具有農(nóng)藥活性的微生物揮發(fā)性有機(jī)物研究進(jìn)展

田宇曦 閔勇 楊自文 周榮華 王開(kāi)梅

摘要：具有農(nóng)藥活性的微生物產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物種類(lèi)豐富，產(chǎn)生菌株多樣，功能多樣，應(yīng)用性不亞于微生物產(chǎn)生的非揮發(fā)性化合物，是一類(lèi)重要的功能化合物。對(duì)具有農(nóng)藥活性的微生物揮發(fā)性有機(jī)化合物種類(lèi)、產(chǎn)生菌株、分離檢測(cè)方法、農(nóng)藥活性和應(yīng)用進(jìn)行了綜述，并提出問(wèn)題和思考，旨在為具有農(nóng)藥活性的微生物揮發(fā)性有機(jī)化合物的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)藥活性;微生物;揮發(fā)性有機(jī)化合物;固相微萃取

中圖分類(lèi)號(hào)：S481+.8;S154.34? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2018）21-0016-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.21.003? ? ? ? ? ?開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)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(fā)性有機(jī)化合物是指在20 ℃、1個(gè)大氣壓的條件下能夠完全蒸發(fā)變?yōu)闅庀嗟慕^大多數(shù)為液體物質(zhì)，且為脂溶性，水溶性極低的碳基化合物[1]。由微生物代謝產(chǎn)生的天然非化學(xué)合成的揮發(fā)性有機(jī)化合物英文簡(jiǎn)稱mVOCs（Microbial volatile organic compounds）。

1? 具有農(nóng)藥活性的微生物的揮發(fā)性有機(jī)物（mVOCs）的類(lèi)型

因?yàn)槲⑸锎x過(guò)程受條件影響較大，不同條件下微生物代謝產(chǎn)生的mVOCs種類(lèi)有差異，mVOCs種類(lèi)多樣，大致可分為醛類(lèi)、酮類(lèi)、醇類(lèi)、酯類(lèi)和有機(jī)酸類(lèi)[2，3]，部分見(jiàn)表1。

2? 產(chǎn)生mVOCs的具有農(nóng)藥活性的微生物種類(lèi)

目前研究報(bào)道較多的產(chǎn)生mVOCs具有農(nóng)藥活性的微生物主要是真菌還有細(xì)菌，這些微生物能殺線蟲(chóng)、誘導(dǎo)植株抗病、抑制病原真菌、病原細(xì)菌等。細(xì)菌里揮發(fā)性殺線蟲(chóng)優(yōu)勢(shì)菌有芽孢桿菌屬、變形菌門(mén)還有放線菌門(mén)，其次是異常球菌-棲熱菌門(mén)和擬桿菌門(mén)[13]，如24 h殺馬鈴薯腐爛莖線蟲(chóng)活性達(dá)到100%的有枯草芽孢桿菌[14]。調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育和誘導(dǎo)植物對(duì)病蟲(chóng)害產(chǎn)生系統(tǒng)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(duì)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(xì)菌、線蟲(chóng)、昆蟲(chóng)還有人體病原菌的有Muscodor albus，能抑制植物病原真菌、細(xì)菌和卵菌的甘薯長(zhǎng)喙殼菌[20]和促進(jìn)生菜幼苗根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)和鮮重增長(zhǎng)的尖孢鐮刀菌[21]等。

3? mVOCs的分離檢測(cè)方法

因?yàn)閾]發(fā)性物質(zhì)容易揮發(fā)，且組分結(jié)構(gòu)差異大。分析檢測(cè)前必須要有有效的方法收集揮發(fā)性物質(zhì)，這方面研究較多，目前已有多種方法用于收集和前處理?yè)]發(fā)性物質(zhì)，國(guó)內(nèi)外收集揮發(fā)性化合物比較成熟的方法大致分為3類(lèi)：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(jù)相似相容原理，如溶劑浸提法[30]、溶媒萃取法[31]等;根據(jù)物理性質(zhì)，如吸附熱脫捕集法[32，33]、水蒸氣蒸餾法[31]等。為了達(dá)到定性定量測(cè)定的目的，避免樣品采后被污染，樣品的收集和分析儀器聯(lián)用。其中SPME法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型的無(wú)溶劑樣品前處理技術(shù)，是通過(guò)萃取纖維富集樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)，再用氣相色譜-質(zhì)譜（GC/MS）技術(shù)分析和鑒定，用標(biāo)準(zhǔn)普庫(kù)檢索分析結(jié)構(gòu)，最后通過(guò)購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的商業(yè)純品試劑驗(yàn)證功能活性。此項(xiàng)技術(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)方法的地方有：無(wú)需溶劑，快速簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)無(wú)毒，精確度靈敏度高，能方便地與GC/MS設(shè)備聯(lián)用。SPME法根據(jù)待測(cè)物質(zhì)揮發(fā)性、機(jī)制、探針固定相涂層的性質(zhì)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(nóng)藥活性與應(yīng)用

目前對(duì)微生物源揮發(fā)性有機(jī)物的研究受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注，開(kāi)發(fā)和利用這些天然的、非化學(xué)合成的氣體物質(zhì)逐步成為研究熱點(diǎn)，這些微生物代謝產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物有的可以作為信號(hào)物質(zhì)調(diào)節(jié)植物的生理代謝，比如促生、誘導(dǎo)系統(tǒng)抗病性，如某些植物內(nèi)生真菌施加到土壤環(huán)境中不僅可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)，而且可以誘導(dǎo)植物幼苗提高防御能力，減少病害發(fā)生[34];有的可作為化學(xué)信息素引誘或趨避昆蟲(chóng)和其他無(wú)脊椎動(dòng)物，比如吸誘線蟲(chóng)等;對(duì)于微生物生物防治領(lǐng)域最為重要的一點(diǎn)是，某些微生物產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物能抑制或者殺死病原真菌、線蟲(chóng)、細(xì)菌以及昆蟲(chóng)，可用于防治植物病蟲(chóng)害[20]，因?yàn)檫@類(lèi)揮發(fā)性有機(jī)物在生物防治領(lǐng)域的重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其主要被開(kāi)發(fā)用作生物農(nóng)藥。

為了開(kāi)發(fā)新型土壤熏蒸劑或研發(fā)其先導(dǎo)化合物，李志芳等[11]采用單因素分析法和Plackett-Burman設(shè)計(jì)法優(yōu)化殺線蟲(chóng)菌株韋氏芽孢桿菌MC67的液體發(fā)酵條件，使發(fā)酵液揮發(fā)物殺線蟲(chóng)活性達(dá)到98.2%。開(kāi)發(fā)土壤熏蒸劑實(shí)際應(yīng)用中，李倩[20]將該菌在封閉的發(fā)酵罐中發(fā)酵培養(yǎng)，然后將產(chǎn)生的大量揮發(fā)性物質(zhì)通過(guò)氣泵導(dǎo)入溫室、大棚等封閉、人工控制的環(huán)境中施用，可以避免菌株直接接觸土壤、農(nóng)產(chǎn)品或寄主植物而產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)于當(dāng)前灌根或者噴施的生物或化學(xué)試劑，避免引發(fā)農(nóng)藥殘留、環(huán)境污染等問(wèn)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(fā)性有機(jī)物對(duì)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(kāi)發(fā)抗真菌代謝物和新藥物的重要微生物資源[35]。

5? 問(wèn)題與思考

研究報(bào)道，一般而言，具有農(nóng)藥活性的微生物代謝產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物的抑菌防病作用不是某一種或幾種物質(zhì)的獨(dú)立行為，而是眾多揮發(fā)性物質(zhì)協(xié)同作用的結(jié)果[36]，揮發(fā)性有機(jī)物發(fā)揮作用的機(jī)制有的是直接作用，有的是通過(guò)影響病原菌的質(zhì)膜滲透性、氨基酸轉(zhuǎn)移體系或者體內(nèi)酶活，有的是通過(guò)抑制競(jìng)爭(zhēng)者生長(zhǎng)，還有的是充當(dāng)傳播化學(xué)信號(hào)的作用等[20]。但是總的來(lái)說(shuō)，深層次的作用機(jī)制和作用模式研究并不是太多，這也是未來(lái)需要加強(qiáng)的。比如，對(duì)于枯草芽孢桿菌這種研究普遍的生防菌株，其揮發(fā)性產(chǎn)物和非揮發(fā)性產(chǎn)物一樣，都是重要的生防資源，但是其作用機(jī)制和生防途徑還有待深入研究。

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