刺糖多孢菌源生物制剂的化学组成与生物杀虫活性研究及其在农业害虫防控中的应用价值

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Chemical composition and bioinsecticidal activity of bioinputs produced by Saccharopolyspora spinosa

为解决化学农药抗性及环境残留问题，本研究通过刺糖多孢菌（Saccharopolyspora spinosa）大规模发酵制备生物制剂，定性定量分析其活性成分（如spinosyns A和D），并评估其对草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）、玉米叶蝉（Dalbulus maidis）和地中海实蝇（Ceratitis capitata）的杀虫效果。结果表明，该制剂杀虫效率与商业产品相当（如对S. frugiperda致死率达82.5%），且成本降低3-5倍，为可持续农业害虫治理提供高效经济的新策略。

　　

随着全球对有机农业和可持续害虫管理需求的增长，化学农药的过度使用导致的抗性发展、环境残留及非靶标生物危害等问题日益凸显。草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）、玉米叶蝉（Dalbulus maidis）和地中海实蝇（Ceratitis capitata）等害虫对作物产量构成严重威胁，而现有化学药剂成本高昂且易引发抗性。因此，开发高效、低毒、易降解的生物农药成为研究焦点。刺糖多孢菌（Saccharopolyspora spinosa）产生的多杀菌素（spinosyns）类物质因其独特的作用机制和低环境风险备受关注，但其大规模生产可行性及实际应用效果仍需系统验证。本研究旨在通过工业化发酵制备刺糖多孢菌源生物制剂，解析其化学组成，并评估其对关键农业害虫的防控潜力。

本研究主要采用以下关键技术方法：

1. 1.
   大规模发酵工艺：在800 L生物反应器中优化刺糖多孢菌的培养条件（pH 7.5、29°C），制备生物制剂；
2. 2.
   化学组分分析：通过高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）定性鉴定氨基酸、磷脂、 diketopiperazines 等代谢物，并定量检测spinosyns A和D；
3. 3.
   生物活性评价：通过离体昆虫饲喂和毒饵实验，测定制剂对S. frugiperda（浸叶法）、D. maidis（喷雾法）和C. capitata（毒饵法）的致死率及LT₅₀（半数致死时间）。

化学组成与多杀菌素定量分析

HPLC-MS 结果显示，生物制剂包含26种生物活性化合物，包括必需氨基酸（亮氨酸、苯丙氨酸）、具有杀虫潜力的 diketopiperazines（如 Cyclo(Met-Val)）、诱导植物细胞死亡的鞘氨醇（sphinganine）以及抗菌物质 Penicitrinol D。Spinosyns A 和 D 的浓度分别为 29.4 ± 3.6 mg L^?1和 13.3 ± 1.5 mg L^?1（总量 42.7 mg L^?1），检测限（LOD）低至 ng 级别。值得注意的是，spinosyns 在储存 90 天后降解，但其他化合物（如磷脂类）稳定性高，表明制剂具多靶点作用潜力。

离体生物杀虫效果

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  对草地贪夜蛾的防控：刺糖多孢菌制剂处理 10 天后对 S. frugiperda 2 龄幼虫致死率达 82.5%，与商业产品 Xentari（97.5%）无显著差异，但成本仅为后者的 1/5（10.72 美元 ha^?1）。
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  对玉米叶蝉的防控：制剂对 D. maidis 若虫的致死率在 17 天后达 100%，显著高于商业产品 Octane（80.7%），且对若虫的穿透力更强。
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  对地中海实蝇的防控：毒饵实验表明，10 mL L^?1制剂浓度下 C. capitata 致死率为 64.1%，虽低于 Spinetoram（92.2%），但通过剂量调整可达到同等效果，且成本降低 75%。

讨论与意义

本研究证实刺糖多孢菌源生物制剂通过多化合物协同作用（如 spinosyns 直接杀虫、磷脂类增强植物防御），显著降低害虫抗性风险。其工业化生产可行性（800 L 反应器）与低成本优势（较商业产品低 3–5 倍）为大规模应用奠定基础。该制剂符合全球生物农药市场增长趋势（预计 2027 年达 200 亿美元），尤其适用于巴西、拉美等热带农业区，为替代化学农药、推动绿色防控提供关键技术支撑。未来需进一步评估其对非靶标生物的安全性及田间持久性。