| 释义 |
【苏云金素】
拼译：thuringiensin
又称热稳定的β－外毒素，一种由苏云金芽孢杆菌产生的核苷类杀虫物质。其化学结构是ATP的类似物。 苏云金芽孢杆菌最典型的特征晨产生椭圆形芽孢的同时还在细胞内产生菱形的、方形的或其他几何形状的蛋白质晶体毒素，俗称伴孢晶体或δ－内毒素。这种毒素主要对鳞翅目昆虫的幼虫有毒杀作用。此外，1959年McConnell等发现，苏云金杆菌的苏云金亚种在生长过程中还能分泌出一种对热稳定的外毒素，称为β－外毒素。苏云金芽孢杆菌产生的外毒素有多种，其中以对β外毒素研究得最清楚。在苏云金芽孢杆菌的30个血清型中，已经发现除了H1型绝大多数菌株可以产生苏云金素之外，H4a4c、H5a5b、Hu1ub及H0、7、8、9、10、12等血清型的一些菌株也产生苏云金素。原来认为不产生苏云金素的H3a3b型现在也发现有菌株可产此素。这些菌株产素的能力有很大的差别。一般来说，H1型菌株产素能力最强，H11、H12型产素能力弱，但同一血清型的不同亚种或同一亚种的不同菌株之间的产素能力可能有很大差别，如同属于H0型的武汉亚种不产生苏云金素，但中华亚种的产素能力甚至超过苏云金亚种。苏云金素主要在菌的生长旺盛期形成。在液体深层通气发酵条件下，苏云金亚种不同菌株的发酵单位从50mg／L至300mg／L不等，但中华亚种的某些菌株的发酵水平已接近或超过1800mg／L(林开春等．1992)。发酵产生苏云金素的培养基有多种，但用普通肉汤培养基就可以获得满意的效果(Ohba，1981)。为了获得更高产量的苏云金素可以在培养基中加入玉米浆、甜菜糖、蜜等。培养基的碳源以柠檬酸三钠、饴糖和葡萄糖为宜。培养基中柠檬酸三钠浓度、磷酸盐浓度和黄豆饼粉用量等对苏云金素的产生有显著的影响(喻子牛等，1990)。1965～1981年，Barjac、Dedonder和Sebesta等为揭示苏云金素的化学本制裁做了大理的研究工作，他们均证明了提纯的苏云金素中皆含有磷酸根和在第9位被取代的腺嘌呤，二者比例为1．06∶1或1．08∶1。苏云金素的1H核磁共振谱与腺苷AMP共振谱很相似心。紫外光谱、核磁共振谱、旋光分散谱等等研究结果都表明腺嘌呤在第9位上被1个β－结构呋喃核糖部分所取代。当苏云金素被水解部去磷酸基之后成为脱磷酸苏云金素，脱磷酸苏云金素无杀虫活性(Pais、Barjac，1974；Sebesta等，1981)。脱磷酸苏云金素酸性水解除了产生腺嘌呤和1个六碳多羧基酸即别粘酸之外，还产生1个中性双糖。质谱分析表明，这个双糖是由已糖和戊糖联结而成，已糖为葡萄糖戊糖为核糖。苏云金素分子中腺嘌呤、核糖、葡萄糖和磷酸残基的比例为1∶1∶1∶1，另有1个别粘酸。苏云金素的分子式为C22H22N5O19P．3H2O，分子量701，脱磷酸苏云金素的分子式为C22H31N5O18，分子量621。1969年，FarKas曾假设苏云金素的结构式如图：
这一结构已被人工合成所证实(Kalvoda等，1981)。Sebesta等的研究证明，苏云金素分子中别粘酸或嘌呤基等基团结构的改变，可以衍生出一系列苏云金素的类似物、如次黄嘌呤核苷类似物，苏云金素γ内酯、酰胺等等。苏云金素人工合成的关键步骤是核糖与葡萄糖之间的醚键和葡萄糖与别粘酸之间的配糖键的形成。1975、1976年间Prystas、Kolvodo等解决了这个合成问题，先后提出了苏云金素合成的两种方法。第2种方法较为先进，其合成的基本策略是依苏云金素分子中各个结构成分相互联接键的水解稳定性递降的顺序引入各个基团。反应的顺序为｛〔(葡萄糖+核糖)+别粘酸〕+腺嘌呤｝+磷酸。这样合成的核苷酸在与苏云金素相同的浓度下可抑制DNA依赖的RNA聚合酶，显示出相同的生物活性。苏云金素提纯的方法有多种，常用提取方法的要点是将发酵液离心留一清液，用活性碳吸附，以甲醇、水、氨水液洗脱。洗脱液减压蒸发浓缩，加CaCl2和无水甲醇，低温条件下产生钙盐沉淀。经Dowex－50、Dowex－1离子交换树脂纯化可以得到苏云金素和苏云金素γ－内酯。还可以采用乙醇沉淀法逐渐浓缩和纯化苏云金素，最后上Dowex－2阴离子交换树脂柱。纯的苏云金素为白色粉末，苏云金素粗粉为灰黄色，很容易深解于水，在强酸强碱条件下均不稳定，能被氧化失活。该物质也易被苏云金杆菌或某些其它微生物分解利用，甚至还可能被昆虫肠道内的、哺乳动物肠道内的磷酸酶所降解。所以苏云金素制剂以干粉较易长期保存，而溶液长期保存有一定难度。关于苏云金素的定量分析方法人们作过多种探索，提出了一些化学的、微生物学的和昆虫生测的方法，而以家蝇幼虫为试虫进行的生物测定方法应用较为普遍。1980年以来，国内外研究者开始采用高压液相色谱法进行苏云金素的定量分析(Svetlana N．Bubenschikova等，1983；Delbert D．Oohler等，1982)。现在应用高压液相法可以直接分析发酵液中苏云金素的含量，不必进行复杂的提纯，只要经过很简单的预处理就行了。目前国内所采用的比较成熟的HPLC术条件是：色谱柱Waters C18，Φ10μm，流动相为0．075MKH2PO4加甲醇1%，用磷酸调H+浓度到3．16×10－3mol／L，流动相流速2．0ml／min，室温，紫外检测波长260nm(林开春等，1992)，检出最低限量可以达到2．25×10－3ng。大量的实验资料表明苏云金素是一种广谱杀虫物质。家蝇对苏云金素很敏感，其3龄幼虫的LC50值在0．6μg／ml以下。由于苏云金素对家蝇幼虫的毒力很高，故又称之为蝇因子。苏云金素对双翅目的其他昆虫及对鳞翅目、鞘翅目、同翅目的铆中昆虫均有毒，对蜱螨目和膜翅目的昆虫也有抑制作用。1992年，林开春等以4个目14种试虫测出苏云金素的LC50值从6．05～603．23μg／ml不等。苏云金素的药效发挥较慢，一般在给药后数天甚至数周试虫才死亡。苏云金素的作用机制是抑制依赖DNA的RNA聚合酶(Sebesta、Horska，1968)，其作用特点是在昆虫蜕皮或变态期间起作用，使昆虫不能正常发育，导致畸形或死亡。苏云金素导致昆虫畸形是一种较普遍的现象，已知苏云金素可以引起家蝇成虫口器畸变、肾畸变和翅的丧失、胸部变形等等；也引起鞘翅目成虫的畸形，如致使马铃薯甲虫成虫失去触角或触角变形、萎缩，下颚须残缺，眼畸形等(Burgerion等，1969；冯喜昌，1975)。由于苏云金素具有广谱的杀虫活性和对昆虫的致畸作用，使大家自然地对苏云金素的安全性持怀疑态度，同时也为有益昆虫会受到一定程度的伤害表示担忧。因此，最近10余年的研究工作集中在苏云金素的安全性和如何合理利用上。各国研究者测出的苏云金素对小鼠致殒中量很不一致，从18mg／kg重到930mg／kg体重不等。虽然验以确定谁是谁非，蛤从1991～1992年中国的研究结果可以认为苏云金素对哺乳动物的急毒性是低的。也没有发现苏云金素对哺乳动物有明显的致突变和致畸胎的作用。1979年卡坤(M．Kahkonen)等、1981年塞伯斯塔(K．Sebesta)先后证明苏云金素在小白鼠体内有一部分会很快从尿中排出，而另一部分则被脱磷酸而失去毒性。目前虽然还不敢说苏云金素对人和哺乳动物是绝对安全的，但可以肯定苏云金素对昆虫系统和哺乳动物系统的作用在有效剂量上有很大的差异。1985年以来，许多人对将苏云金素与苏云金杆菌的伴孢晶体(δ－内毒素)混合生产出一定的混剂有兴趣。对内毒素、外毒素联合毒作用的研究结果使人们认识到合理使用苏云金素的一种有效的方法。1986年，威廉姆(J．M．Willia)等发现苏云金素与B．T．K．的孢晶混合物联合使用有增效作用。1991～1992年，林开春等以小菜蛾、棉铃虫和二十八星瓢虫3种幼虫为试虫，系统研究了B．T．K．(H3a3b)的两个菌株，B．T．G．(H5a5b)的一个菌株和H0型的中华亚种一个菌株的孢晶混合物分别与苏云金素的联合毒作用，发现以小菜蛾和棉铃幼虫为试虫测定时苏云金素对所试4个菌株的孢晶混合物均有增效作用，增效倍数从增加0．27倍到5．38倍不等。研究结果还表明，对于毒力较弱的菌株，当苏云金素在混剂的有效成分中占0．91%时就有了一定的增效作用，但混剂中芽孢晶体：苏云金素为100∶20(W／W)时，增效作用最强。在芬兰，含苏云金素的苏云金杆菌产品已经登记；在巴西，苏云金素的生产工艺于1985年获得专得(Br．8500063)；前苏联早已生产和使用含苏云金素的苏云金杆菌杀虫剂；美国正在进行苏云金素制剂生产的研究和产品登记。中国从1988年起已将苏云金杆菌内外毒素混合制剂用于大田试验示范。上述这些苏云金素制剂在野外或田间的应用都取得了较好的杀虫效果。苏云金素能否大批量地生产并作为一种杀虫剂应用于生态环境中还有许多问题需要解决。首先是苏云金素对哺乳动物的安全性还有待更长时间的实验和观察来证明；苏云金素杀虫谱很广，已知在应用时会伤害某些害虫天敌，如何避免这种副作用还值得进一步研究。利用苏云金杆菌发酵生产苏云金素，要想获得足够高的发酵单位目前还有一定的困难，所以苏云金素高产菌株的选育和工业生产方面的研究也将是十分有意义的。【参考文献】：1 李荣森．苏云金素，苏云金杆菌，(喻子牛主编)第14章，北京：科学出版社，1990．253～2672 冯喜昌，等．苏云金杆菌β－外毒素的研究．昆虫学报，1975，18：374～384．3 林开春，等．应用高压液相色谱测定苏云金杆菌发酵液中的苏云金素．生物防治通报，1992，8(1)：36～404 喻子牛，等．高产苏云金素培养基和培养条件的优选．生物防治通报，1990，增刊，54～595 Kaija Linnainmaa，et al．Mutagenicity of Bacillus thuringiensis exotoxin Ⅱ．Submammalian tests 1977，Hereditas，85：113～1226 Kvetoslava Horska，Krael Sebesta．Effect of thuringiensin on the initiation of in vitro RNA Synthesis，Collection Czechoslovak Chem．Commun，1985，50：286～2907 Sebesta K，et al．Microbial Control of pests and plant diseases 1970－1980(H．D．Burges ed．)，Academic Press，1981．249～2818 Tytti Meretoja，et al．Mutagenicity of Bacillus thuringiensis exotoxin I．Mammalian tests，1977 Hereditas，85：105～1129 William J．Moar，John T．Trumble：Toxicity，Joint action，and mean time of mortality of Diple 2x，Avermection B1，Neem，and Thuringiensis against Beet Armyworms(Lepidoptera：Noctuidae)J．Econ．Entomol，1986，(80)：588～592(华中农业大学林开春副教授撰) |