生物農(nóng)藥多殺菌素及其結(jié)構(gòu)類似物的研究進(jìn)展

張逍遙，郭 超，劉艷麗，張 鑫，王 超*

（1. 國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院，北京 100037；2. 北京城市學(xué)院 生物醫(yī)藥學(xué)部，北京 100083）

隨著化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，化學(xué)合成農(nóng)藥已在農(nóng)業(yè)中廣泛應(yīng)用，但長(zhǎng)期大量使用導(dǎo)致害蟲(chóng)抗藥性不斷提高，其高殘留對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。2019年中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)文明確，5年內(nèi)淘汰現(xiàn)存的氯化苦、磷化鋁等高毒農(nóng)藥。國(guó)家大力鼓勵(lì)并出臺(tái)政策支持“綠色、無(wú)污染、健康”的新型生物農(nóng)藥的研發(fā)和推廣。生物農(nóng)藥是指利用生物產(chǎn)生的天然活性物質(zhì)或生物活體本身制作的農(nóng)藥，有時(shí)也將天然活性物質(zhì)的化學(xué)衍生物等稱作生物農(nóng)藥[1]。我國(guó)生物農(nóng)藥的類型主要有微生物農(nóng)藥、抗生素農(nóng)藥、植物源農(nóng)藥和生物化學(xué)農(nóng)藥等。因生物農(nóng)藥具有選擇性強(qiáng)，對(duì)人畜及非靶標(biāo)生物安全、環(huán)境中易降解等優(yōu)點(diǎn)，在蟲(chóng)害防治領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)生物農(nóng)藥已登記超100個(gè)有效成分、近5 000種產(chǎn)品，其中包括具有殺蟲(chóng)、殺螨及殺線蟲(chóng)活性的大環(huán)內(nèi)酯類抗生素阿維菌素，以及兼具生物農(nóng)藥安全性和化學(xué)合成農(nóng)藥速效性的多殺菌素等。隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高及對(duì)食品安全的高度關(guān)注，生物農(nóng)藥占全球農(nóng)藥總份額比例將越來(lái)越高[2]。

多殺菌素是20世紀(jì)90年代初由陶氏益農(nóng)公司開(kāi)發(fā)的一種大環(huán)內(nèi)酯類殺蟲(chóng)抗生素，因具有較高的殺蟲(chóng)選擇性和環(huán)境兼容性，1999年獲得美國(guó)“總統(tǒng)綠色化學(xué)品挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”（presidential green chemistry challenge award）。作為第二代殺蟲(chóng)劑的乙基多殺菌素，不但對(duì)蔬菜作物的殺蟲(chóng)效果明顯，亦能有效防止水果和堅(jiān)果等作物上的蟲(chóng)害，尤其是對(duì)梨果類果樹(shù)上一種棘手的主要害蟲(chóng)——蘋(píng)果蠹蛾有特效，并于2008年再次獲獎(jiǎng)。多殺菌素及其結(jié)構(gòu)類似物作為一類高效安全的生物殺蟲(chóng)劑，在防治農(nóng)林害蟲(chóng)、儲(chǔ)糧害蟲(chóng)、衛(wèi)生害蟲(chóng)以及牲畜寄生蟲(chóng)上面發(fā)揮著重要作用。相信同多殺菌素一樣綠色安全的結(jié)構(gòu)類似物乙基多殺菌素、丁烯基多殺菌素等，也將擁有更大的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。本文主要比較多殺菌素及其結(jié)構(gòu)類似物的理化特性，總結(jié)其理化誘變、分子改造、產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用以及抗性研究等方面的進(jìn)展，分析生物農(nóng)藥推廣的現(xiàn)狀和存在問(wèn)題，提出解決思路，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行展望。

1 多殺菌素及其結(jié)構(gòu)類似物的特性比較

1.1 理化特性

如表1所示[3-9]，多殺菌素是大環(huán)內(nèi)酯類的天然發(fā)酵代謝產(chǎn)物，spinosad A（約占85%～90%）和spinosad D（約占10%～15%）是其主要活性成分。于2007年底推出的乙基多殺菌素產(chǎn)品得益于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）[10]，它是美國(guó)陶氏益農(nóng)公司在多殺菌素的基礎(chǔ)上研制的殺蟲(chóng)劑，其原藥有效成分為乙基多殺菌素J（75.5%）和乙基多殺菌素L（20.7%）的混合物。在1999年發(fā)現(xiàn)的須糖多孢菌代謝產(chǎn)物——丁烯基多殺菌素，因其與多殺菌素的區(qū)別在C21位由丁烯基取代了乙基[11]，這一結(jié)構(gòu)上的相似性使得二者的理化性質(zhì)和作用機(jī)理相近。主要作用于煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptor, nAchR）和 γ–氨基丁酸受體（γ-amino-hutyric acid receptor，GABA），通過(guò)刺激害蟲(chóng)的神經(jīng)系統(tǒng)從而引起興奮，導(dǎo)致非功能性的肌肉收縮、顫抖、衰竭和麻痹等，最終致其死亡。

1.2 殺蟲(chóng)譜

乙基多殺菌素能有效解決多殺菌素防治果樹(shù)害蟲(chóng)效果不明顯的問(wèn)題，如對(duì)水果、堅(jiān)果、蔬菜上的梨小食心蟲(chóng)、卷葉蛾、甜瓜薊馬[12]、蘋(píng)果蠢蛾等均有良好的防治效果。丁烯基多殺菌素和多殺菌素兩者均具有殺蟲(chóng)、殺螨、殺虱活性，但丁烯基多殺菌素比多殺菌素具有更寬的殺蟲(chóng)譜，能有效的控制膜翅目、鱗翅目、纓翅目、雙翅目、鞘翅目等害蟲(chóng)，對(duì)鱗翅目、纓翅目具有較強(qiáng)的選擇性殺蟲(chóng)活性，對(duì)于多殺菌素難控制的對(duì)農(nóng)作物危害極大的煙青蟲(chóng)、蘋(píng)果蠹蛾、馬鈴薯甲蟲(chóng)等卻能有效防治，其有望成為新一代多殺菌素類高效殺蟲(chóng)劑。

1.3 生物合成基因

多殺菌素的全基因組測(cè)序已于2011年完成，多殺菌素的生物合成途徑已基本闡明，生物合成基因簇已被克隆和測(cè)序，大部分基因的功能已確定[10-11]。多殺菌素的生物合成共涉及23個(gè)基因，除 NDP–鼠李糖合成酶基因外，大部分成簇排列在長(zhǎng)約74 kb的基因簇中[13]，并以spn命名。它的生物合成共涉及四個(gè)部分：以丙酸開(kāi)始的共 5個(gè)基因（spnA-E）參與聚酮鏈合成，4個(gè)基因（spnF-M）參與的大環(huán)內(nèi)酯核分子內(nèi)的交聯(lián)反應(yīng)，鼠李糖糖基的轉(zhuǎn)移和甲基化過(guò)程共4個(gè)基因（spnG-I）參與以及 6個(gè)基因（spnN-S）參與福樂(lè)胺糖糖基的合成和連接。在明確生物合成涉及到的基因后，可以通過(guò)改變鼠李糖和福樂(lè)胺糖，合成多殺菌素新衍生物方法來(lái)獲得新的化合物，提高殺蟲(chóng)活性和拓寬殺蟲(chóng)譜。

表2 多殺菌素及其結(jié)構(gòu)類似物殺蟲(chóng)譜

為了開(kāi)發(fā)更高效、更廣譜的多殺菌素衍生物，研究人員在明確了多殺菌素生物合成的中間體和途徑后，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其生物活性進(jìn)行定量–構(gòu)效關(guān)系分析（quantitative structure-activity relationship，QSAR）時(shí)發(fā)現(xiàn)，多殺菌素中鼠李糖–3’–O–乙基化進(jìn)行改造可以明顯提高其生物活性，因此將多殺菌素5,6–雙鍵的氫化與鼠李糖–3’–O–乙基化進(jìn)行組合，成功研發(fā)出主要成分為 3’–O–乙基–5,6–二氫多殺菌素J的乙基多殺菌素[14]，最終通過(guò)半合成修飾獲得的乙基多殺菌素，其是由質(zhì)量比為 3∶1的 3’–O–乙基–5,6–二氫多殺菌素 J與 3’–O–乙基多殺菌素 L組成的混合物。這一系列的結(jié)構(gòu)修飾使得乙基多殺菌素不僅保留了多殺菌素的殺蟲(chóng)活性和對(duì)環(huán)境及哺乳動(dòng)物安全友好的特點(diǎn)，更擁有了廣闊的殺蟲(chóng)譜，并再一次獲得了2008年的“總統(tǒng)綠色化學(xué)品挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”。

為探求丁烯基多殺菌素的合成途徑，以刺糖多孢菌基因作為探針，發(fā)現(xiàn)了相關(guān)的合成基因長(zhǎng)約110 kb，共23個(gè)基因，與編碼多殺菌素的基因序列高度相似。聚酮合成酶基因是由busA～E共5個(gè)頭尾相連的基因構(gòu)成的基因簇，負(fù)責(zé)合成大環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)；busJ、busF、busL、busM共4個(gè)基因，負(fù)責(zé)將大環(huán)內(nèi)酯修飾為糖苷配基；鼠李糖由gtt、gdh、epi、kre、busG這5個(gè)基因編碼合成并添加，busH、busI、busK這3個(gè)基因使鼠李糖甲基化，busN～S是福樂(lè)糖胺合成的相關(guān)基因[11,15-16]。在丁烯基多殺菌素基因簇的兩側(cè)還克隆到了 9個(gè)多殺菌素基因簇所沒(méi)有的基因，它們可能與一些特異的丁烯基多殺菌素的形成有關(guān)[4]。

1.4 產(chǎn)生菌的生物學(xué)特性

1.4.1 刺糖多孢菌的菌種特性

多殺菌素的產(chǎn)生菌，刺糖多孢菌是好氧型革蘭氏陽(yáng)性放線菌，其菌株在大多數(shù)培養(yǎng)基上都會(huì)產(chǎn)生良好的氣生菌絲，菌絲在液體培養(yǎng)基中呈現(xiàn)碎片狀。電鏡下的刺糖多孢菌表面被針狀刺，外形為獨(dú)特的串珠狀。它能有效利用碳源（葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、海藻糖、D–赤藻糖醇、甘油、甘露醇等）產(chǎn)酸和氮源（胨化牛奶、牛肉膏、棉籽蛋白等），同時(shí)在發(fā)酵培養(yǎng)過(guò)程中添加菌體所需的無(wú)機(jī)鹽等元素可供其快速生長(zhǎng)，對(duì)溶菌酶敏感。最佳的培養(yǎng)和產(chǎn)孢溫度為 24～33 ℃，當(dāng)溫度在28～30 ℃時(shí)適合代謝產(chǎn)物的合成，此外溶氧量也會(huì)對(duì)發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生極大影響[17]。值得注意的是，因?yàn)橛行┚杲?jīng)冷凍干燥后會(huì)慢慢失去產(chǎn)孢能力，所以通常以砂土管真空保存。

1.4.2 須糖多孢菌的菌種特性

丁烯基多殺菌素的產(chǎn)生菌由于對(duì)糖多孢菌屬（saccharopolyspora）的特殊噬菌體敏感，且其孢子在電鏡下呈現(xiàn)毛刺等形態(tài)學(xué)特征而被命名為須糖多孢菌。該菌為好氧型菌，在24～33 ℃可適宜生長(zhǎng)。在ISP2和ISP5培養(yǎng)基上產(chǎn)生氣生菌絲和亮白色的多毛刺孢子，菌絲體在液體培養(yǎng)基中易斷裂。須糖多孢菌與刺糖多孢菌一樣都能利用海藻糖、D–赤藻糖醇、果糖、葡萄糖、甘油、甘露醇等碳源產(chǎn)酸，不同的是對(duì)于乳糖、麥芽糖、松三糖、蜜二糖、棉子糖、水楊苷核糖醇、D–半乳糖、糊精等無(wú)法產(chǎn)酸[3]。

2 多殺菌素及其結(jié)構(gòu)類似物的研究進(jìn)展

2.1 高產(chǎn)菌株的誘變選育

對(duì)多殺菌素及其結(jié)構(gòu)類似物在分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、殺蟲(chóng)機(jī)理等有一定了解的基礎(chǔ)上，其高產(chǎn)菌株的產(chǎn)量決定了它的工業(yè)化前景。篩選高產(chǎn)菌株的常規(guī)誘變技術(shù)包括：紫外（UV）誘變，亞硝基胍（NTG）誘變，60Co-γ[18]誘變、離子束誘變、常壓室溫等離子體（ARTP）誘變、復(fù)合誘變選育等。此外，微生物的抗生素抗性突變可賦予突變株新生次級(jí)代謝產(chǎn)物的代謝生產(chǎn)能力，并以96孔板發(fā)酵培養(yǎng)結(jié)合生物檢測(cè)進(jìn)行高通量篩選能大幅提高篩選效率[19]。

常用的誘變劑亞硝基胍（NTG）是具有一定毒性的烷化劑，陳園[19]以 NTG對(duì)刺糖多孢菌進(jìn)行誘變，最終在誘變劑量 2 mg/mL、處理時(shí)間50 min時(shí)獲得產(chǎn)量提高 43.96%的多殺菌素高產(chǎn)株。當(dāng)采用諸多組合的復(fù)合誘變時(shí)可以有效提高突變株的次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量，如通過(guò) UV、NTG結(jié)合鏈霉素、安普霉素、鼠李糖抗性因子誘變選育的高產(chǎn)株產(chǎn)量提高了45.71%[20]；MPMS結(jié)合鏈霉素、慶大霉素、利福平、氯霉素四種抗生素抗性篩選多殺菌素高產(chǎn)菌株產(chǎn)量提高28.68%[21]。但是誘變選育的高產(chǎn)菌株的遺傳存在不穩(wěn)定性，特別是多殺菌素高產(chǎn)性狀易丟失，所以采取屬間原生質(zhì)體融合等引入外源基因的方法可有效改善基因穩(wěn)定性的問(wèn)題[22]且有研究使多殺菌素產(chǎn)量提高了331%[23]。

陳爽[24]為提高丁烯基多殺菌素產(chǎn)量，對(duì)須糖多孢菌以5 mg/mL的NTG誘變50 min篩選出1株遺傳穩(wěn)定且產(chǎn)量提高 86.7%的菌株。對(duì)須糖多孢菌進(jìn)行不同濃度的鏈霉素篩選研究，結(jié)果顯示4×MIC濃度的突變株菌絲體粗壯、分支增多，有利于丁烯基多殺菌素的積累，產(chǎn)量提高1.79倍[25]。鄔洋[26]開(kāi)展的 10×MIC濃度的巴龍霉素抗性篩選研究中，抗性突變株的產(chǎn)量是原始菌株的 2.2倍。為獲得更高產(chǎn)的工程菌株，研究者進(jìn)行10×MIC濃度的鏈霉素–慶大霉素雙重抗性選育，該突變株的產(chǎn)物峰面積是起始菌株的3.89倍[27]。

2.2 基因工程改造高產(chǎn)突變株

與傳統(tǒng)的理化誘變技術(shù)不同的是，基因工程改造方法在提高菌種代謝產(chǎn)物產(chǎn)量方面具有更加準(zhǔn)確的方向性和目的性。通過(guò)調(diào)節(jié)生物合成途徑中的相關(guān)基因，可以顯著提高生物合成產(chǎn)量，并且通過(guò)抑制次要組分的合成，也可提高主要有效成分的產(chǎn)量。

迄今為止，在刺糖多孢菌中引入生物合成簇和鼠李糖合成的相關(guān)基因，是大多數(shù)以基因工程為手段來(lái)提高多殺菌素產(chǎn)量的主要方法。如引入過(guò)度表達(dá)的fadE和fadD1增強(qiáng)了刺糖多孢菌的脂肪酸降解速率，其多殺菌素在含油培養(yǎng)基中有顯著提高[28]。多殺菌素J和L與A和D結(jié)構(gòu)上的差異為鼠李糖殘基上3′–O位點(diǎn)上的甲基。前人研究證實(shí)其生物合成基因簇中spnI、spnK、spnH分別參與多殺菌素鼠李糖殘基上不同位點(diǎn)的甲基化修飾。因此，黨福軍[29]建立了刺糖多孢菌的基因敲除技術(shù)（即去除spnK編碼保守區(qū)域序列），在工業(yè)菌株中構(gòu)建了spnK失活的突變株，可以大量產(chǎn)生多殺菌素J和L。

研究者們?yōu)閲@提高丁烯基多殺菌素產(chǎn)量，根據(jù)前期基因組測(cè)序表明須糖多孢菌含有fcl基因和padR基因，開(kāi)展了敲除padR的研究，使得菌體轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)水平上調(diào)，促進(jìn)提產(chǎn)27.3%[30]。而敲除fcl雖影響了菌絲體的生長(zhǎng)發(fā)育，但促進(jìn)了其生物合成和殺蟲(chóng)活性，相較野生型菌株產(chǎn)量提高了 130%[31]。使多核苷酸磷酸化酶過(guò)度表達(dá)也可促進(jìn)了菌株的生物量，丁烯基多殺菌素產(chǎn)量提高了1.92倍[32]。

2.3 高產(chǎn)菌株的發(fā)酵優(yōu)化

通過(guò)優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基，改善發(fā)酵環(huán)境，可以縮短發(fā)酵時(shí)間，延長(zhǎng)代謝產(chǎn)物合成期，提高發(fā)酵產(chǎn)量。對(duì)于發(fā)酵條件優(yōu)化最好的方式就是采用以表格化直觀的數(shù)理統(tǒng)計(jì)法對(duì)發(fā)酵過(guò)程建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)適時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)酵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過(guò)程的優(yōu)化控制。目前常借助的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法包括：?jiǎn)我蛩貙?shí)驗(yàn)法、響應(yīng)面分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模法等，通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法篩選最佳培養(yǎng)基配方，是提高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量最直接、簡(jiǎn)單、高效的方法。

研究者們?yōu)榱颂岣叨鄽⒕氐漠a(chǎn)量，對(duì)碳源、氮源、前體、培養(yǎng)溫度及溶氧量等進(jìn)行優(yōu)化，取得一定進(jìn)展：研究人員嘗試添加油脂類[33]、氨基酸類和有機(jī)酸類成分來(lái)滿足刺糖多孢菌的生長(zhǎng)需求[34]，使得產(chǎn)生菌在原有發(fā)酵水平上有了較大幅度提高。采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合粒子群算法優(yōu)化產(chǎn)多殺菌素的發(fā)酵培養(yǎng)基，和利用響應(yīng)曲面及其等高線對(duì)提取效果各種關(guān)鍵因素進(jìn)行探討，達(dá)到提產(chǎn)目的，并獲得最優(yōu)提取條件[35-36]。

碳源對(duì)須糖多孢菌生長(zhǎng)及次生代謝產(chǎn)物的生物合成起著至關(guān)重要的作用，研究者們?yōu)樘岣叨∠┗鄽⒕禺a(chǎn)量，常通過(guò)優(yōu)化碳源、氮源等以達(dá)到該目的。陳爽[24]對(duì)經(jīng) NTG誘變和高通量篩選后的高產(chǎn)菌株進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)來(lái)優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基配比，最終獲得的最佳配方使菌株的丁烯基多殺菌素產(chǎn)量比優(yōu)化前提高 52.1%。通過(guò)對(duì) 11種常見(jiàn)碳源進(jìn)行代謝途徑分析后得到以5 g/L的甘露糖作為碳源添加時(shí)，顯著提高了丁烯基多殺菌素的產(chǎn)量1.78倍[37]。

2.4 產(chǎn)品應(yīng)用情況

2.4.1 大田蟲(chóng)害的防治

1994年陶氏益農(nóng)公司將率先向美國(guó)環(huán)?？偩郑‥PA）上報(bào)并得到優(yōu)先登記注冊(cè)的多殺菌素產(chǎn)品“Naturalyte”和“Tracer”推入市場(chǎng)，其分別用于果樹(shù)、蔬菜和防治催殺棉花田和煙草中鱗翅目類害蟲(chóng)[38-39]。目前該類產(chǎn)品已成功在80多個(gè)國(guó)家登記注冊(cè)，可用于防治超過(guò)200種害蟲(chóng)。在我國(guó)上市的多殺菌素產(chǎn)品有用于棉花類的“催殺”（spinosad 48%）懸浮劑和用于果蔬類的“菜喜”（spinosad 2.5%）懸浮劑。

2007年新西蘭獲批的商品Delegate（spinetoram 25%）陸續(xù)上市，常被用于堅(jiān)果、水果、蔬菜類作物。其水分散粒劑也被用于防治蘋(píng)果樹(shù)害蟲(chóng)。隨后，以商品名為Delegate WG（spinetoram 25%）和Radiant SC（spinetoram 120 g/L）獲得加拿大政府和美國(guó)政府的審核批準(zhǔn)用于防治瓜果蔬菜、谷物類作物的害蟲(chóng)。

多殺菌素與乙基多殺菌素對(duì)害蟲(chóng)均具有胃毒和觸殺作用，殺蟲(chóng)活性高，主要用于防治田間鱗翅目害蟲(chóng)（小菜蛾、甜菜夜蛾）及纓翅目害蟲(chóng)（薊馬）、雙翅目害蟲(chóng)等。如其均可以防治田間的多食性害蟲(chóng)草地貪夜蛾，殺蟲(chóng)防效與保葉效果為100%[38-40]。若與蟲(chóng)生真菌聯(lián)合使用，可以達(dá)到協(xié)同增效的目的[41]。以玉米粉為基質(zhì)制成的多殺菌素顆粒劑可延長(zhǎng)農(nóng)作物的貨架期[42]。

2011年在中國(guó)與全球同步上市的艾綠士懸浮劑（spinetoram 60 g/L），其主要成分是乙基多殺菌素，已在國(guó)內(nèi)登記用于茄子防治薊馬、甘藍(lán)防治甜菜夜蛾與小菜蛾、水稻防治稻縱卷葉螟等[43]。它對(duì)菜田中的小菜蛾以及蔬菜薊馬具有很好的速效性和持效性，在施藥的第一天就達(dá)到較好防治水平，且第七天防效仍在90 %以上[44-45]。

2.4.2 儲(chǔ)糧蟲(chóng)害的防治

由于儲(chǔ)糧害蟲(chóng)為害引起的糧食損失是威脅我國(guó)糧食安全的重要因素，特別多發(fā)于儲(chǔ)藏設(shè)施落后的農(nóng)村。害蟲(chóng)的爆發(fā)不僅會(huì)造成糧食損失，它們的排泄物、尸體還會(huì)使糧食發(fā)霉變質(zhì)，甚至產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)。單一的長(zhǎng)期大量使用化學(xué)農(nóng)藥熏蒸劑使害蟲(chóng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的抗藥性，已經(jīng)無(wú)法有效的防治害蟲(chóng)，因此我國(guó)儲(chǔ)糧防治迫切需要新型的無(wú)公害防治技術(shù)。

2003年多殺菌素在肯尼亞被第一次注冊(cè)登記為儲(chǔ)糧保護(hù)劑，隨后2005年在美國(guó)注冊(cè)成為儲(chǔ)糧殺蟲(chóng)劑，可以在多種糧食和種子上應(yīng)用。大量研究顯示1 mg/kg多殺菌素對(duì)玉米、綠豆、小麥等糧庫(kù)中玉米象、谷蠹等常見(jiàn)的儲(chǔ)糧害蟲(chóng)有顯著的防治效果，即使是炎熱高溫的夏季，也可保證儲(chǔ)糧無(wú)蟲(chóng)害[46]。若使用多殺菌素熏蒸或復(fù)配劑還可延長(zhǎng)糧食保質(zhì)期和增強(qiáng)殺蟲(chóng)活性[47-48]?？稍谵r(nóng)戶儲(chǔ)糧、大型糧倉(cāng)或者簡(jiǎn)易糧倉(cāng)中推廣使用。

乙基多殺菌素多使用于田間，在儲(chǔ)糧害蟲(chóng)防治上的應(yīng)用較少。對(duì)于小麥中銹赤扁谷盜[49]，煙葉中煙草粉螟[50]，糧倉(cāng)中谷蠹、書(shū)虱等均能有效防治，且控制效果同多殺菌素基本一致。因此在儲(chǔ)糧有害生物防治領(lǐng)域具有很大的研究開(kāi)發(fā)潛力。

2.4.3 生活與衛(wèi)生害蟲(chóng)的防治

海港周邊的城市經(jīng)常受到蚊蟲(chóng)的吸血肆虐，更重要的是它們的傳播會(huì)帶來(lái)瘧疾、流行性乙型腦炎等流行病的發(fā)生。綜合治理策略是蚊蟲(chóng)控制的基本原則，化學(xué)防治雖然快速高效，但長(zhǎng)期大量不合理的使用，導(dǎo)致蚊蟲(chóng)產(chǎn)生抗性[51]，引發(fā)防治效果差、施藥量增大、環(huán)境污染等問(wèn)題。而多殺菌素的緩釋粒劑 Natular G30對(duì)致倦庫(kù)蚊的防治效果較好，且對(duì)水生生物安全[52]，作為一種環(huán)境友好型殺蟲(chóng)劑，值得在我國(guó)推廣使用。

頭虱是一種寄生性昆蟲(chóng)，主要存在于人們的毛發(fā)內(nèi)，以吸食人血為食，感染在美國(guó)兒童及成年人十分普遍。2011年美國(guó)FDA批準(zhǔn)的Natroba（0.9%多殺菌素混懸液制劑），是用于治療4歲以上兒童及成年人頭虱感染的外用制劑[53]。在經(jīng)14天的用藥治療后治愈率（即完全無(wú)頭虱個(gè)體的比率）達(dá)86%，它的上市為治療頭虱提供了一種新的選擇。

2.5 多殺菌素類藥劑的抗性研究

自多殺菌素上市以來(lái)，陶氏益農(nóng)公司就建議農(nóng)民不要重復(fù)使用該殺蟲(chóng)劑，并且鼓勵(lì)與其他產(chǎn)品輪換使用來(lái)避免多殺菌素產(chǎn)生抗性。雖然多殺菌素類化合物的作用機(jī)制獨(dú)特，一些獨(dú)具生物學(xué)特性和危害習(xí)性的害蟲(chóng)還是表現(xiàn)出明顯的抗藥性。如北京地區(qū)西花薊馬田間種群對(duì)多殺菌素的抗性倍數(shù)達(dá)到80～150倍，對(duì)乙基多殺菌素抗性倍數(shù)高達(dá)7 730倍[54]。該田間監(jiān)測(cè)表明靶標(biāo)害蟲(chóng)對(duì)多殺菌素類殺蟲(chóng)劑的抗性有著不容忽視的影響，了解抗性發(fā)展規(guī)律對(duì)以后的抗性治理有著重要的意義。

對(duì)于抗性機(jī)理，有觀點(diǎn)提出代謝解毒酶或許在抗性中起作用，并研究了羧酸酯酶、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶和多功能氧化酶這3種解毒酶的活性，但在西花薊馬對(duì)多殺菌素的抗藥性中認(rèn)為并非如此[55]。還有研究發(fā)現(xiàn)，煙堿型乙酰膽堿受體 α6亞基跨膜區(qū)的三個(gè)氨基酸缺失導(dǎo)致小菜蛾對(duì)多殺菌素產(chǎn)生高水平抗性[56]。并且殺蟲(chóng)靶標(biāo)位點(diǎn)的不敏感性，也是導(dǎo)致害蟲(chóng)對(duì)殺蟲(chóng)劑產(chǎn)生抗性的一個(gè)重要的生化機(jī)制。

害蟲(chóng)抗藥性是防治過(guò)程中必須要面對(duì)的一個(gè)重要關(guān)卡，在尚未找到行之有效的治理方法之前，采用合理用藥與加強(qiáng)田間害蟲(chóng)抗性的監(jiān)測(cè)可以延緩抗性發(fā)展，尋求新型殺蟲(chóng)劑并聯(lián)合更多措施來(lái)防治害蟲(chóng)侵害刻不容緩。

3 前景展望

3.1 生物農(nóng)藥推廣的現(xiàn)狀和存在問(wèn)題

近年來(lái)，我國(guó)生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用得到了國(guó)家和政府的大力支持，通過(guò)國(guó)家科技支撐計(jì)劃、公益性行業(yè)科研專項(xiàng)、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等進(jìn)行資助來(lái)推動(dòng)生物農(nóng)藥資源的研發(fā)[1]?？杀M管如此，生物農(nóng)藥的普及和應(yīng)用步伐仍十分滯緩，與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在不小的差距。除了生物農(nóng)藥政策制度不健全外，其產(chǎn)品本身也存在著生物農(nóng)藥制品種類少、研發(fā)成本高、防治譜窄等制約因素。作為科研人員，我們不僅要盡快解決提取培育成本高的問(wèn)題，更重要的是大力開(kāi)發(fā)新的活性化合物和衍生物，這是當(dāng)前和今后發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

3.2 解決思路

3.2.1 復(fù)配劑的研發(fā)

生物農(nóng)藥的研發(fā)為綠色有機(jī)農(nóng)業(yè)提供了安全生產(chǎn)的技術(shù)支撐，不僅增加了農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，也提高了農(nóng)作物的質(zhì)量，減輕了水土污染等環(huán)境壓力。但是，生物農(nóng)藥的應(yīng)用技術(shù)和使用面積仍是亟待解決的問(wèn)題。對(duì)于大多數(shù)生物農(nóng)藥存在的對(duì)靶標(biāo)生物明顯選擇性，甚至是專一性，可以通過(guò)研究將新型生物源殺蟲(chóng)劑與傳統(tǒng)殺蟲(chóng)劑按一定比例組合復(fù)配，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，而從減緩害蟲(chóng)抗藥性和延長(zhǎng)藥劑的使用壽命。已有研究將多殺菌素與毒死蜱 7:5復(fù)配后表現(xiàn)出明顯的增效作用[57]，與吡蟲(chóng)啉以1:20濃度比組成的混劑也可用于韭菜遲眼蕈蚊幼蟲(chóng)的防治[58]。

3.2.2 新活性化合物和衍生物的開(kāi)發(fā)

豐富種類，開(kāi)發(fā)新的活性化合物和衍生物（如丁烯基多殺素），也可以解決當(dāng)前防治殺蟲(chóng)譜窄，產(chǎn)品種類少的方法。為了篩選多殺菌素類似物，郭超[59]等從采集到的162份土壤樣品，分離獲得了15 000余株放線菌建立放線菌庫(kù)，利用高通量發(fā)酵平臺(tái)及蚊子幼蟲(chóng)生物測(cè)定的方法篩選具有殺蟲(chóng)活性的微生物，獲得一株產(chǎn)丁烯基多殺菌素的須糖多孢菌，并進(jìn)行了16s RNA鑒定、全基因組序列測(cè)定、理化誘變等研究工作。但須糖多孢菌生長(zhǎng)慢、生物量低、發(fā)酵過(guò)程調(diào)控難，丁烯基多殺菌素產(chǎn)量仍然較低，達(dá)不到工業(yè)化生產(chǎn)要求。目前國(guó)際上無(wú)丁烯基多殺菌素相關(guān)產(chǎn)品注冊(cè)登記的報(bào)道，作為繼第一代多殺菌素、第二代乙基多殺菌素之后的第三代生物農(nóng)藥，丁烯基多殺菌素在延緩害蟲(chóng)抗藥性、擴(kuò)大殺蟲(chóng)譜等方面將展現(xiàn)其潛力。

隨著人類環(huán)保和生態(tài)意識(shí)的增強(qiáng)，以及現(xiàn)代生物技術(shù)的飛速發(fā)展，新型生物農(nóng)藥的的性能和品質(zhì)會(huì)不斷提高，高效低毒、特異性強(qiáng)的新生物農(nóng)藥品種的發(fā)展前景會(huì)更加美好。