多杀菌素的研究及其在储粮害虫防治中的应用

多杀菌素的研究及其在储粮害虫防治中的应用

摘要多杀菌素（spinosad）是一种具有触杀和摄食毒性的广谱生物杀虫剂，能有效防治多种储粮害虫、应用剂量低、持效期长、低残留、无交互抗性，具有对害虫高效、对环境安全、对哺乳动物低毒的优异特点。因而被认为是一种极具前景的“绿色”储粮防护剂。文中就多杀菌素的结构、理化性质、作用机理和生物活性、发酵生产技术以及在储粮害虫防治中的应用等进行了综述。

关键词多杀菌素多刺糖多孢菌生物杀虫剂储粮防护剂

虫害是导致储粮数量损耗，引起粮食霉变，降低粮食品质的主要因素[1]。我国目前对储粮害虫的防治主要依赖于化学药剂。但是长期大量使用化学药剂，一方面导致了储粮害虫普遍对化学药剂产生抗性[2]；另一方面，有的杀虫剂影响非靶标昆虫，某些益虫被无意中消灭，导致其次要害虫急剧增长，产生灾难性后果；更重要的是化学药剂残留的问题日趋严重，不仅造成了严重的环境污染，而且给人类的健康带来巨大的威胁[3]。为此，各国科学家都试图去寻找一种新型安全的杀虫药剂来防治储粮害虫。

多杀菌素（spinosad）是一种具有触杀及摄食毒性的新型微生物源杀虫剂，具有对害虫广谱高效、对人、非靶标动物和环境极为安全、可生物降解的优异特点，并因此获得美国“总统绿色化学品挑战奖”[4, 5]。多杀菌素首先于1997年在美国被批准登记，商品名为Tracer，用在棉花上。2005年，多杀菌素已经被批准用于73个国家的250多种作物上。由于多杀菌素能有效防治多种储粮害虫、用药量极少、持效期长、安全高效、低残留，因而被认为是一种极具前景的“绿色”储粮防护剂。2005年美国已批准多杀菌素用于存储谷物与种子保护。目前，国内对多杀菌素的研究尚处于试验阶段。

1 多杀菌素的结构

多杀菌素，又名刺糖菌素，是由土壤放线菌多刺糖多孢菌(Saccharopolyspora spinosa)发酵产生的次级代谢产物[6]。如图1所示，多杀菌素为新型大环内酯类抗生素，但和一般的大环内酯类抗生素相反，多杀菌素没有抑菌活性，却有杀虫活性[6]。

1990年，Boeck 等人[7]首次从刺糖多孢菌NRRL-18395的天然发酵产物中分离出了多杀菌素组份spinosyn A, B, C, D, E, F, H, J 和多杀菌素A 拟糖苷配基，其中多杀菌素A(spinosyn A)组份约占85%~90%，多杀菌素D(spinosyn D)组份约占10 %~15 %，其余均为次要组分。到目前为止，另外还发现了15种多杀菌素类化合物[8-10]，包括组份K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, Y 。多杀菌素的母核是由一个5, 6, 5-顺-反-顺三环和一个十二元的内酯环粘合而成，并通过糖苷键连接着两个不同的六元糖，其中一个是氨基糖β-D-福乐糖胺(D-forosamine)，另一个是中性糖α-L-鼠李糖(L-rhamnose)。多杀菌素不同组份的区别主要在于两个糖基上的N -和O -甲基化的不同或母核上C -甲基化的不同[11, 12]。

2 多杀菌素的理化性质[4, 8]

纯的多杀菌素为白色或浅灰白色的固体结晶，带有一种类似于轻微陈腐泥土的气味，是85%~88%的多杀菌素A 组份和12%~15%的多杀菌素D 组份的混合物。多杀菌素不易溶于水，易溶于有机溶剂，例如：甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、二甲基亚砜及二甲基甲酰胺等。在水溶液中pH 值为7.74，对金属和金属离子在28天内相对稳定, 商业化产品的保质期为3年。多杀菌素在空气中不易挥发。表1概括了多杀菌素A 和D 的一些物理、化学性质。

多杀菌素在环境中通过多种途径组合的方式进行降解, 主要为光降解和微生物降解, 最终变成碳、氢、氧、氮等自然组份。由土壤光解作用降解的多杀菌素半衰期为9~10天，而水光解作用的半衰期则小于1天，叶面光降解的半衰期是1.6～6天。在无光照条件下多杀菌素经有氧土壤代谢的半衰期为9～17

天。另外多杀菌素的沥滤性图1 多杀菌素的结构图

能非常低，合理使用不会对地下水构成威胁。

表1 多杀菌素A和D的物理与化学性质

多杀菌素A 多杀菌素D

相对分子量731.98 746.00

经验分子式C42H67NO16C41H65NO16

熔点(℃) 84～99.5 161.5～170

蒸汽压(Pa) 3.2×10-10 2.1×10-10

水中溶解度(mg/L)

pH 5.0 290 29

pH 7.0 235 0.332

pH 9.0 16 0.053

正辛醇/水分配系数(logP)

pH 5.0 2.8 3.2

pH 7.0 4.0 4.5

pH 9.0 5.2 5.2

3 多杀菌素的作用机理和生物学性质

3.1 多杀菌素的作用机理和抗性治理

多杀菌素具有全新的作用机理[13]，它并不作用于乙酰胆碱酯酶和Na＋通道，使之不同于传统的有机磷和拟除虫菊酯类杀虫剂。实验证明它对昆虫存在快速触杀和摄食毒性。它的作用方式是通过刺激昆虫的神经系统，导致非功能性的肌收缩、衰竭，并伴随颤抖和麻痹。这种作用结果和烟碱型乙酰胆碱受体被激活的结果是相一致的，显而易见这一作用机制在已知的害虫防治产品中是新颖和独特的。多杀菌素同时也作用于γ-氨基丁酸受体，有可能这进一步促成了其杀虫活性的提高，如此的作用模式可谓独一无二[12]。吡虫啉和其他的烟碱性受体类的杀虫剂与多杀菌素的作用位点是不相同的。阿维菌素尽管也是一个天然产物，且同为大环内酯类，但其作用位点亦和多杀菌素不尽相同。迄今为止，尚未发现某类产品能以相同的作用方式影响昆虫的神经系统，而且尚无有关多杀菌素交叉抗性的报道。

多杀菌素具有独特的杀虫作用机制，符合抗性治理的理念，与现存化学药剂无交互抗性，可以与现有的虫害防治产品轮换应用。此外，多杀菌素对捕食性昆虫具有选择性，以及适度的残留特性，这些都大大降低了抗性发展的可能性。但是正如不断增长的杀虫剂抗性发生数量所表明的那样，昆虫的普遍适应性已经一而再地被证明。因此要加强多杀菌素抗性治理方面的研究，根据不同作物、害虫种类、地理区域差异，对主要害虫进行专门的抗性治理战略。

3.2 多杀菌素的杀虫谱和毒性

多杀菌素属广谱杀虫剂，试验证明多杀菌素能有效地控制鳞翅目、双翅目和缨翅目害虫, 另外它还可以很好地防治鞘翅目和直翅目中某些大量吞食叶片的害虫种类