摘 要：綜述了昆蟲抗菌肽的分類、抗菌機制和在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，淺析了昆蟲抗菌肽在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢和實用發(fā)展?jié)摿Α?/p>

關(guān)鍵詞：昆蟲抗菌肽；抗菌機制；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

中圖分類號：Q966 文獻標(biāo)識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.03.012

抗菌肽是具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤活性的小分子肽。昆蟲是世界上物種種群最多的生物，為適應(yīng)多樣的生活環(huán)境，昆蟲自身可形成獨特的免疫系統(tǒng)，并自行分泌抗菌肽。昆蟲抗菌肽是最先被發(fā)現(xiàn)的一類抗菌肽，多帶正電荷，水溶性好，熱穩(wěn)定性強，無免疫原性，對宿主細胞具有選擇殺傷性，均為堿性多肽，N端為多聚腺苷酸殘基，C端均酰胺化，第二位氨基酸多為色氨酸（Try），具兩親性結(jié)構(gòu)，分子量約為4 kDa，可抗革蘭氏陽性菌和陰性菌。

1 昆蟲抗菌肽的分類與結(jié)構(gòu)

昆蟲抗菌肽的分子量一般小于10 kDa，主要從鱗翅目（Lepidoptera）、雙翅目（Diptera）、鞘翅目（Coleoptera）等中分離提取。根據(jù)其抗菌譜，昆蟲抗菌肽分為：（1）抗革蘭氏陰性菌，即富含脯氨酸的抗菌肽（Proline-rich Peptides）和少數(shù)富含半胱氨酸的抗菌肽（Cysteine-rich Peptides）以及富含甘氨酸的抗菌肽（Glycine-rich Peptides）；（2）抗革蘭氏陽性菌，通常多為富含半胱氨酸的抗菌肽；（3）既抗革蘭氏陽性菌又抗革蘭氏陰性菌的無特殊氨基酸結(jié)構(gòu)的抗菌肽。

無特殊氨基酸結(jié)構(gòu)的抗菌肽，如天蠶素（Cecropins），廣泛存在于家蠶、柞蠶等中。分子內(nèi)部含有兩性分子的α-螺旋結(jié)構(gòu)，具有保守氨基酸殘基，但不含半胱氨酸和二硫橋。

富含半胱氨酸的抗菌肽，富含半胱氨酸，具有二硫橋，廣泛分布于半翅目、雙翅目等中。如昆蟲防御素（Thanatin）分子內(nèi)部含有兩性分子的α-螺旋和二硫橋，且二硫橋在抗菌過程中起到關(guān)鍵作用。

富含脯氨酸的抗菌肽多在雙翅目、半翅目、鞘翅目、膜翅目等中發(fā)現(xiàn)，由約15～34個氨基酸殘基組成，脯氨酸含量占25%以上。如蜜蜂血淋巴中的Aptdaecin，其氨基酸組成成分中，脯氨酸含量高達33%。

富含甘氨酸的抗菌肽多分布于鱗翅目、膜翅目等中，具有O-糖基化。如來自Gloverins家族的抗菌肽，其一級結(jié)構(gòu)富含大量甘氨酸，且位置高度保守，無半胱氨酸，熱穩(wěn)定性好。

2 抗菌肽的抗菌機制

目前，抗菌肽的作用機制可根據(jù)作用對象的類型分為：抗真菌型、抗細菌型和抗病毒型。

2.1 抗真菌活性作用機制

Histatin 5是從人體唾液中提取出的具有抗真菌活性的多肽。Helmerhors等[1]研究發(fā)現(xiàn)，Histatin 5為陽離子肽，主要以α-螺旋結(jié)構(gòu)或β-折疊形式存在，具有兩親性。由于堿性抗菌肽所帶的正電荷與線粒體膜上的負電荷通過靜電作用互相吸引，Histatin 5能作為線粒體引導(dǎo)肽的類似物與線粒體膜結(jié)合，且不依賴于線粒體膜表面的蛋白，因為堿性抗菌肽和膜負電勢的因素，與線粒體結(jié)合造成線粒體膜滲透勢改變，線粒體破裂，真菌死亡。

2.2 抗細菌活性作用機制

肽分子并不是插入膜內(nèi)，而是與質(zhì)膜外小葉表面的局部連接?？咕目赏ㄟ^氨基降低菌體膜的通透性和膜電勢差，進而導(dǎo)致細胞內(nèi)容物的泄漏，最終致使菌體細胞發(fā)生裂解[2]。

潘凌子等[3]通過電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，穿膜孔洞模型的作用機制是由于抗菌肽（如蜂毒肽）能夠引起菌體細胞穿孔或破裂，導(dǎo)致細胞質(zhì)外流，從而使菌體發(fā)生裂解，最終死亡。

非膜裂解型的作用機制主要包括抑制細胞呼吸、生物大分子的合成及細胞壁的合成等。

Carlsson等[3]研究發(fā)現(xiàn)，40 μmol·L-1昆蟲防御素即可導(dǎo)致細菌細胞呼吸變?nèi)酰? h后呼吸完全停止，這表明昆蟲防御素是通過抑制細菌的呼吸作用來產(chǎn)生抗菌效果的[4]。而蜂毒肽除了能夠誘導(dǎo)細菌細胞形成穿膜孔洞，還能夠抑制菌體與調(diào)控細胞分裂相關(guān)的蛋白合成，促使細胞分裂停滯于Ⅰ期（或 G1 期），進而影響細胞分裂。樗蠶素（attacin）可通過干擾大腸桿菌胞外膜蛋白OmpC、OmpF、OmpA和LamB基因的轉(zhuǎn)錄，從而抑制胞外蛋白的合成，最終改變細菌，尤其是革蘭氏陰性菌細胞膜的通透性，導(dǎo)致菌體死亡[5]。

麻蠅毒素Ⅱ（SarcotoxinsⅡ）由于無法維持正在形成中的細胞壁的正常形態(tài)，進而抑制細胞壁的形成，因此具有抗菌功效。麻蠅毒素Ⅱ?qū)σ研纬傻募毎趧t無任何影響[6]。

2.3 抗病毒活性作用機制

抗菌肽的抗病毒活性作用機制是利用抗菌肽與病毒蛋白具有相似性，從而阻止病毒對植物的侵染。如蜂毒肽及類似物K17的結(jié)構(gòu)與煙草花葉病毒的衣殼蛋白的部分氨基酸序列存在相似性，以偽裝病毒包被蛋白干擾病毒正常組裝。

3 昆蟲抗菌肽在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用潛力

現(xiàn)今的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，越來越需要提高植物自身的抗性以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。在農(nóng)藥和畜牧業(yè)的飼料中，需要逐漸減少抗生素的使用。昆蟲抗菌肽作為農(nóng)業(yè)中的新興抗菌藥物已被運用到各個方面，顯示了良好的應(yīng)用潛力。

3.1 提高作物抗性

天蠶素是昆蟲抗菌肽的代表，其抗菌的高效快速性和對真核細胞的無毒性具有很高的應(yīng)用價值。李乃堅等[7]構(gòu)建雙價天蠶抗菌肽B基因和柞蠶抗菌肽D基因?qū)肜苯?，獲得抗青枯病得T0代轉(zhuǎn)基因工程辣椒株系，經(jīng)分子生物學(xué)檢測證明，抗菌肽D、B基因成功轉(zhuǎn)入辣椒，并在T0、T1、T2代呈現(xiàn)出明顯的抗青枯病性狀。劉清神等[8]在其基礎(chǔ)上，對T3代抗菌肽轉(zhuǎn)基因辣椒的l1個株系進行了PCR分子生物學(xué)檢測，證明T3代抗菌肽轉(zhuǎn)基因辣椒仍保持外源抗菌肽基因；對T3代轉(zhuǎn)基因辣椒群體進行了抗青枯病測定試驗，轉(zhuǎn)基因辣椒群體抗病力提高，表明在轉(zhuǎn)基因辣椒中天蠶抗菌肽D、B 基因得到了有效表達，從而減緩了青枯病癥狀。

董燕等[9]研究將一種新型融合抗菌肽基因轉(zhuǎn)入魚腥草，以培育抗菌活性增強、抗病害能力提高的魚腥草新品種。魚腥草作為一種常用中草藥，人工栽培后，其生長環(huán)境發(fā)生改變，抗病蟲害能力降低，試驗結(jié)果顯示抗菌肽Cecropin B和兔NP-1基因融合表達可提高魚腥草的抗病性。

王關(guān)林等[10]對植物的幼苗分別噴施5，20，50，100 mg·L-1蜂毒肽稀釋液后，幼苗的生理指標(biāo)中，葉綠素含量表現(xiàn)為低濃度促進，高濃度稍有抑制；用蜂毒肽稀釋液浸種后，種子的呼吸強度隨著蜂毒肽的濃度提高而增強，證明了對種子的有氧呼吸，代謝速度有加快、提高的作用，并可以促進種子萌發(fā)，提高發(fā)芽率。浸種萌發(fā)后，幼苗的可溶性糖含量、葉綠素含量、核酸和蛋白質(zhì)的含量變化情況與幼苗噴灑類似。5，50 mg·L-1噴施幼苗后，POD、SOD、PPO等植物防御酶活性在一定時間內(nèi)比對照活性均有所升高，5 mg·L-1的中低濃度作用比較明顯，并且作用迅速。因此，蜂毒肽可以誘導(dǎo)植物細胞加強植物自身的防御系統(tǒng)。

Osusky等[11]分別將家蠶的天蠶素和蜂毒肽基因合成嵌合體（MsrA1）導(dǎo)入馬鈴薯植株中，在實驗室條件下獲得對早、晚疫病和軟腐病的抗性。

3.2 飼料添加劑

由于昆蟲抗菌肽分子量小，水溶性好，熱穩(wěn)定性強，無免疫原性，對人畜無毒副作用，尤其防御素對革蘭氏陽性菌非常有效， 富含Gly的抗菌肽對革蘭氏陰性菌非常有效，它不是細胞毒素，可以被人體內(nèi)的酶系降解、消化，因此昆蟲抗菌肽可以作為飼料添加劑。

昆蟲抗菌肽熱穩(wěn)定性強體現(xiàn)在，可以在水中煮沸30 min不變性，能夠承受飼料生產(chǎn)中的高溫條件，可以被作為添加劑加入飼料中。例如用柞蠶抗菌肽制劑代替抗生素在斷奶仔豬飼料中的應(yīng)用研究，就取得了很好的效果[12]。

何丹林等[13]添加蠶抗菌肽AD—酵母制劑500 g·t-1對雞小腸內(nèi)容物酶活性、飼料能量和氮利用率及飼料中細菌和霉菌繁殖的影響研究表明，蠶抗菌肽AD—酵母制劑對粵黃雞小腸內(nèi)容物中淀粉酶和蛋白酶活性和飼料營養(yǎng)價值無不良影響；對飼料中霉菌繁殖無抑制作用，但能有效地抑制飼料中的細菌繁殖；有希望成為傳統(tǒng)飼料抗菌劑的替代品。

黃永彤等[14]分別用抗菌肽與抗生素飼養(yǎng)肉食雞，比較發(fā)現(xiàn)抗菌肽喂養(yǎng)出的雞在出欄率、平均體重等指標(biāo)中均無顯著差異，而且飼用抗菌肽的一組表現(xiàn)出對生長和免疫力的提高有促進作用，成活率提高10%。從而證明抗菌肽替代抗生素投入飼料中是可行的。并且經(jīng)過毒理試驗證明，運用抗菌肽做飼料添加劑安全無毒副作用，且無污染無殘留。梁潔等[15]進一步研究證明，抗菌肽有預(yù)防與治療小雞呼吸道及消化道疾病，提高雞群存欄率，增加雞體質(zhì)量和降低料肉比的作用，可作為抗生素類飼料添加劑代替物進行研究開發(fā)。

通過抗菌肽在酵母中的高效表達，產(chǎn)生的抗菌肽酵母制劑添加到飼料中，對預(yù)防和治療仔豬腹瀉、雛雞白痢和對蝦的病毒病都有很好的效果[16]。

3.3 食品保鮮

我國在食品工業(yè)中的防腐劑一直以苯甲酸、山梨酸及其鹽類和對羥基苯甲酸脂類等化學(xué)合成劑為主，使用防腐劑過多會影響身體健康。研究人員開始著眼于將昆蟲抗菌肽作為新型防腐劑，在食物產(chǎn)品保鮮中試驗應(yīng)用，提高食用安全性，保持食品的營養(yǎng)價值、風(fēng)味、顏色等。

在肉類品加工過程中，抗菌肽以很小的劑量就可以很好的控制菌群生長，保持肉的風(fēng)味和色澤，同時能夠降低亞硝酸鹽的含量，從食用安全健康的角度考慮，是食品保鮮發(fā)展的新方向。

抗菌肽還可以應(yīng)用于罐裝食品，在加工過程中，因改變了保鮮劑而調(diào)整了殺菌溫度。殺菌溫度的降低，可以為人們提供更好的食物品質(zhì)和口感，并且延長了保質(zhì)期。

茍仕金等[17]發(fā)明了轉(zhuǎn)基因蠅蛆抗菌肽用于食品防腐的方法，并申請了專利。該方法以轉(zhuǎn)基因蠅蛆為原材料， 經(jīng)過數(shù)步的分離提取， 生產(chǎn)出用于食品防腐和蔬菜水果的保鮮劑。

抗菌肽還應(yīng)用于熱加工食品，可以用來防止巴氏殺菌后的再污染，還可以用于防止食品發(fā)酵過程中的雜菌污染[18]。

羅富英等[19]運用0.01%～0.05%濃度范圍內(nèi)的天然蠶蛹抗菌肽防腐溶液對鮮豬肉進行防腐試驗，發(fā)現(xiàn)濃度為0.05%蠶蛹抗菌肽防腐液對乳酸菌、微球菌、葡萄球菌抑菌效果分別高達89.0%，94.3%，98.8%。經(jīng)過蠶蛹抗菌肽防腐液處理的鮮豬肉在室溫下能貯藏7 d，作為天然食品防腐劑的前景非常廣闊。

3.4 生物農(nóng)藥

生物農(nóng)藥是利用生物活體或由生物產(chǎn)生的活性成分 ，以及化學(xué)合成的具天然化合物結(jié)構(gòu)的物質(zhì) ，制備出的可防治植物病蟲害和雜草及能調(diào)節(jié)植物生長的制劑。具有環(huán)境兼容性好，保護物種多樣性，對人畜無靶標(biāo)生物威脅，來源廣泛的多種優(yōu)點。對農(nóng)業(yè)和環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展都有著重大的意義。

潘凌子等[3]將植物幼苗噴施不同濃度的蜂毒肽測定其防御酶活性，證實蜂毒肽能激活植物的防御酶系統(tǒng)，對植物有保護作用。蜂毒肽稀釋液浸種的試驗結(jié)果顯示，蜂毒肽對農(nóng)作物種子萌發(fā)、生長發(fā)育無毒害。試驗還證明蜂毒肽對測試的13種農(nóng)作物病原菌和4種致病菌均有抑制作用，其中包括了細菌性病原菌和真菌性病原菌，尤其對白菜軟腐病菌，蜂毒肽在μg級就可以發(fā)揮作用。不僅體現(xiàn)了抑菌譜廣、速效、高效等優(yōu)點，而且可克服現(xiàn)有生物農(nóng)藥存在的緩效性、低效性和抑菌譜窄等不足。在室溫范圍內(nèi)， 蜂毒肽的抑菌作用對溫度不敏感，在各季節(jié)均能顯示出強效的抑菌作用。綜上，蜂毒肽可能作為理想的新生物農(nóng)藥，突破現(xiàn)存的農(nóng)藥發(fā)展瓶頸。

李志等[18]提出柞蠶還是重要的動物生物反應(yīng)器資源，利用其可研究開發(fā)許多有益抗菌肽、 生物農(nóng)藥，并能為提高農(nóng)村收入，保障千億斤糧食產(chǎn)能工程的糧食安全做貢獻。

4 展 望

由于昆蟲體內(nèi)抗菌肽含量低，分離純化難度大，成本高，梁潔等[20]運用轉(zhuǎn)基因酵母菌在500 L罐中發(fā)酵，其發(fā)酵液的殺菌效價達到6 734 IU·mL-1，抗菌肽產(chǎn)量高且穩(wěn)定，但應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)還需要更進一步的研究和探索。在轉(zhuǎn)基因領(lǐng)域中，昆蟲抗菌肽也逐漸成為研究的熱點項目，尤其在農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因抗性植物中特別被推崇。在臨床試驗中也證實昆蟲抗菌肽是選擇性殺傷，暫無對寄主細胞傷害作用的報道，所以可以應(yīng)用于抗菌、抗腫瘤、抗病毒的醫(yī)藥，生物農(nóng)藥和水產(chǎn)養(yǎng)殖等產(chǎn)業(yè)中。從昆蟲抗菌肽的作用機制作為突破口，可以更深入了解其藥理藥效，準確的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

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