王以燕,袁善奎*,農(nóng)向群,李 梅
(1. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)藥檢定所,北京 100125;2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,北京 100193)
術(shù)語(yǔ)是在特定學(xué)科領(lǐng)域用來表示基本概念的集合,是制定規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的理論基礎(chǔ),并準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔表達(dá)相關(guān)詞條的定義。微生物農(nóng)藥的特性不同于化學(xué)農(nóng)藥,因此在術(shù)語(yǔ)表達(dá)方面具有特殊性。本文依據(jù)FAO/WHO《微生物農(nóng)藥指南》以及現(xiàn)有微生物農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)資料[1-3],總結(jié)了微生物農(nóng)藥基本定義、分類、含量、雜質(zhì)、檢測(cè)等幾個(gè)方面相關(guān)的術(shù)語(yǔ)和釋義,旨在為微生物農(nóng)藥科研、教學(xué)、生產(chǎn)、推廣及管理等相關(guān)領(lǐng)域提供參考,推動(dòng)行業(yè)規(guī)范發(fā)展。
以天然的或基因修飾的細(xì)菌、真菌、病毒等微生物活體為有效成分的農(nóng)藥。
對(duì)有害生物控制發(fā)揮作用的微生物及其相關(guān)代謝產(chǎn)物,其可以是活的或者失活的微生物。
用于加工微生物農(nóng)藥制劑的微生物原料,是高純度的微生物農(nóng)藥存在形式,除含有生產(chǎn)過程中用于微生物生長(zhǎng)或繁殖、以及用于典型純化或制備的一些物質(zhì)外,通常不含其他添加物或助劑,特殊情況下為便于貯存和運(yùn)輸會(huì)加入少量的防腐劑、穩(wěn)定劑或稀釋劑。
以微生物農(nóng)藥活體作為有效成分的農(nóng)藥制劑產(chǎn)品,登記或標(biāo)注用于有害生物控制。
為其他生物(寄生物)提供生存環(huán)境或養(yǎng)分的動(dòng)物(包括人類)、植物或微生物。
微生物在侵染過程中進(jìn)行復(fù)制或數(shù)量增加的能力。
微生物在環(huán)境中增殖或持續(xù)存在的能力,如在生物體表(表皮)或內(nèi)部器官表面(如腸道、肺)、在機(jī)體外表環(huán)境(如表皮)或內(nèi)部環(huán)境(組織器官如消化道等)繁殖和持續(xù)存在的現(xiàn)象。微生物在所定殖的器官或部位持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),定殖數(shù)量可能保持穩(wěn)定或增長(zhǎng),也可能緩慢下降。定殖微生物可能是無害的,也可能是功能性或致病性微生物。
活性微生物使用后一定時(shí)間內(nèi)在動(dòng)植物表面、體內(nèi),或者土壤中保持活性的狀態(tài)。
病原微生物引入或進(jìn)入易感宿主的過程,無論其是否引起病理效應(yīng)或疾病。微生物必須進(jìn)入宿主的體內(nèi),通常是細(xì)胞,并能夠繁殖形成新的感染單位。簡(jiǎn)單地?cái)z入病原體并不意味是侵染。
微生物進(jìn)入寄主體內(nèi)(如穿透表皮層、腸上皮細(xì)胞等)的過程。病原微生物具有“原發(fā)侵入性”的特性。
微生物引起寄主疾病和/或造成寄主傷害的能力。很多病原菌通過毒性和侵入性,或者毒性和定殖能力的聯(lián)合作用產(chǎn)生致病性。但有些入侵病原菌引起的疾病是由寄主防御系統(tǒng)造成的異常反應(yīng)。
微生物突破或逃避宿主自然屏障、進(jìn)入宿主體內(nèi)并保持存活狀態(tài)或繁殖的能力。感染性可能涉及不同嚴(yán)重程度、部位和數(shù)量,但不涉及是否引起病理效應(yīng)或疾病表征。
特定物種所占據(jù)的獨(dú)特環(huán)境位置,根據(jù)其在群落或生態(tài)系統(tǒng)中所占據(jù)的實(shí)際物理空間和所發(fā)揮的功能來感知。
兩種生物之間的一種相互作用,其中一種生物與另一種生物密切相關(guān),這對(duì)兩種生物都有利。
具有殺蟲、抑菌生物活性的單細(xì)胞原核微生物農(nóng)藥。其個(gè)體微小,形態(tài)簡(jiǎn)單,以無性二分裂方式繁殖(裂殖),在自然界中分布最廣、數(shù)量最多。
2.1.1 芽胞1目前文獻(xiàn)中“芽孢”/“芽胞”均有使用,本刊采用“芽胞”。但《農(nóng)藥中文通用名稱》GB 4839-2009、近期的細(xì)菌類標(biāo)準(zhǔn)及我國(guó)農(nóng)藥登記注冊(cè)庫(kù)中的資料都采用“芽孢”。(內(nèi)生胞子)(endospore) 細(xì)菌的休眠體(圓形、橢圓形或柱形)。一個(gè)芽胞萌發(fā)后只形成一個(gè)細(xì)菌,芽胞抗熱性極強(qiáng),折光性很強(qiáng),便于在顯微鏡下計(jì)數(shù)。芽胞類細(xì)菌在微生物農(nóng)藥產(chǎn)品中數(shù)量最多,如蘇云金芽胞桿菌、枯草芽胞桿菌等。
2.1.2 胞囊2文獻(xiàn)中“胞囊”/“孢囊”均有使用,較新近的文獻(xiàn)多用“胞囊”,本刊采用“胞囊”。(cyst) 某些細(xì)菌在外界不利條件下,由整個(gè)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞外壁加厚、細(xì)胞失水而形成一種抵抗干旱但不抗熱的圓形休眠體。
2.1.3 營(yíng)養(yǎng)體(vegetative) 單個(gè)活的生物體,通常能在合適培養(yǎng)基上形成一個(gè)菌落實(shí)體。
具有殺蟲、防病等生物活性的真核微生物農(nóng)藥。一般能通過無性和有性繁殖方式產(chǎn)生的孢子延續(xù)種群,常見有分生孢子、芽生孢子、厚垣孢子等繁殖體或菌絲營(yíng)養(yǎng)體。
2.2.1 孢子(spore) 真菌的繁殖體,有多種類型。
2.2.1.1 分生孢子(conidium) 由分生孢子梗上產(chǎn)孢細(xì)胞(頂生或側(cè)生、串生或簇生,形狀、大小多種,單胞或多胞)產(chǎn)生無色或有色的無性繁殖細(xì)胞,是真菌農(nóng)藥中最常見的孢子形態(tài)。常見的有球孢白僵菌、金龜子綠僵菌等。
2.2.1.2 芽生孢子(blastospore) 由細(xì)胞出芽生成(細(xì)胞膜和原生質(zhì)體隨某部位細(xì)胞壁向外突出,其一個(gè)細(xì)胞核留在母細(xì)胞,另一個(gè)進(jìn)入突起中,形成突起過程即為出芽),形態(tài)多變,無性葉狀真菌孢子,酵母菌、隱球菌及念珠菌可產(chǎn)生此類孢子。
2.2.1.3 厚垣孢子(chlamydospore) 由菌絲體膨大(原生質(zhì)濃縮)分裂產(chǎn)生壁厚、壽命長(zhǎng),具有抵御不良環(huán)境的無性休眠真菌孢子。
2.2.2 菌絲營(yíng)養(yǎng)體/營(yíng)養(yǎng)菌絲(vegetative hypha) 單條管狀細(xì)絲,是大多數(shù)真菌的結(jié)構(gòu)單位。
2.2.3 微孢子(microsporidium) 在組織細(xì)胞中發(fā)育并分裂,可反復(fù)無性增殖、具傳染性的卵圓形寄生物,屬于低等真菌,簡(jiǎn)稱“微孢子菌”,過去稱為“微孢子蟲”。
由核酸和外殼蛋白組成病毒微粒的非細(xì)胞形態(tài),以昆蟲為宿主,對(duì)宿主產(chǎn)生致病性,具有直接和間接控制有害昆蟲生物活性的微生物農(nóng)藥。
2.3.1 桿狀病毒科(Baculoviridae)
2.3.1.1 核型多角體病毒(nucleo-polyhedrovirus, NPV) 含1至多個(gè)(單核衣殼/多核衣殼)呈十二面體、四角體、五角體、六角體等桿狀病毒多角體粒子(直徑在0.5~15 μm),在寄主細(xì)胞核內(nèi),核酸為分段基因組。是應(yīng)用最廣、登記數(shù)量最多的一類病毒微生物農(nóng)藥產(chǎn)品,常見的有棉鈴蟲核型多角體病毒等。
2.3.1.2 顆粒體病毒(granulovirus, GV) 含一個(gè)呈圓或橢圓形顆粒狀體,內(nèi)含核型多角體病毒粒子(粒子小、囊膜中多含單核衣殼),包涵體在細(xì)胞核內(nèi)或細(xì)胞質(zhì)內(nèi),核酸為雙鏈 DNA。在農(nóng)藥領(lǐng)域中,其應(yīng)用和登記數(shù)量?jī)H次于核型多角體病毒,常見的有小菜蛾顆粒體病毒等。
2.3.2 呼腸孤病毒科(Rroviridae)
2.3.2.1 質(zhì)型多角體病毒(cytoplasmic polyhedrovirus, CPV) 含多個(gè)一般為六角形、四角形等球狀多角體(直徑在0.5~10 μm)病毒粒子,包涵體在宿主細(xì)胞質(zhì)內(nèi)增殖,核酸為分段雙鏈RNA。常見的有松毛蟲質(zhì)型多角體病毒等。
2.3.3 細(xì)小病毒科(Parvoviridae)
2.3.3.1 濃核病毒(densovirus, DV) 一種小型二十面體(直徑在18~30 nm)無包膜單鏈DNA病毒粒子,在宿主細(xì)胞核內(nèi)復(fù)制,感染早期在核內(nèi)形成致密染色質(zhì)區(qū)。常見的有黑胸大蠊?jié)夂瞬《荆ǜ麜鹤g名:蜚蠊雙義濃核病毒)等。
蘇云金芽胞桿菌(Bt)產(chǎn)品中伴胞晶體經(jīng)堿解成具有殺蟲活性的毒素蛋白的含量,通常采用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)法測(cè)定,單位為百分含量(%)。
微生物農(nóng)藥產(chǎn)品單位質(zhì)量或體積中所含形態(tài)為活菌落體(含菌絲或孢子等)的細(xì)菌或真菌有效成分含量,多用平板菌落計(jì)數(shù)法測(cè)定,單位為CFU/g或mL。
3.2.1 菌落形成單位(colony forming units, CFU) 由單個(gè)或多個(gè)細(xì)胞(如分生孢子、菌絲等)在培養(yǎng)基上經(jīng)培養(yǎng)形成獨(dú)立可見的菌落,用于推算活體的真菌或細(xì)菌農(nóng)藥有效成分含量。
微生物農(nóng)藥產(chǎn)品單位質(zhì)量或體積中所含形態(tài)為活孢子的真菌有效成分含量,多用血球計(jì)數(shù)板法測(cè)定。含孢量=孢子實(shí)測(cè)數(shù)量×活孢率,單位為孢子/g或mL。
3.3.1 活孢率(percentage of alive spores) 在一定培養(yǎng)條件下,可萌發(fā)(孢子芽管長(zhǎng)度大于孢子長(zhǎng)度一半的視為萌發(fā))生長(zhǎng)的孢子數(shù)占總孢子數(shù)的百分率(%),即孢子萌發(fā)率。
病毒感染寄主后,在寄主細(xì)胞中大量復(fù)制增殖,形成具有保護(hù)膜包裹的非結(jié)晶、無活性、高折射率蛋白微粒聚集體。即由病毒粒子、固定病毒粒子的蛋白質(zhì)基質(zhì)和保護(hù)性外膜共同組成包涵體結(jié)構(gòu)。包涵體在堿性環(huán)境下被溶解后釋放出病毒粒子,再度侵染寄主。包涵體是病毒水平傳播的主要載體形式,在光學(xué)顯微鏡下可見粒子形態(tài)。
3.4.1 包涵體數(shù)量(OB content/PIB content) 微生物農(nóng)藥產(chǎn)品單位質(zhì)量或體積中所含形態(tài)為包涵體病毒粒子的數(shù)量。其中,多角體病毒常采用血球計(jì)數(shù)板法測(cè)定,顆粒體病毒可采用細(xì)菌計(jì)數(shù)板法或?qū)崟r(shí)熒光定量PCR法測(cè)定,單位為(OB或PIB)/g或mL。
通常病毒為顆粒體的用OB,多角體的用PIB或IB,但目前國(guó)際上主要用OB表示。
微生物對(duì)靶標(biāo)有害生物的致死或抑制能力,以接種一定劑量該微生物所引發(fā)寄主或宿主病害程度來衡量,通過生物藥效試驗(yàn)測(cè)定其效價(jià)或生物活性性能。以半致死劑量(LD50)、半致死時(shí)間(LT50)、致死百分率或抑制率(%)等表示,活性單位還有國(guó)際毒力單位(ITU)、國(guó)際單位(IU)等[2,4]。
生物效價(jià)比是以微生物農(nóng)藥比較試樣、標(biāo)樣引起的生物反應(yīng),測(cè)定微生物農(nóng)藥的生物效價(jià)或生物學(xué)活性的比值。
3.5.1 國(guó)際毒力單位/國(guó)際單位(international toxic unit, ITU/international unit, IU) 在生物測(cè)定中能夠顯示一定毒力的最小單位叫“毒力單位”或“單位”。經(jīng)由國(guó)際農(nóng)藥相關(guān)組織(或國(guó)際協(xié)商)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)單位就是國(guó)際毒力單位(ITU)或國(guó)際單位(IU)。這兩個(gè)單位的內(nèi)涵基本相同,建議生物效價(jià)采用統(tǒng)一、含義更貼切的ITU表示產(chǎn)品的毒力,避免不必要的混亂。其關(guān)鍵是標(biāo)樣的制備和毒力的確認(rèn)。微生物農(nóng)藥的毒力或生物效價(jià)可通過與具有確定國(guó)際毒力單位或國(guó)際單位的標(biāo)樣進(jìn)行對(duì)比性生物測(cè)定,其結(jié)果用單位重量或體積的國(guó)際毒力單位(或國(guó)際單位)數(shù)值表示。
微生物農(nóng)藥產(chǎn)品中除有效成分微生物(或其產(chǎn)生的物質(zhì))外的其他微生物或物質(zhì)。微生物突變體或取代物均被認(rèn)為是污染物或雜質(zhì)。
4.1.1 雜菌量(number of microbial contaminants) 在微生物農(nóng)藥產(chǎn)品中,除有效成分外其他微生物的數(shù)量之和(或稱雜菌菌落總數(shù))。
4.1.2 雜菌率(percentage of microbial contaminants) 在微生物農(nóng)藥產(chǎn)品中,除有效成分外其他微生物(如細(xì)菌和真菌等)量占總菌量的百分率。
從毒理學(xué)角度對(duì)人或動(dòng)物健康、或/和對(duì)環(huán)境造成危害的任何次生化合物/代謝物。有些毒素也可看作是相關(guān)次生化合物/代謝物。
4.2.1 次生化合物(secondary compound) 微生物產(chǎn)生的,對(duì)其生長(zhǎng)、擴(kuò)展或繁殖非必需的化合物。
微生物農(nóng)藥產(chǎn)品中,除有效成分及來自制造過程必需物質(zhì)外的任何其他化學(xué)物質(zhì)。
用于表示微生物農(nóng)藥水分含量的方法,通常包括兩種:
(1)水分:水占試樣中質(zhì)量的比率。
(2)干燥減量:在規(guī)定條件下,經(jīng)加熱干燥后減少的質(zhì)量占試樣的比率。一般包括水分及少量低揮發(fā)性物質(zhì)的質(zhì)量。僅適用固體農(nóng)藥。
雖然兩種表示方式的測(cè)定方法不同,但內(nèi)涵相近,在微生物農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)中多采用后者,相對(duì)簡(jiǎn)便。
將微生物真菌、細(xì)菌試樣稀釋至適當(dāng)倍數(shù),均勻涂布或傾注于培養(yǎng)基平板上,在合適溫度培養(yǎng)下,通過肉眼觀察或電子計(jì)數(shù)器對(duì)可見菌落數(shù)量進(jìn)行間接統(tǒng)計(jì),得到微生物農(nóng)藥產(chǎn)品單位質(zhì)量或體積中活體菌落形成單位數(shù)量的方法,單位為CFU/g或mL。
5.1.1 雜菌量/雜菌率測(cè)定方法(number or percentage of microbial contaminants determination) 在微生物農(nóng)藥產(chǎn)品中雜菌量或雜菌率的測(cè)定方法多采用平板菌落計(jì)數(shù)法,雜菌量單位為CFU/g或mL,雜菌率單位為百分含量(%)。
在光學(xué)顯微鏡下通過血球計(jì)數(shù)板,直接觀察計(jì)數(shù)形態(tài)較大的真菌或多角體病毒等微生物農(nóng)藥的個(gè)體數(shù)量。一般需要配制成至適當(dāng)稀釋倍數(shù)的懸液,計(jì)數(shù)后計(jì)算產(chǎn)品單位質(zhì)量或體積中的含孢量或包涵體數(shù)量的方法,單位為孢子/g或mL、OB(PIB)/g或mL。
5.2.1 細(xì)菌計(jì)數(shù)板法(bateria counting chamber method) 在光學(xué)顯微鏡下通過細(xì)菌計(jì)數(shù)板,直接觀察計(jì)數(shù)形態(tài)較小的顆粒體病毒等微生物農(nóng)藥的個(gè)體數(shù)量。一般需要配制成至適當(dāng)稀釋倍數(shù)的懸液,計(jì)數(shù)后計(jì)算產(chǎn)品單位質(zhì)量或體積中的包涵體數(shù)量的方法,單位一般為OB/g或mL。
根據(jù)已知濃度標(biāo)樣(含有目的基因的質(zhì)?;蚧蚪M)的特定保守區(qū)域設(shè)計(jì)引物,進(jìn)行熒光定量PCR,繪制核酸保守片段拷貝數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)曲線,計(jì)算未知試樣熒光定量PCR獲得的保守片段拷貝數(shù),推算病毒等微生物農(nóng)藥產(chǎn)品的單位質(zhì)量或體積試樣中包涵體(單位為OB/g或mL)或病毒粒子(單位為病毒粒子/g或mL)數(shù)量的方法,主要用于顆粒體病毒和濃核病毒類農(nóng)藥的檢測(cè)。
蘇云金芽胞桿菌(Bt)中伴胞晶體經(jīng)堿解成具有殺蟲活性的毒素蛋白。依據(jù)蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量差異,通過凝膠電泳SDS-PAGE使其(130 kDa)與試樣中雜蛋白分離,經(jīng)電泳圖像掃描,定量測(cè)定微生物農(nóng)藥Bt產(chǎn)品中毒素蛋白含量的方法,單位為百分比含量(%)。
我國(guó)未以此數(shù)據(jù)表示Bt產(chǎn)品的含量。美國(guó)在Bt產(chǎn)品標(biāo)簽上以毒素蛋白含量作產(chǎn)品組分含量的數(shù)據(jù)之一,并標(biāo)注生物效價(jià)數(shù)據(jù)。
通過生物藥效測(cè)定方法比較試樣和標(biāo)樣的生物反應(yīng)來體現(xiàn)微生物農(nóng)藥生物效價(jià)或生物活性能力的方法。單位為單位質(zhì)量的國(guó)際毒力單位ITU/mg或國(guó)際單位IU/mg。此方法主要用于蘇云金芽胞桿菌類(包括以色列亞種)和球形芽胞桿菌等產(chǎn)品有效成分含量測(cè)定及部分病毒有效成分“活性”的補(bǔ)充試驗(yàn)和部分鑒別試驗(yàn)。
綜上所述,血球計(jì)數(shù)板法(及細(xì)菌計(jì)數(shù)板法)和平板菌落計(jì)數(shù)法是目前微生物農(nóng)藥有效成分含量測(cè)定的主要方法,實(shí)時(shí)熒光定量PCR法由于技術(shù)要求較高,所需設(shè)備和檢測(cè)成本較貴,企業(yè)還未能普遍采用,僅適用顆粒體病毒和濃核病毒,但這是具有發(fā)展前景的方法之一。毒素蛋白測(cè)定法僅適用蘇云金芽胞桿菌類產(chǎn)品的測(cè)定。毒力/生物效價(jià)法主要用于蘇云金芽胞桿菌類(包括以色列亞種)及球形芽胞桿菌等產(chǎn)品的測(cè)定,雖然品種有一定局限性,但其產(chǎn)量卻是最多的;而病毒產(chǎn)品中生物效價(jià)比的測(cè)定僅作“活體”的輔助補(bǔ)充(或鑒定試驗(yàn))。