刺糖菌素

刺糖菌素，又名多杀菌素，是由多刺糖多孢菌（Saccharopolysporaspinosa）产生的次级代谢产物，是一种新型的由放线菌刺糖菌素多孢菌产生的农用抗生素，其主要活性成份为刺糖菌素 A 组份（Spinosyn A）和刺糖菌素 D 组份（Spinosyn D）。多刺糖多孢菌是一种新型的放线菌，它是由一位化学家在加勒比海度假时从一个废弃的甘蔗制甜酒厂附近土壤中分离得到的，通过对其发酵液的抗蚊虫幼虫活性测定发现了刺糖菌素。刺糖菌素是一种具有触杀及摄食毒性的广谱杀虫剂，对鳞翅目害虫的防治效果最好，对影响农作物的重要害虫鳞翅目、 鞘翅目、直翅目存在极高的活性，半衰期短，降解完全，对哺乳动物、鸟类、鱼类甚至大多数益虫具有宽广的安全界限，兼具生物农药的安全性和化学合成农药的快速效果。现已知道各类杀虫剂有多种不同的作用方式，包括有机磷和氨基甲酸酯是乙酰胆碱酯酶的抑制剂，滴滴涕和拟除虫菊酯是 Na+通道的阻断剂，阿维菌素是 γ - 氨基丁酸受体 Cl-通道的激活剂，吡虫啉和烟碱是烟碱型乙酰胆碱受体的拮抗剂，溴虫腈和鱼藤酮是线粒体呼吸作用的抑制剂，而苏云金芽孢杆菌是通过形成内毒素，并结合到昆虫肠细胞膜的高亲和性和特异性受体上，从而干扰 K+离子依赖性活性氨基酸运输而起作用。电生理实验证明，刺糖菌素作用于昆虫的神经系统，导致非功能性的肌收缩，衰竭，并伴随颤抖和麻痹。刺糖菌素具有影响乙酰胆碱受体的功能，但其作用位点不同于吡虫啉和烟碱。此外，刺糖菌素还可影响 γ -氨基丁酸受体，但其作用位点与阿维菌素不同。迄今为止，尚未发现某类产品能以相同的方式影响昆虫的神经系统，而且尚无有关刺糖菌素交叉抗性的报道，与一般的杀虫剂相比，刺糖菌素兼具生物农药的安全性和化学合成农药的快速效果，并因其低毒、低残留、对天敌安全、分解快而获得美国“总统绿色化学品挑战奖”。
目前国外已有相关刺糖菌素产品，2005年美国环保局批准将多杀菌素用作储粮防护剂，2008年欧盟批准多杀菌素可用于有机作物。美国陶氏农业科学公司生产的 2.5 % 悬浮剂和 48 % 悬浮剂已获得我国农药的临时登记，分别用于防治甘蓝的小菜蛾和棉花的棉铃虫。 物理性质  刺糖菌素的实用性产品为白色或浅灰白色固体，带有一种类似于轻微陈腐泥土的气味，是 85 %～88 % 的刺糖菌素 A 组份和 12 %～15 % 的刺糖菌素 D组份的混合物。熔点：A 组份为118 ℃，D 组份为169 ℃；蒸气压：A 组份为3.2 ×10-10Pa，D 组份为 2.1×10-10Pa；水中溶解度（mg/ L）：A 组份在 pH5、7、9 时分别为 290、235、16，D 组份在pH 5、7、9 时分别为29、0.332、 0.053。
化学性质  酸碱稳定性：在 pH5～9 范围内，刺糖菌素A组份和D 组份都比较稳定。在温和酸性条件下（浓盐酸，甲醇，回流2h），刺糖菌素 A 和 D 容易分解生成各自的 17 位脱糖基假糖苷配基，在更为剧烈的条件下（7.2 mol/L 硫酸，甲醇，回流3h），刺糖菌素A 会继续脱去9 位的鼠李糖生成刺糖菌素A 假糖苷配基，而刺糖菌素D 则因为分子内重排未能得到刺糖菌素D 假糖苷配基。 环境稳定性：刺糖菌素在环境中通过多种途径组合的方式进行降解，主要为光降解和微生物降解，最终降解成 C、H、O、N 等自然组分。刺糖菌素由土壤光解作用降解的半衰期为 9～10d，而水光解作用的半衰期则小于1d，叶面光降解的半衰期是 1.6～16d。在无光照条件下，刺糖菌素经有氧土壤代谢的半衰期为 9～ 17d 。 本产品是从放线菌代谢物提纯出来的生物源杀虫剂，毒性极低，可防治小菜蛾、甜菜夜蛾及蓟马等害虫。喷药后当天即见效果，杀虫速度可与化学农药相当，非一般的生物杀虫剂可比。中国及美国农业部登记的安全采收期都只是1d，最适合无公害蔬菜生产应用。 根据中国农药毒性分级标准，刺糖菌素属低毒杀虫剂。
对哺乳动物低毒：大鼠急性经口LD50 >500 mg/kg（雌），3783 mg/kg（雄），小鼠急性经口LD50>5000mg/kg，兔急性经皮 LD50>5000mg/kg，大鼠急性吸入LC50>5mg/kg；对鸟类低毒：野鸭急性经口 LD50>2000mg/kg，鹌鹑急性经口 LD50 >2000mg/kg；对鱼类毒性较低：96h急性LC50鳟鱼为30 mg/L，蓝鳃鱼为5.9mg/L，鲤鱼为5mg/L。另外，对哺乳动物的慢性毒理试验表明刺糖菌素无致畸、致突变、致癌作用。 与一般的大环内酯类化合物相似，刺糖菌素也是由乙酸和丙酸单位通过多烯合成途径进行合成的，但其合成过程也有独特之处：1）3 个分子内 C-C键（C3 -C14、C4-C12 和C7-C11）的形成和环的闭合明显是通过4+2成环加成反应和羟醛缩合反应或米歇尔缩合反应进行的；L-鼠李糖和D -福罗糖胺是在内酯化形成糖苷配基后分别连到9位和17位羟基上的，然后再对鼠李糖的 2,3,4-羟基进行甲基化。从刺糖菌素的合成途径来看，其大部分次要组份的形成，可以认为是鼠李糖的氧甲基化程度不同、福罗糖胺的氮甲基化程度不同以及长链脂肪酸中间体在组装过程中乙酸和丙酸单位相互交换的结果 1. 菌种
SaccharopolysporaspinosaCT205（由Saccharopolysporaspinosa诱变获得），由本实验室保存．
2. 培养基
1）斜面培养基（g/L）：葡萄糖5、麦芽糖4、玉米浆5、酵母膏3、MgSO4 7H2O2、琼脂20；pH6.7。
2）种子培养基（g/L）：葡萄糖5、麦芽糖4、玉米浆5、酵母膏3、MgSO4 7H2O2； pH6.7。
3) 发酵培养基（g/L）：葡萄糖60、棉籽粉25、玉米浆20、油酸甲脂10、CaCO3 5；pH6.7。
3. 培养方法
1）斜面培养法: 从原斜面上用接种环挑取孢子到试管斜面上，30℃培养8d后放于冰箱保存．
2）种子培养法: 从斜面上用接种铲铲几铲刺糖菌素琼脂块于装有50mL种子培养基的250mL摇瓶中，使其在30℃，200r/min的回转摇床上培养3d。
3）摇瓶发酵培养法：以15%的接种量从种子培养液中吸取若干毫升于装有40mL发酵培养基的250mL摇瓶中，然后在30℃，200r/min的回转摇床上培养8d。
4. 刺糖菌素发酵单位的测定方法
取发酵液若干毫升，以1：1比例（v/v）加入甲醇后，浸泡数小时，离心，取上清液，采用高效液相（HPLC）测定其发酵单位。色谱条件：流动相为甲醇︰乙睛︰水=6︰3︰1，色谱柱型号为ODS-C18，流速为1.0mL/min，检测波长为250nm。 刺糖菌素属广谱杀虫剂，它对鞘翅目、双翅目、同翅目、膜翅目、等翅目、 鳞翅目、缨翅目以及螨虫等昆虫都有杀虫活性。对鳞翅目昆虫而言，刺糖菌素是目前已发现的杀虫剂中选择性最高的化合物之一。此外，它对蓟马、虱、白蚁以及许多双翅目和膜翅目害虫也有较好的效果。 48%催杀悬浮剂，2.5%菜喜悬浮剂。 1. 防治棉铃虫、烟青虫 在棉铃虫和烟青虫处于低龄幼虫期时施药，每亩用48%催杀悬浮剂4.2～5.6ml，对水50kg，稀释后均匀喷雾。
2. 防治小菜蛾 在甘蓝莲座期，小菜蛾处于低龄幼虫期时施药，每亩用2.5%菜喜悬浮剂33～50ml，对水50kg喷雾。
3. 防治甜菜夜蛾 于低龄幼虫期施药，每亩用2.5%菜喜悬浮剂50～100ml对水50kg喷雾，傍晚施药防虫效果最好。
4. 防治蓟马 在蓟马发生期，每亩用2.5%菜喜悬浮剂1000～1500倍液，即每100kg水加2.5%菜喜悬浮剂67～100ml均匀喷雾，重点喷洒幼嫩组织如花、幼果、顶尖及嫩梢等。 [1] 李荣贵等. 新型生物杀虫剂-刺糖菌素. 微生物学通报. 2003,30 (1):77-81
[2] 朱明军等. 刺糖菌素 HPLC 快速检测方法的建立. 分析与检测. 2009,35(5):153-159.
[3] 王能强等. 刺糖菌素发酵工艺条件研究. 湖南科技大学学报（自然科学版）. 2011, 26(4):112-116.
[4] 王运兵,吕印谱 主编.无公害农药实用手册.郑州：河南科学技术出版社.2004.第61-62页.