抗生素的研究及其在农业上的应用

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40 #综 述#

微生物学杂志 2003 年 1 月 第 23 卷 第 1 期

JOU RN AL OF M ICRO BIO LOG Y Jan. 2003 Vol. 23 N o. 1

抗生素的研究及其在农业上的应用
吕玲玲1, 雷建军2 , 宋 明1
510642) ( 1. 西南农业大学

园艺系, 重庆 400716; 2. 华南农业大学 园艺学院, 广东 广州

摘 要 介 绍了抗生素的研究概况及其作用机制, 并对其在农业 、 畜牧兽医上的应用进行了综述。同时简述了 其应 用 过程中可能出现的负面影响, 并提出了一些可行的解 决方法。 关 键词 抗生素; 作用机制; 应用 中 图分类号 S641. 3 文献标识码 A 文章编号 1005- 7021( 2003) 01- 0040- 03

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抗生素的研究概况

2. 1

干扰细菌胞壁的合成 细菌的质膜外有一层坚韧的胞壁, 其作用是维

我国曾把抗生素称为/ 抗菌素0, 此即是由微生 物代谢过程中产生的一类物质, 具有抑制或杀死另 一些微生物的能力。随着抗生素研究工作的发展, 它的涉及面扩大到抗肿瘤、 抗病毒、 抗原虫和抑制某 些酶的活力等方面。我国许多学者建议把这类物质 改称为/ 抗生素0 ( ant ibiot ic) , 并定义为: 它是一个低 分子量的微生物代谢产物, 在低浓度时( 一般是指低 于 1 g/ L ) 能抑制或杀死其他微生 物的生长。如果 将它确切定义, 只有来自微生物的天然产物才能称 为抗生素, 但现在通常把经化学改造的天然来源的 抗生素或微生物代谢的其他产物均称为半合成抗生 素。抗生素的发现最 早是英国的 细菌学家 弗莱明 ( Fleming ) 于 1929 年分离得到点青霉( Penicil li um notat um ) , 它能抑制葡萄球菌等的生长。此后的几 年里没人能分离出这种物质, 这个发现竟逐渐被遗 忘。直到 1940 年佛罗里( Florey) 、 钱恩( Chain) 等终 于成功地从点青霉的培养液中提取了青霉素( peni cillin) , 并证实它具有显著的临床疗效。随后, 1943 年瓦克斯曼等人从土壤分离的链霉菌培养液中获得 链霉素( St rept omycin, St r) 。从 1952 年开始, 对抗 生素在肿瘤方面的作用进行了研究。迄今世界上已 发现 4 千多种抗生素。我国解放前根本没有抗生素 工业, 解放后 抗生素的研究、 生产 和应用才 从无到 有、 从小到大迅速发展起来。至 1958 年我国已具有 大型抗生素生产的联 合企业。在 20 世纪 60 年代 初, 我国青霉素、 链霉素等发酵单位均曾一度接近国 际先进水平。抗生素的质量、 产量和品种方面大部 分进入世界先进行列。随后的 10 a 因种种原因使 我国抗生素的生产技术、 科研水平、 基础理论研究、 药品管理等方面的发展受到阻碍, 拉大了与西欧国 家的差距。目前, 我国在抗生素方面的研究有了新 的进展与成就, 使抗生素得到更广泛的应用, 如粮食 储藏、 动物饲养、 农业增产等方面。

持菌体内的可溶性物质浓度比外界环境高数百倍, 并使细菌保持各自的形态。胞壁的主要成分之一是 粘肽复合物。很多抗生素, 如 B 内酰胺类抗生素( B lact am antibiotics) 抑制、 万古霉素( Vancomycin) 等都 能影响细菌胞壁粘肽的合成, 但它们的作用细节又 有不同。如万古霉素等抗生素抑制直链状粘肽合成 的聚合反应; 而青霉素、 头孢霉素( Cefotaxime, Cef) 等 B 内酰胺类抗生素主要是抑制粘肽合成的最后阶 段 ) 转肽作用, 使生长的细胞壁发生解体, 随后, 生 长在低渗环境中的细菌即裂解、 死亡。 2. 2 损害细胞膜的机能 细胞膜主要由蛋白质和类脂物质构成, 类脂中 的磷脂是构成膜的主要成分。多粘菌素( Polymyx in) 分子中的氨基和绿脓杆菌 ( Pyocyaneus bacil lus) 的磷酸基结合, 使细胞膜的脂蛋白结构发生改变, 导 致菌体内容物漏出, 细菌死亡。灰黄霉素( Griseof ul v in) 等多烯类抗生素能与真菌细胞膜中的胆固醇结 合, 破坏膜的结构, 使内含物泄漏, 因此具有杀真菌 作用。 2. 3 抑制核酸的合成 目前多数的抗肿瘤抗生 2. 3. 1 抑制 DNA 的复制

素能与 DNA 分子形成复合体, 因而抑制核酸的合成 过程。如丝裂霉素 C( M it omycin C) 的主要作用是和 DNA 分子中的胞嘧啶的氨基、 鸟嘌呤的氧原子间发 生耐热性交联, 影响复制时两条链的分开, 从而阻碍 遗传信息的复制, 使 DNA 不能合成。DNA 分子中 的鸟嘌呤和胞嘧啶的含量越高, 越有利于丝裂霉素 C 和 DNA 的交联。 2. 3. 2 抑制RNA的合成 抗生素抑制 RNA合成的 作用可分为两类, 一类是抗生素与 DNA 形成复合 体, 阻止依赖 DNA 的 RNA 聚合酶在DNA链上的移

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抗生素的作用机制

收稿日期: 2002- 05- 16 作者简介: 吕玲玲 女, 在读硕士。研究方向为蔬菜育种与生物技术。

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吕玲玲等: 抗生素的研究及其在农业上的应用

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动, 因而阻止了 RNA 的合成。如放线菌素 D( Acti nom ycin D) , 它与双链 DNA 形成了 DNA- 放线菌素 复合体, 因而抑制转录反应的进行。另一类是抗生 素作用于依赖 DNA 的 RNA 聚合酶, 从而抑制 RNA 的合成。它对 DNA 本身没有作用。如利福平 ( Ri f ampin, Rif ) 与细菌的 RNA 聚合酶核心以 1B1 分子 比例迅速而牢固地结合成稳定的复合体, 抑制 RNA 的转录。 2. 4 抑制蛋白质的合成 不同的抗生素作用于蛋白质合成的不同阶段, 如春日霉素( Kasug amycin) 能抑制 30S( 核糖体的一 种亚基) 起始复合物的形成, 从而对合成的起始有选 择性抑制; 链霉素、 四环素( T etracycline T et ) 能抑制 解离因子和核糖体的结合, 从而抑制蛋白质合成的 终止; 氯 霉 素 ( Chloromycetin, Chl ) 、大 环 内 酯 ( Macrolides) 等抑制 50S 亚基内的转肽酰酶的作用, 可抑制蛋白质合成的终止。

试验。结果表明, 该抗生物对核盘菌菌丝生长有明 显的抑制效果; 其农抗液剂 20, 50 倍液对油菜菌核 病的田间防治效果分别为 80. 5 % 和 68. 6 % 。 3. 1. 2 抗虫 目前已发现高杀虫活性的微生物代 谢产 物, 如 抗霉 素 A ( Resist omycin A) 、 粉蝶 素 杀 ( Insect icide) 、 金链菌素( Aureot hin) 等。向延平等 就小菜蛾对阿维菌素( abam ect in, 16 元大环内酯抗 生物 Avermect in 中的一种) 的敏感性进行 了试验, 结果显示 4 龄幼虫耐药性较强, 相同条件下死亡率 为 51. 28 % , 3 龄 幼 虫 较 为 敏 感, 死 亡 率 达 到 82. 5 % , 因此, 在 3 龄幼虫期施用阿维菌素能取得 好的杀虫效果。试验同时还验证了通过合理添加增 效剂, 如增效醚、 增效磷等可提高阿维菌素的抗虫效 果。Avermect in B 1 统称 为阿巴美 丁。对于 三叶草 斑潜 蝇, 阿巴 美 丁 对幼 虫 的 LC 50 和 L C 90 分别 为 0. 377 @ 10- 6 和 1. 473 @ 10- 6 , 对雌 成虫的 LC 50 和 L C90 分别为 0. 404 @ 10
- 6 [ 6]

和 1. 56 @ 10

- 6

, 阿巴美丁

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3. 1

抗生素的应用
抗生素在农业上的应用 农用抗生素的毒性明显低于化学农药的毒性,

对幼虫和雌成虫有胃毒和触杀作用, 但对雄成虫似 乎只有触杀效果 [ 7] 。田间试验表明, 阿巴美丁每公 顷有效成分用量为 10~ 22 g, 防治芹菜、 番茄、 菊花 等蔬菜和观赏植物上的三叶草斑潜蝇, 包括已对菊 酯产生抗性的品系, 效果很好[ 8, 9] 。 3. 1. 3 影响生长、 发育 胡桂兵等 就卡那霉素 ( Kanamycin, Kan ) 、 苄 青 霉 素 ( Carbenicillin, 羧 Carb) 等 4 种抗生素对台湾青枣幼嫩茎段和疏松愈 伤组织生长的影响进行了试验, 结果显示, kan 浓度 为 75 mg/ L 时, 50 d 后茎段基本停止生长并开始白 化死亡, kan 25 mg/ L 时, 胚性愈伤组织的生长受到 明显抑制; 适当浓度的 Carb 或头孢霉素( Cef) 对芽 的伸长生长有一 定的促进作用, Carb+ Cef 却对芽 的伸长出 现轻微 的抑 制效应; 氨苄 青霉 素( Am pi cillin, Am p) 对茎段生长有抑制作用。 3. 1. 4 除草 已证明茴香霉素、 丰家霉素及从链霉 菌中分离到的除草素等有一定的选择性除草效果。 蒋细良等 从链霉菌中分离得到一种抗生素, 制成 除草剂 M 22, 对其进行了盆栽除草试验和大田除草 试验, 结果 证明该除草剂能杀 死田旋花、 苦荬等杂 草, 对狗尾草种子的萌芽也有很强的抑制作用。但 对蔬菜作物亦具有很强的杀死作用, 因其对果树没 有影响而多用于杂草种类多、 数量大的果园及林场, 效果好。 3. 1. 5 其它 谭 彦 邦 等[ 16] 将 老化 种 子 分别 用
[ 3] [ 12]

因为抗生素是维生素代谢产物, 生物活性的半衰期 短, 因而不易在植物体内长时间积累。农用抗生素 用量小, 效果大, 其使用浓度一般为 10~ 50 mg/ kg, 对环境污染小。它在农业上的应用表现在以下几个 方面。 3. 1. 1 抗病 早在 1963 年日本生产的杀 稻瘟菌

素 S( Blast icidin S) , 在近 67 hm 2 水稻田上大规模使 用取得显著效果。我国筛选出的庆丰霉素也是实用 有效的抗稻瘟病 抗生素。林壁 润等 对放线 菌菌 株产生的抗生素 2507 在温室进行防治黄瓜疫病试 验和田间小区防治小白菜霜霉病试验。结果表明, 抗生素 2507 防治黄瓜疫病的效果可达 95 % 以上, 对后者的防治效果达到 87. 5 % 。王家银等 [ 2] 应用 兽用抗生素青霉素钾、 四环素、 硫酸链霉素( Strepto my cin, St r) 等, 室内采用抑菌圈法测定毒力, 室外进 行田间药效试验, 结果, 室内对烟草野火病菌株的毒 力较强, 可与农用链霉素相媲美; 田间药效试验结果 与室内一致, 对野火病防治可达 60 % 左右。谢长 举等 利用中国农科院植保所研制的一种抗生素 杀菌剂 ) 农抗 2 16 对防治油菜菌核病进行了试验, 在油菜盛花期喷施农抗 2 16 水剂 100, 150 倍液, 对 油菜菌核病防效分别达 82. 6 % 和 78. 1 % , 能有效 地减 轻 主 茎发 病, 降 低病 情 指 数。 随 后, 陈 碧 云 等[ 11] 利用绿 色木霉 T v36( Viridin T v36) 产生 的抗 生代谢物进行了防治油菜菌核病的生物测定和田间
[ 10] [ 1]

100, 200, 300, 400, 500, 600 和 700 mg/ L 青霉素水 溶液浸 种 2 d, 100, 200 mg/ L 处理 无显 著差 别, 300~ 600 mg/ L 处理种子的发芽指数均显著高于对 照, 而 700 mg/ L 处 理则 显著 低 于对 照。孙万 仓

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微

生

物

学

杂

志

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等[ 5] 用链霉素、 青霉素、 氯霉素等 10 种抗生素对甘 蓝型油菜进行种子浸泡处理、 现蕾期链霉素注射处 理、 苗期喷施链霉素处理以诱发突变, 结果部分得到 雄性不育株。并以种子浸泡处理的效果为最好。康 健等[ 4] 用氨苄青霉素、 硫酸链霉素混合液喷施黄金 葛( Sci ndapsus aur eum ) 叶片, 于 - 19 e 下冷冻, 结 果表明处理组冷冻 5 min 未见冻斑, 冷冻 8 m in 后, 冻斑较对照减少 95 % , 表明抗生素能明显 减轻叶 片的冻害。阿 巴美丁除前面述 及的直接杀死 害虫 外, 还有致畸、 延缓发育、 拒食、 影响信息素分泌、 妨 [ 13, 14] 碍交配和降低产卵力, 甚至导致不育的作用 。 3. 2 抗生素在畜牧兽医方面的应用 抗生素亦被广泛用于预防和治疗动物的疾病。 汪明等 认为, 国产与进口安普霉素 ( Apramycin, Apra. 国内商品名有加利健, 安普俐等) 对 1 日龄雏 鸡饮水给药, 可有效地预防和控制鸡沙门氏菌感染, 并具有减少雏鸡死亡、 促进生长、 提高增重的作用。 其 500 @ 10 和 250 @ 10 的效果较 好。张镇 福 等[ 18] 研究安普霉素预混剂对 22 日龄断奶健康仔猪 腹泻和生产性能的影响, 结果表明, 在日粮中 添加 Apra 不影响仔猪的生长性能, 但可有效控制仔猪的 腹泻。黄夺先等 [ 19] 对 27 d 胃肠道线虫虫卵阳性奶 牛用 国产 双氢 阿 弗菌 素 ( 即 伊维 菌 素) 注射 液 以 10 mg/ 50 kg体重剂量 1 次皮下注射, 治疗后 14 d, 虫卵 转 阴 率 及 虫 卵 减 少 率 均 为 100 % , 治 疗 后 24~ 28 h内虫体排出率为 66. 67 % 。这种方法对奶 牛的安全性较高, 对初期怀孕的奶牛也未引起流产。 参
[ 1]
- 6 - 6 [ 17]

泰牧霉素的制剂常用于猪支原体肺炎、 鸡支原体呼 吸道炎、 痢疾和禽球虫、 猪 猪嗜血杆菌 胸膜肺炎的 治疗。

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讨

论

随着对抗生素研究的深入, 抗生素在医疗、 基础 科研、 工业等方面亦发挥着重要作用, 但事物往往具 有两面性, 在发挥重要作用的同时也有一些负面影 响, 如长期使用抗生素作为饲料添加剂可能导致细 菌产生抗药性, 造成畜禽机体免疫力下降, 引起畜禽 内源性感染及在畜产品和环境中造成残留等。为了 在利用它的同时又尽可能减少它的负面影响, 我们 在抗生素的应 用和开发过程中应注意 以下几个问 题: ? 对畜禽尽可能使用畜禽专用抗生素, 避免人用 抗生素在畜禽养殖过程中的应用, 以免细菌产生抗 药性; ? 在饲料添加抗生素时应注意药物组合, 合理 的药物组合可扩大药物抗菌谱, 增强对细菌的抑制 和杀灭能力; § 在畜禽喂养的不同阶段应选用不同 的药物, 以减少细菌产生抗药性的可能; ¨加速抗生 素替代品的研究: ? 益生素( Probiot ic) , 它是天然绿 色添加剂, 无毒副作用, 但与抗生素相比却有着饲用 效果不稳定的弱点。赵智华等[ 20] 在试验中先用加 有土 霉素 ( Oxyt et racy cline) 、 霉素的 饲料喂 养肉 氯 鸭, 后期用加有益生素的饲料喂养, 这样在减少肉鸭 上市抗生素的残留的同时, 又促进其生长; ? 低聚糖 ( Oligosacharide ) , 它可 选择性地 促进有益 菌的增 殖等。 文 献
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考

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汪玲玲等: 虫草多糖研究综述

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Review of Cordyceps Polysaccharide Studies
WANG L ingling, ZHONG Shiqing , FANG Xiang, WANG Jialong
( Colleage of f ood , South China Agricult ure U niversit y G uangZhou 510642)

Abstract Cordyceps sinensis is a special fung us used as a super effectiv e medicine in china. Its main activ e substance Cordyceps polysaccharide g ets w ide atlention from scientists and a lot of resear ch is done on it. T his article summar izes recent studies on molecu lar structural identification, subsurface fermentation process and pharmacologic function of Cordyceps polysacchar ide, and so on. Keywords Cor dyceps sinensis polysaccharide, molecular structure, subsurface fenmentation, pharmacologic function.

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Study on Antibiotic and Its Applications in Agriculture
LU L ingling 1 , L EI Jianjun2 , SONG Ming 1
( 1. Hort icult ure Department , Sout h west Agricultural U niversit y, Chongqing 400716; 2. Hort iculture College, Souyh Ch ina A gricult ural U niversit y, G uangzhou 510642, Guangdong)

Abstract T his paper reviews the research of antibiotic, including its dev elo pment and function mechanism. Its applications in a gr icultur e, animal husbandr y and vet erinary medicine are summar ized. M ajor problems that may occur in its applications and viable methods to solve them are also discussed. Keywords antibiotic, function mechanism, application.

欢 迎 订 阅 5微生物学杂志6



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