蘇云金芽孢桿菌殺蟲劑存在的問題及改進(jìn)設(shè)想

魏云階

摘 要：蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis）由于其自身特點(diǎn)，由其制成的殺蟲劑已成為目前微生物防治害蟲的重要手段之一。隨著隨著蘇云金芽孢桿菌制劑應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，害蟲抗性也有不同程度的增加，為避免抗性昆蟲所造成的損失，就要尋找新的高毒力菌株。本文對蘇云金芽孢桿菌殺蟲劑存在的問題進(jìn)行論述，并提出改進(jìn)辦法。

關(guān)鍵詞：蘇云金芽孢桿菌；抗性；紫外誘變

長期以來，人類消滅害蟲靠化學(xué)農(nóng)藥，人們不惜投入大量的人力、物力去研制化學(xué)農(nóng)藥，據(jù)統(tǒng)計全世界每年要生產(chǎn)化學(xué)農(nóng)藥200多萬。但是單一地使用化學(xué)農(nóng)藥，會造成環(huán)境污染、害蟲抗藥性直線上升、破壞了生態(tài)平衡等問題。自然界害蟲的消長有一定規(guī)律性，隨著害蟲種群的增加，合理地人工傳播殺蟲微生物是控制害蟲最有效的途徑之一于是，微生物防治成為生物防治的一個重要組成部分。其中，蘇云金芽孢桿菌殺蟲劑是使用最廣泛的一種。

1、蘇云金芽孢桿菌殺蟲劑取得的成績

微生物殺蟲劑具有對人、畜及害蟲天敵極少或完全沒有毒害的優(yōu)點(diǎn)，不污染環(huán)境，保持生態(tài)平衡，保持農(nóng)業(yè)、林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，適應(yīng)人們對無公害農(nóng)副產(chǎn)品的需求。

自1915年Berline發(fā)現(xiàn)鱗翅目昆蟲病原蘇云金芽孢桿菌以來，這一類型細(xì)菌殺蟲劑的研究已成為目前微生物防治害蟲的重要手段之一。蘇云金芽孢桿菌既能直接殺死害蟲，又不傷害能控制害蟲群落的天敵，對人畜無毒，不污染環(huán)境，同時對植物無毒害。近30年來，蘇云金桿菌殺蟲劑在農(nóng)、林、衛(wèi)生害蟲的生物防治中起了很大的作用，具有化學(xué)殺蟲劑不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，它既能直接殺死害蟲，又不傷害能控制害蟲群落的天敵，對人畜無毒，不污染環(huán)境，同時對植物無毒害，不影響作物的色、香、味。其應(yīng)用范圍和防治對象從30年前的4目32屬121種擴(kuò)大到10目522種害蟲。蘇云金芽孢桿菌殺蟲劑在整個生物殺蟲劑中占95%，是當(dāng)今唯一能進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的商業(yè)性微生物農(nóng)藥，美、前蘇聯(lián)等國生產(chǎn)量均在萬噸以上。

2、蘇云金芽孢桿菌殺蟲劑存在的問題

目前蘇云金芽孢桿菌制劑的含量普遍偏低，制劑技術(shù)落后，防治效果不夠穩(wěn)定，殺蟲譜較窄，尤其是對鱗翅目夜蛾科防效不夠理想。為了克服該不足，目前許多研究人員試圖通過生物工程技術(shù)來改造現(xiàn)有的蘇云金芽孢桿菌菌株獲得廣譜、高效的工程菌。但由此獲得的工程菌一般存在殺蟲基因易丟失，殺蟲效果不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，從環(huán)境中分離篩選高毒力、廣譜的特異性野生蘇云金芽孢桿菌菌株已被眾多國家的研究人員研究，因此對現(xiàn)已篩選保存的菌種進(jìn)行誘變以獲得目的菌種不失為一種行之有效的方法。

生物均具有一定的生態(tài)適應(yīng)性。在一定生態(tài)系統(tǒng)中引入一種生防菌（Bt菌），它能否適應(yīng)其被引入的生態(tài)環(huán)境，能否在病菌的寄主植物上定殖、增殖以及能否與相應(yīng)病原物競爭，這些是生物防治成敗的關(guān)鍵，理想的生防菌應(yīng)具有營養(yǎng)競爭能力強(qiáng)，抗菌物質(zhì)產(chǎn)生量高，生長速度快及適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。競爭和定殖是生防菌在植物促生和防病作用過程中的推動力量，也是成功的關(guān)鍵。隨著生防菌（Bt菌）制劑應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，其產(chǎn)毒基因編碼產(chǎn)生的晶體蛋白均在不同程度上會引發(fā)害蟲的抗性。為避免抗性昆蟲所造成的損失，尋找新的高毒力菌株是解決這個問題的有效途徑，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù)。但是，目前大多數(shù)生物防治研究都只處在實驗室階段，其中一個重要原因是生防微生物在田間條件下防治效果不穩(wěn)定，用于大面積推廣應(yīng)用風(fēng)險太大。為了改變單獨(dú)的生防微生物防效不穩(wěn)定的缺陷，可采用與化學(xué)農(nóng)藥復(fù)配使用或多種拮抗微生物協(xié)同防病的方法，以增強(qiáng)生防微生物在田間的防效。

3、蘇云金芽孢桿菌的改進(jìn)設(shè)想

近年來由于生物技術(shù)的發(fā)展，蘇云金芽孢桿菌殺蟲晶體蛋白基因成功地轉(zhuǎn)移到植物細(xì)胞，從而獲得抗蟲轉(zhuǎn)基因植物。因此，開發(fā)蘇云金芽孢桿菌資源，是發(fā)展細(xì)菌殺蟲劑和抗蟲育種的重要基礎(chǔ)。我國是農(nóng)業(yè)大國，地形多樣，有著豐富的土壤資源，土壤又是蘇云金芽孢桿菌的大本營，所以對于蘇云金芽孢桿菌資源的開發(fā)和利用有著特殊的意義。而且隨著害蟲抗藥性的提高，篩選特異性強(qiáng)基因組合優(yōu)良的菌種勢在必行，為生產(chǎn)新型生物殺蟲劑奠定基礎(chǔ)。

如何能夠篩選出特異性強(qiáng)基因組合優(yōu)良的菌種？我設(shè)計的思路是通過對蘇云金芽孢桿菌的庫爾斯塔克亞種進(jìn)行紫外線誘變后，得到毒力更強(qiáng)的突變菌種。具體步驟是：首先對該菌種進(jìn)行了鑒定：通過測OD值得出其生長曲線來了解該菌種的生長增殖情況，并通過革蘭氏染色、芽孢染色和伴孢晶體染色來了解該菌種的外部形態(tài)。然后對該菌種進(jìn)行紫外誘變，篩選出毒力更強(qiáng)的突變菌種。

3.1紫外誘變的機(jī)理

由于紫外線不需要特殊貴重設(shè)備，只要普通的滅菌紫外燈管即能做到，而且誘變效果也很顯著，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)育種。紫外線是波長短于可見光而又緊接紫色光的射線，波長范圍為136～390nm，紫外線波長雖較寬，但誘變有效范圍僅是200～300nm，僅限于一個小區(qū)域，多種微生物最敏感的波長集中在265nm處，在此波長誘變效果最好。

紫外線是一種非電離輻射，所以能引起殺菌或誘變，主要是由于紫外線的作用光譜與核酸的吸收光譜相一致。當(dāng)物質(zhì)吸收一定能量的紫外線后，它的某些電子將被提升到較高的能量水平，從而引起分子激發(fā)而造成突變；而不吸收紫外線的物質(zhì)，能量不發(fā)生轉(zhuǎn)移，分子也不會激發(fā)，不會產(chǎn)生任何化學(xué)變化。脫氧核搪核酸能大量吸收紫外線，因此它極容易受紫外線的影響而變化。紫外線的誘變作用是由于它引起DNA分子結(jié)構(gòu)變化而造成的，這種變化包括DNA鏈的斷裂，DNA分子內(nèi)和分子間的交連，核酸與蛋白質(zhì)的交連，嘧啶水合物和嘧啶二聚體的產(chǎn)生等，特別是嘧啶二聚體的產(chǎn)生對于DNA的變化起主要作用，也即是紫外光照射能使微生物的脫氧核搪核酸（DNA）的分子結(jié)構(gòu)形成“胸腺嘧啶二原體”，造成復(fù)制錯誤，引起基因突變，從而獲得高效降解活性的變異菌種。

3.2 光修復(fù)

DNA經(jīng)紫外線照射后形成嘧啶二聚體，光復(fù)活酶和二聚體結(jié)合后形成一復(fù)合物。當(dāng)復(fù)合物暴露在可見光下時，酶即活化并將二聚體分解成單體，酶被釋放，使DNA鏈的缺口修復(fù)而恢復(fù)正常的DNA雙鏈結(jié)構(gòu)，形成光修復(fù)。

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