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微生物次级代谢产物特点、作用及应用概况

一、微生物次级代谢产物概况

1、微生物次级代谢产物的定义及特点

在微生物的代谢活动中，通常将微生物在一定生长时间内，以初级代

谢产物为前体，合成一些对当前生命活动无明确功能物质的过程称为微生

物次级代谢，代谢合成的物质称为微生物次级代谢产物。

微生物次级代谢产物大多是分子结构较复杂的化合物，因微生物和培

养条件的不同，代谢产物也不尽相同。通常次级代谢产物是被分泌到细胞

外，在与其他生物竞争的过程中起重要作用。但次级代谢产物不参与细胞

结构的组成，也不是酶活性所必需的，即使在某个环节发生障碍，也不会

致使机体停止生长或死亡。微生物次级代谢产物被广泛应用于农业、食品

和医疗等领域，前景广阔。

2、微生物次级代谢产物的来源

微生物种类多、分布广，其次级代谢产物数量众多，来源广泛。与人

类生活密切相关的次级代谢产物主要来源于细菌、真菌和放线菌等。部分

微生物次级代谢产物来源及作用见表1。

（1）细菌

细菌随处可见，其生物量仅次于植物体总生物量。细菌代谢产物具有

结构多样性和广谱活性，被广泛应用于农化和医药产品的制造。研究表明：

细菌中芽抱杆菌属产生的抗菌性代谢产物，如杆菌霉素、双效菌素及抗霉

菌枯草杆菌素等，被广泛应用于作物病害防治中，γ-聚谷氨酸具有较强的抗

逆促生作用，被广泛应用于新型肥料生产；假单胞菌属产生的代谢产物，

如2,4-二乙酰基间苯三酚、硝咙咯菌素等，是目前被研究最多的细菌生物

防治剂。

（2）真菌

真菌具有生物多样性，种类和数量众多，目前已了解的真菌种类有9.7

万余种，但仅占其种类数量的6%。在真菌微生物次级代谢产物中，约50%

是由丝状真菌产生的。研究表明，木霉菌、非致病性濂刀菌和聚端孢霉等

是少数能够产生多种抗菌代谢产物的真菌属。木霉菌能够产生木霉素和杀

病毒剂等抗生素次级代谢产物；厚垣镰孢的次级代谢产物能够有效抑制花

生锈病病原菌的产生；粉红聚端孢菌能够产生大量抗病毒次生代谢产物和
具有农药活性的抗生菌；单端孢菌素作为粉红聚端孢菌的产物被广泛用于

棉籽枯萎病的防治。

（3）放线菌

对于微生物次级代谢产物的研究，大多数基于对放线菌的挖掘。放线

菌能够产生大量具有不同生物活性的次生代谢产物，被广泛应用于医疗和

农业领域。放线菌次级代谢产物种类丰富，约占已报道的微生物活性物质

的50%，根据其化学结构，这些代谢产物可分为β-内酰胺、糖肽、核苷、

多肽和聚酮类等。放线菌次级代谢产物的来源主要是链霉菌属，具有抗菌、

杀虫、免疫抑制和激活等功效。研究表明：放线菌能够用于生产多种抗菌

剂和抗真菌药，如四环素、氯霉素和红霉素等；除锈霉素是可用作生产除

草剂的代谢产物。

二、微生物次级代谢产物的作用

微生物次级代谢产物种类和数量众多，不同代谢产物具有不同的作用，

微生物次级代谢产物在农业生产中的主要作用见图1。

1、调节作物生长，增强作物抗逆性

微生物通过代谢活动产生的各种物质能够调节作物生长，提高作物对

土壤旱涝、酸碱和有害金属元素的耐受力，增强在胁迫条件下作物的存活

率。研究表明：根际微生物产生的生长素、赤霉素等生长调节物质，可以

刺激细胞分裂，促进植物生长。部分假单胞菌产生的细胞分裂素可诱导植

株生长，促进细胞分裂。某些促生菌能够调节细胞分裂素和脱落酸的平衡，

延缓作物衰老。利用微生物代谢产物产生的病原菌可提高作物抗病能力。

研究还表明，盐胁迫条件下，施用根瘤菌和施用氮肥的相同花生品种间氮

肥利用率无明显差异。恶臭假单胞菌可提高盐胁迫下棉花种子的萌发率，

增加对Mg2+、K+、Ca2+的吸收，减少对Na+的吸收。假单胞菌可提高水淹

状态下芦笋的发芽率。

2、改善土壤状况，提高供养分能力

微生物代谢产物能够改善土壤状况，溶解土壤中难以直接利用的营养

元素，提高土壤供给养分的能力。研究表明：微生物代谢产物可加快植物

残体的腐解速率，提高土壤通透性，增加土壤有机质。大量有益微生物还

能够释放出糖类物质与土壤矿物胚体结合，改善土壤团粒结构。固氮菌能

够有效增加土壤氮素，促进作物对氮素的吸收利用，提高供氮能力。溶磷

细菌和解钾细菌能够分泌多种有机酸，增强对土壤磷、钾的溶解性，提高

土壤中磷、钾养分含量，满足作物对磷、钾养分的需求。

3、促进氮磷钾养分吸收
微生物代谢产物能够通过固氮、溶磷、解钾等方式，增强作物对氮、

磷、钾养分的吸收利用。根瘤菌类、自生固氮菌和联合固氮菌类能够通过

自身生命活动将空气中的氮素固定，并将其转化为植物可利用的氮源。研

究表明，在小麦和玉米上应用固氮菌肥，可增加玉米、小麦经济产量。解

磷菌可