一種開發(fā)農(nóng)用抗生素的新方法——以與作物病原菌相關(guān)的天然生理活性物質(zhì)作為開發(fā)的源泉

張一賓

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一種開發(fā)農(nóng)用抗生素的新方法——以與作物病原菌相關(guān)的天然生理活性物質(zhì)作為開發(fā)的源泉

張一賓

(上海市農(nóng)藥研究所，上海 200032)

介紹了創(chuàng)制新農(nóng)用抗生素的新方法，此法對傳統(tǒng)方法是一個革命性的挑戰(zhàn)。

開發(fā)；農(nóng)用抗生素；馬鈴薯瘡痂病病原菌；帕馬霉素

業(yè)已知曉，作物病原菌在生長中會產(chǎn)生某些物質(zhì)。了解它們的生理活性，尤其是探明它們對病原菌生長的影響，有可能從中尋得新的活性物質(zhì)。此法現(xiàn)已成為當(dāng)今開發(fā)新農(nóng)用抗生素的有效手段之一。眾所周知，傳統(tǒng)的農(nóng)用抗生素的開發(fā)，要行“千里路”深入到人跡稀少的地方“采萬份土”，回來后又需對每一份進(jìn)行分離、篩選十幾至幾萬份樣品始有可能獲得一株具有農(nóng)藥活性的菌株。這種方法要耗用大量的人力、物力，真可謂“勞民傷財”，效率極低。

1 從馬鈴薯瘡痂病病原菌中開發(fā)帕馬霉素等多個農(nóng)用抗生素

1.2 由馬鈴薯瘡痂病開發(fā)帕馬霉素(pamamycin)

馬鈴薯瘡痂病()是馬鈴薯的重大病害之一，它對馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)造成極大的損害。日本東京農(nóng)工大學(xué)農(nóng)學(xué)研究院的夏目雅裕博士在培育該病菌時發(fā)現(xiàn)部分菌長得較為細(xì)小、短矮，也不產(chǎn)生孢子，他意識到可能在這些菌絲中存在某些能抑制菌絲生長的物質(zhì)。為此開始這方面的研究，他們從中發(fā)現(xiàn)了對瘡痂病原菌菌絲有誘導(dǎo)作用的物質(zhì)。他們先剪下、收集生長不良的菌絲，再以NH2-HPLC進(jìn)行分離，經(jīng)GC-MS獲得了具二醇結(jié)構(gòu)的(圖1)帕馬霉素607(分子量607)。經(jīng)生物測試，發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)以10 μg/disc對馬鈴薯瘡痂病即有抑制生長活性。隨后又進(jìn)行了構(gòu)效關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)將R3和R4變?yōu)榧谆鸵一鶗r，化合物活性下降(圖2)。

夏目雅裕等在研究中還發(fā)現(xiàn)菌絲體中的帕馬霉素與鈣離子濃度有關(guān)。為此在生產(chǎn)中，通過補(bǔ)加帕馬霉素，實現(xiàn)二次代謝，從而增加代謝產(chǎn)物，通過調(diào)節(jié)菌絲體內(nèi)的鈣離子濃度亦可提升帕馬霉素的產(chǎn)生，這一發(fā)現(xiàn)，也促進(jìn)了帕馬霉素產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)。

隨后，夏目雅裕又對帕馬霉素的生理活性進(jìn)行了研究。該研究為日后帕馬霉素產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。帕馬霉素的基生菌絲表面具濕潤感的褐色物質(zhì)呈疏水性粉狀感，其顏色因菌種而異，肉眼觀察會發(fā)現(xiàn)明顯的形態(tài)變化。圖3為帕馬霉素生化合成過程[1,2,3]。

圖1 帕馬霉素的結(jié)構(gòu)(A)和帕馬霉素-607的構(gòu)像(B)(R3和R4由圓圈表示)

圖2 帕馬霉素的構(gòu)效關(guān)系

圖3 帕馬霉素的生化合成

1.2 由馬鈴薯瘡痂病病原菌開發(fā)的其他農(nóng)用抗生素

夏目雅裕等以同樣的方法又開發(fā)了其他農(nóng)用抗生素，包括具殺菌活性的孔卡那霉素(concanamycin)，具殺螨活性的吉米菌素(germicidin)及FD-891和thaxtonin A和弗利達(dá)霉素(fridamycin)等，圖4即為部分農(nóng)用抗生素的結(jié)構(gòu)式。

2 結(jié) 語

植物病原菌有成千上萬，從它們的菌絲中尋求并開發(fā)新的農(nóng)用抗生素，這是一個又快又省力的開發(fā)新農(nóng)用抗生素的方法。帕馬霉素的成功開發(fā)為人們創(chuàng)造了范例。目前采用該法開發(fā)新農(nóng)用抗生素還在繼續(xù)，由此，更多的新農(nóng)用抗生素將會源源而生。

圖4 夏目從帕馬霉素產(chǎn)生菌衍生菌中所得到的其他抗生素

[1] 張一賓. 將來的農(nóng)藥[R]. 上海：中國貿(mào)促會化工行業(yè)分行. 第十一屆中國農(nóng)藥工業(yè)發(fā)展國際論壇報告集, 2017: 11－17.

[2] 夏目雅裕. 微生物の生長や分化に関わる生理活性天然物に関する研究[J]. 日本農(nóng)薬學(xué)會誌, 2016, 41(2): 169－174.

[3] 上野民夫, 宮川恒. 植物病害の化學(xué)[M]. 日本: 學(xué)會出版センター, 1997: 203－204.

[4] YUU AOKI, DAISUKE MATSUMOTO, HIROSHI KAWAIDE. Physiological role of germicidins in spore germination and hyphal elongation in Streptomyces coelicolor A3(2) [J]. The Journal of Antibiotics, 2011, 64: 607－611.

A new Development Method of Agricultural Antibiotics Based on Natural Physiological Active Substances from Crop Pathogens

ZHANG Yibin

(Shanghai Pesticide Research Institute, Shanghai 200032, China)

A new development method of agricultural antibiotics was introduced, which would take a revolutionary challenge to the traditional development methods.

development; agricultural antibiotics;; pamamycin

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2017.02.05

TQ450

A

1009-6485(2017)02-0026-02

張一賓(1944—)，男，高級工程師，長期從事農(nóng)藥信息研究工作，E-mail: sjnywp@163.com。

2017-04-10。