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春雷霉素主要应用在哪些方面

发布日期:2018/10/18 13:51:24

【概述】

春雷霉素(kasugamycin)又名春日霉素、加收米、加瑞农,由春日链霉菌(Streptomyceskasugaensis)所产生,属氨基糖苷类抗生素,于1964年4月从日本奈良县春日神社境内发现,故又名春日霉素。广泛应用于农业。它对水稻稻瘟病(包括叶瘟、稻头瘟、谷瘟)等的防治尤为显著,一般可达到80%以上。春雷霉素的适用作物还包括马铃薯、黄瓜、芹菜、高粱、辣椒、菜豆、柑橘等,可防治甜菜上的甜菜生尾孢、马铃薯上的胡萝卜软鸥文氏菌、菜豆上的栖菜豆假单孢菌、黄瓜上的流泪假单孢菌、番茄叶霉病、黄瓜细菌性角斑病等。

【理化性质】

春雷霉素是一种由微生物发酵产生的次级代谢产物,纯品在有机溶剂中难溶,在25℃水中溶解125g/L;盐酸盐在水中的溶解度很高,但不溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、三氯甲烷、苯及石油醚等有机溶剂。因此,当在春雷霉素的水溶液中加入能与水混溶的有机溶剂时,春雷霉素就会沉淀析出。

春雷霉素呈弱碱性,它的盐酸盐为白色结晶,熔点:236~239℃(分解),盐酸盐:202~204℃(分解)。它的稳定性受环境酸碱度的影响很大,一般在酸性条件(pH5.0以下)中较稳定,所以春雷霉素不宜与强碱性农药混用。 用春雷霉素防治稻瘟病,即使喷300mg/L的高浓度,对水稻等植物都未见药害;对人、畜、禽、鱼、虾的急性毒性较低,小白鼠口服LD50为2g/kg体质量,在水中含有1g/L抗生素时,鱼类无中毒反应。 春雷霉素原药盐酸盐为白色结晶,熔点236~239℃(分解),易溶于水,微溶于甲醇,不溶于其他有机溶剂。

【作用机制】

抗生素的作用机制种类很多,其可定向结合翻译过程中的不同部分,如抑制翻译起始、tRNA结合核糖体、也可直接竞争性结合rRNA或核糖体蛋白来抑制蛋白质合成;其中氨基糖苷类抗生素在抑制蛋白合成时会引起编码错误,而春雷霉素则不会如此。关于春雷霉素的作用机制,早期研究显示,春雷霉素与大肠杆菌核糖体的30S小亚基结合,作用于小亚基亚单位的16SrRNA解码区的A部位,从而特异性抑制了氨酰-tRNA结合mRNA-核糖体蛋白复合体,进而阻止蛋白质翻译的起始(图1)。

通过精细的结构生物学研究,得到了大肠杆菌70S核糖体与春雷霉素的晶体结构复合物,也进一步精确地揭示春雷霉素的结合位点位于30S核糖体亚基中mRNA的进入通道。比较有趣的是,由于春雷霉素对植物病原真菌也展现出类似的作用机制,即亦能与其核糖体小亚基结合,因此可说明春雷霉素对细菌和植物致病真菌皆表现出强烈的生物活性。

春雷霉素的作用机制
图1为春雷霉素的作用机制

【药理作用】

春雷霉素是一种抗菌素,它对某些革氏阳性和革氏阴性的细苗,和某些真菌有一定的抗菌作用,因此在医药上用于防治绿脓杆菌感染,具有较高的疗效。农业上主要用于防治稻瘟病。据有关报导,春雷霉素对细菌的抗菌作用,主要表现在它对细菌酯酶系氨基酸的干扰,从而影响蛋白质合成。而对稻瘟病(属于真菌)自勺抗菌作用,则表现在它抑制菌丝的发育。当菌丝在水稻植株内接触春雷霉素后,菌丝肥大,细胞质颗粒化,停止伸长,其横边开始分枝,植株病斑的形成受到抑制,从而.达到防治效果。春雷霉素这种抑菌性能,一般在酸性的环境中表现较显著。

【生物合成】

有关春雷霉素的生物合成途径,早期同位素喂养实验证实其结构中春雷胺单元来源于葡萄糖胺,而二碳侧链及D-肌醇两个单元的合成前体分别为L-甘氨酸和肌醇(myo-inositol)。在此基础上,根据生物合成基因簇的研究及生物信息学分析,粗略推断了春雷霉素的生物合成途径(图2)。与此同时,以kasA为探针从构建的Fosmid基因组文库中克隆出22kb与春雷霉素生物合成相关的DNA区域,其中含有17个完整的春雷霉素生物合成基因,而kasD则有助于研究春雷霉素合成的前体物质。

春雷霉素生物合成途径
图2为春雷霉素生物合成途径

【应用】 

春雷霉素主要应用在发病初期早晚有露水时喷雾防治水稻的稻瘟病、烟草的野火病及高粱炭疽病。 春雷霉素广泛应用于农业。它对水稻稻瘟病(包括叶瘟、稻头瘟、谷瘟)等的防治尤为显著,一般可达到80%以上。春雷霉素的适用作物还包括马铃薯、黄瓜、芹菜、高粱、辣椒、菜豆、柑橘等,可防治甜菜上的甜菜生尾孢、马铃薯上的胡萝卜软鸥文氏菌、菜豆上的栖菜豆假单孢菌、黄瓜上的流泪假单孢菌、番茄叶霉病、黄瓜细菌性角斑病等。

【主要参考资料】

[1]汪桂,吴蕴,袁子雨,邓子新,苏二正,陈文青.春雷霉素的研究现状及展望[J].生物加工过程,2016,14(04):70-75.

[2]春雷霉素的性質及其效用[J].辽宁农业科技,1971(02):24-25.

[3]卢蕾. 超高效液相色谱串联质谱法分析辣椒中春雷霉素和多菌灵的残留动态[D].山东农业大学,2012.