生素Bacilysocin和抗菌枯草菌素(Mycosubtillin)等都属于脂肽类物质。枯草芽孢杆菌IF03039、YB8产生的脂肽类表面活性剂,商品名为表面活性素(Surfactin)。有学者筛选到地衣芽孢杆菌NK—X3分泌的一种脂肽类表面活性剂。此外,还有Leiffert等报道的短芽孢杆菌(B.pumilus)CL45和枯草芽孢杆菌CL27也可以分泌脂肽类物质。环状芽孢杆菌(B.circulans) J2154分泌一种抗菌环肽。据报道,伊枯草菌素是由解淀粉芽孢杆菌B.amyloliquefaciens及B.subtilins G3产生的一类抗菌物质,B.subti- lins 168可产生非核糖体抗生素Bacolysin和磷脂类抗生素Bacilysocin物质。Duitman等报道的B.subtilins ATCC6633分泌抗菌枯草杆菌素(Mycosubtillin)。 河南省农科院植保所研发的YN一1菌株发酵液粗提物对棉花枯萎病菌具有抑菌活性,质谱分析发现,活性粗提物中含有C14一IturinA、C15一Ituri— nA、C16一IturinA、C14一FengycinA、C15一Fengy— cinA、C16一FengycinA、C17一FengycinA、C16一FengycinB、C17一FengycinB9种脂肽抗生素,其中C16一IturinA、C14一FengycinA、C16一FengycinA、C17一FengycinA、C17一FengycinB 5种脂肽抗生素为活性粗提物中主要成分。该研究结果为利用YN—l菌株开发成微生物杀菌剂奠定了良好基础。

2.3蛋白类抗茵物质 这一类物质包括几丁质酶、抗菌蛋白、多肽类。几丁质酶是一种分解聚N一乙酰氨基葡萄糖分子的糖苷酶。B.subtilins G3[m、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌都可分泌产生几丁酶。抗菌蛋白主要是枯草芽孢杆菌分泌产生的抗菌物质,已报道的有A30、B一916、B一903、96—79、SN202等菌株。蜡状芽孢杆菌(B.cereus)UW85菌系分泌出的2种抗菌物质,一种是氨基多肽,属于Zwittermicin。苏云金芽孢杆菌(B.thuringiensis)分泌的Zwittermicin A可以防治由Phytophtora medicaginis引起的苜蓿种子病害。

3我国微生物杀菌剂面临的问题及展望

3.1 欠缺能够与国际接轨的技术平台建设 我国生物农药从品种、剂型、质量和数量上与发达国家相差甚远,很多菌种只针对某一类病原菌,抑菌谱很窄,品种单一,不能够满足与日俱增的微生物农药市场;而基因工程生物农药的研发还很薄弱;生物农药仅占农药市场的11.7%,远远不能满足国内外市场的需求。我国规划到2015年生物农药占所有农药的份额将由现在的10%增加到30%,生物农药的需求缺口将更大。河南是农业大省,生物农药的需求量也很大。当前,我国的农药市场面临国外生物农药的蚕食,国外抗虫棉的长驱直入,占据我国棉花种子大部分市场,已给我们敲响警钟。因此,生物农药的研制已成为当务之急,应加快采用基因工程与发酵工程新技术,研发拥有自主知识产权,安全、高效、环境友好型的、多功能的生物农药新品种。

3.2技术落后,科研成果转化率低 在国外大量筛选新的具有生物活性的化合物已经是生物农药研究开发的重要方向。1982—1994年,日本平均每年申请到110个新抗生素的专利,居、世界首位,1999年以后美国超过了日本。而在国内仍以井岗霉素和Bt等少数的农用抗生素为主,很多新的生物农药活性成分还没有鉴定出来。虽然我国筛选出的农抗品种很多,但大多只停留在实验室研究或小生境范围内使用的水平,能大规模生产和广泛推广应用的主要是井冈霉素、阿维菌素和赤霉素3种,研究开发滞后于生产应用。

3.3展望 虽然微生物农药有以上的一些局限性,但与化学农药相比具有资源易得、安全、环保、长效、无残留等优点,注重低毒、高效、选择性强,已经成为21世纪研究热点。长期以来,我国农作物病虫害的防治主要依赖化学农药,导致农药污染成为世界上最严重的国家之一,食品中农药检出率高达90%以上,严重危害广大消费者的人身健康,同时也使我国农产品频频遭遇国外的“绿色堡垒”,严重影响农业发展和农民增收,农药污染成为粮食安全生产中亟待解决的难题。生物农药具有安全环保、持效期长等特点,大力发展和推广生物农药是化解这一难题的根本出路,是实现无公害和绿色农产品生产的根本保障。

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