鏈霉素防治植物細(xì)菌性病害的歷史與研究現(xiàn)狀

李文紅　程英　金劍雪　李鳳良

摘要：綜述了近年來國內(nèi)外鏈霉素防治植物細(xì)菌性病害的主要成果，包括鏈霉素的發(fā)現(xiàn)歷史、鏈霉素在植物細(xì)菌性病害防治上的應(yīng)用及其作用機理、植物病原細(xì)菌對鏈霉素的耐藥性以及鏈霉素的耐藥性機制。

關(guān)鍵詞：鏈霉素；植物細(xì)菌性病害；化學(xué)防治；作用機制；耐藥性

中圖分類號：S482.2；S43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）09-1985-03

鏈霉素（Streptomycin）是從灰鏈霉菌的培養(yǎng)液中提取的抗生素，屬于氨基糖苷堿性化合物。它是Waksman[1]從鏈霉菌中析離得到的，是繼青霉素后第二個生產(chǎn)并用于臨床的抗生素，它對許多革蘭氏陰性桿菌，如大腸埃希菌、克雷伯菌屬、變形桿菌屬、腸桿菌屬、沙門氏菌屬、志賀菌屬、布魯菌屬、巴斯德桿菌屬等都具有抗菌作用。自1955年起，鏈霉素開始用于農(nóng)業(yè)，成為防治由革蘭氏陰性細(xì)菌引起的植物病害的一種重要的抗生素[2]，到目前為止，該藥劑已經(jīng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域使用50多年。隨著鏈霉素使用時間的延長和劑量的加大，植物病原細(xì)菌對鏈霉素的耐藥性日益嚴(yán)重，其耐藥性監(jiān)測、耐藥性產(chǎn)生機制等研究受到廣泛重視，目前已取得了較大的研究進(jìn)展。

1 鏈霉素的發(fā)現(xiàn)

1943年美國羅格斯大學(xué)瓦克斯曼教授的博士研究生薩茲從土壤中和雞的咽喉分離發(fā)現(xiàn)了一種新的抗生素，即鏈霉素。隨后證實其毒性不大，而對結(jié)核病的效果很好。1944年美國和英國大規(guī)模的臨床試驗也進(jìn)一步驗證了其醫(yī)療效果，并證實其對鼠疫、霍亂、傷寒等多種傳染病也有效。1946年2月22日，瓦克斯曼宣布其實驗室發(fā)現(xiàn)了應(yīng)用于臨床的抗生素——鏈霉素，人類戰(zhàn)勝結(jié)核病的新紀(jì)元自此開始。

2 鏈霉素在植物細(xì)菌性病害防治上的應(yīng)用

鏈霉素自1955年開始用于農(nóng)業(yè)，主要用于防治由革蘭氏陰性細(xì)菌（G-）引起的植物病害[2]。鏈霉素先后被美國、歐洲和以色列用來防治梨火疫?。‥rwinia amylovora），后來在許多國家被用來防治馬鈴薯黑脛病菌（Pectobacterium spp.）引起的馬鈴薯軟腐病，菊苣假單胞菌（Pseudomonas cichorii）引起的芹菜細(xì)菌性葉斑病，假單胞菌屬致病菌（Pseudomonas syringae）引起的蘋果、梨等樹木果實斑點病，番茄瘡痂病菌（Xanthomonas campestris）引起的辣椒和蕃茄細(xì)菌性斑點病，根癌農(nóng)桿菌（Agrobacte-

rium tumefaciens）引起的薔薇科植物冠癭病，煙草野火病菌（Pseudomonas syringae pv. tabaci）引起的煙草野火病等多種植物細(xì)菌性病害[2]。鏈霉素在中國已有近40年的應(yīng)用歷史[3]。它主要用于防治煙草野火病菌引起的煙草野火病、茄科勞爾氏菌（Ralstonia solanacearum）引起的煙草青枯病、大白菜軟腐病菌（Erwinia carotovora）引起的大白菜軟腐病、柑橘潰瘍病菌（Xanthomonas axonopodis）引起的柑橘潰瘍病、水稻白葉枯病菌（Xanthomonas oryzae）引起的水稻白葉枯病、水稻細(xì)菌性條斑病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola，Xoc）引起的細(xì)菌性條斑病[4-8]。

3 鏈霉素的作用機理

通過多年的研究，鏈霉素的作用機理目前已基本清楚。它和其他的氨基糖苷類藥物一樣，經(jīng)主動轉(zhuǎn)運通過細(xì)菌的細(xì)胞膜與細(xì)菌核糖體30 S亞單位的特殊受體蛋白結(jié)合，干擾信息核糖核酸與30 S亞單位間起始復(fù)合物的形成，抑制蛋白質(zhì)的合成。它還可以使DNA發(fā)生錯讀，導(dǎo)致無功能蛋白質(zhì)的合成；使多聚核糖體分裂而失去合成蛋白質(zhì)的功能，使大量氨基糖苷類藥物進(jìn)入菌體，導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞膜破裂，以致細(xì)胞死亡[9]。

4 植物病原細(xì)菌對鏈霉素的耐藥性

鏈霉素自1955年用于田間病害防治后很快出現(xiàn)耐藥性。1962年在美國佛羅里達(dá)州首次發(fā)現(xiàn)了番茄瘡痂病菌的田間鏈霉素耐藥性菌株[10]。1971年在加利福尼亞發(fā)現(xiàn)了梨火疫病菌的鏈霉素耐藥性菌株[11]；隨后在美國西部、加拿大、以色列、新西蘭和黎巴嫩也分別檢測到了鏈霉素的耐藥性菌株[12-16]。在中國，李梅云[17]檢測了云南省43株煙草野火病菌對鏈霉素的敏感性，發(fā)現(xiàn)25株表現(xiàn)出中到高水平的耐藥性。向平安等[18]收集了中國不同實驗室7株辣椒瘡痂病菌和14株水稻細(xì)菌性條斑病菌，檢測到4株辣椒瘡痂病菌和1株水稻細(xì)菌性條斑病菌對鏈霉素表現(xiàn)出耐藥性。Xu等[19]2007年檢測了安徽、廣東、海南、湖南、江蘇、云南、四川、廣西445株水稻白葉枯病菌和415株水稻細(xì)菌性條斑病菌對鏈霉素的耐藥性，共檢測到4株水稻白葉枯耐藥性菌株。此外，發(fā)現(xiàn)的鏈霉素耐藥性菌株還包括芹菜軟腐病菌（Erwinia aroideae）[20]、梨芽枯病菌[21，22]、梨花枯病菌[23]、番茄細(xì)菌性斑點病菌等[24]。

5 鏈霉素的耐藥性機制

在其他植物、動物或人類病原細(xì)菌中引起鏈霉素耐藥性的報道很多，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鏈霉素的耐藥性機制主要可以歸為以下兩大類。

第一類是由于核糖體結(jié)合位點的改變而導(dǎo)致的耐藥性。鏈霉素作用于核糖體30 S亞基，導(dǎo)致遺傳密碼的錯讀，引起mRNA翻譯起始的抑制和異常校讀。編碼S12核糖體蛋白的rpsL基因及編碼16S rRNA的rrs基因突變都會使核糖體靶位點改變，使細(xì)菌對鏈霉素產(chǎn)生顯著的耐藥性。Ozaki等[25]和Birge等[26]分別證明S12蛋白的突變會導(dǎo)致大腸桿菌對鏈霉素的耐藥性。Funatsu等[27，28]闡明了S12蛋白第87位上賴氨酸突變?yōu)榫彼峄虻?2位上賴氨酸到精氨酸、天冬酰胺酸或蘇氨酸都會引起對鏈霉素的耐藥性。Chiou等[29]采用PCR法檢測了102株梨火疫病菌的鏈霉素耐藥性菌株，發(fā)現(xiàn)其在S12蛋白的第43位氨基酸具有突變，其中96株突變?yōu)榫彼幔?株突變?yōu)樘於０匪幔?株突變?yōu)樘K氨酸。Zhang等[30]研究證明，rpsL基因編碼的蛋白質(zhì)中第43位或第88位氨基酸由賴氨酸（AAG）突變?yōu)榫彼幔ˋGG），從而引起水稻條斑病菌和白葉枯病菌對鏈霉素的耐藥性。Carter等[31]的研究表明，核糖體上嚴(yán)謹(jǐn)?shù)腁位點與tRNA的結(jié)合力較弱，而ram構(gòu)象與tRNA的結(jié)合力較強。于是鏈霉素通過穩(wěn)定ram構(gòu)象，增加了初始結(jié)合非同族tRNA的機會。這種被優(yōu)先穩(wěn)定的ram構(gòu)象使另外一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?gòu)象在翻譯過程中難以形成，從而使病原菌表現(xiàn)出耐藥性。

第二類是由于鏈霉素修飾酶的存在引起的耐藥性。鏈霉素屬于氨基糖苷類抗生素。氨基糖苷類抗生素耐藥性產(chǎn)生的主要方式除上述提到的核糖體結(jié)合位點的改變外，氨基糖苷類藥物修飾酶的存在也是另外一個主要的耐藥性機制。氨基糖苷類藥物修飾酶催化氨基糖苷類藥物氨基或羥基的共價修飾，使得氨基糖苷類藥物與核糖體的結(jié)合減少，從而增加對抗生素的吸收，使細(xì)菌能夠在藥物存在時繼續(xù)生存，從而導(dǎo)致耐藥性[32]。根據(jù)修飾反應(yīng)的類型，氨基糖苷類抗生素修飾酶包括乙酰轉(zhuǎn)移酶、核苷酸轉(zhuǎn)移酶和磷酸轉(zhuǎn)移酶。

植物病原細(xì)菌中對鏈霉素的耐藥性最主要的機制是strA-strB基因的存在，這兩個基因分別編碼氨基糖苷-3-磷酸轉(zhuǎn)移酶和氨基糖苷-6-磷酸轉(zhuǎn)移酶。由于strA-strB基因的存在導(dǎo)致對鏈霉素產(chǎn)生耐藥性的植物病原細(xì)菌包括Erwinia amylovora，Pseudomonas syringae pv. syringae等[33，34]。

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