蘇云金桿菌殺蟲劑的簡介及研究應(yīng)用情況

魏云階

摘 要：微生物防治是目前指防治或者減少害蟲的最有效手段之一，其中，蘇云金桿菌由于其自身沒有毒害作用、不污染環(huán)境等特點(diǎn)，在生物防治中占有重要地位，目前在整個(gè)生物殺蟲劑中占95%，備受世界各國科學(xué)家的關(guān)注。本文介紹了蘇云金桿菌的特點(diǎn)，并對(duì)其在生物防治中的應(yīng)用情況進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：蘇云金桿菌；微生物防治；生態(tài)環(huán)境

蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis）是一種微生物殺蟲劑，對(duì)人、畜及害蟲天敵極少或完全沒有毒害作用，不污染環(huán)境，保持生態(tài)平衡，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、衛(wèi)生害蟲的生物防治中占有重要地位。

1 蘇云金芽孢桿菌簡介

蘇云金芽孢桿菌是一種革蘭氏陽性、桿狀、能形成內(nèi)生芽孢的土壤細(xì)菌，其營養(yǎng)體細(xì)胞具有周生鞭毛或無鞭毛。鞭毛是細(xì)菌的一種運(yùn)動(dòng)器官，因此，具有鞭毛的菌株能運(yùn)動(dòng)，而不具鞭毛的菌株不能運(yùn)動(dòng)養(yǎng)體在形成芽孢的同時(shí)，在細(xì)胞的另一端形成不同形態(tài)、具蛋白性質(zhì)的伴孢晶體，它可以是一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)。蘇云金芽孢桿菌分類上屬于原核生物界，細(xì)菌綱，芽孢桿菌科（Bacillaceae），芽孢桿菌屬（Bacillus）的一種，在《伯杰氏細(xì)菌鑒定手冊(cè)》第九版中被列為第二類第十八群。

1901年，日本細(xì)菌學(xué)家石渡從患病的家蠶幼蟲上得到了一種桿狀芽孢菌，并在1905年發(fā)表的另一報(bào)告中稱之為“碎倒芽孢桿菌”。但直到1911年Berliner從德國蘇云金地區(qū)谷倉中患病的地中海粉螟幼蟲體內(nèi)分離到另一株類似的細(xì)菌之后，1915年才正式將此昆蟲病原細(xì)菌命名為蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis， Bt）.1938年，第一個(gè)蘇云金芽孢桿菌商品制劑Sporeine在法國問世，并在地中海粉螟的防治中得到了應(yīng)用（戴蓮韻等，1997）。蘇云金芽孢桿菌廣泛分布于世界各地，從熱帶雨林到北極凍土帶，從土壤、昆蟲尸體、植物體表面、貯藏物或倉庫灰塵、污水等基質(zhì)上均可分離到該菌，而土壤為微生物的大本營，是其分布最為豐富的生境。據(jù)估計(jì)，目前世界上約有60，000余個(gè)蘇云金芽孢桿菌分離物（Glare， 2000）。近來，人們?cè)谑澜绺鞯叵到y(tǒng)進(jìn)行蘇云金芽孢桿菌資源調(diào)查的同時(shí)，也嘗試從極端生態(tài)環(huán)境（如海洋、極地等）中分離該菌。而且，人們?cè)诤苌贂?huì)有昆蟲存在的地方分離出蘇云金芽孢桿菌，因此推測(cè)該菌的祖先是一種與昆蟲無關(guān)的土壤習(xí)居菌，而其殺蟲性可能是在進(jìn)化過程中為了攝取更豐富的營養(yǎng)而獲得的。

蘇云金芽孢桿菌主要根據(jù)鞭毛抗原的血清型和生理生化特性的不同來進(jìn)行亞種的劃分。近來，人們嘗試將多種化學(xué)分類和分子生物學(xué)手段用于其菌株間的分型，如16S rDNA序列、RAPD、多位點(diǎn)酶電泳（MME）、隨機(jī)引物PCR （AP-PCR）的DNA指紋圖譜、脈沖場(chǎng)凝膠電泳等。自1962年開始用鞭毛抗原的血清學(xué)反應(yīng)將蘇云金芽孢桿菌劃分為6個(gè)血清型以來，目前已增加到70個(gè)血清型，83個(gè)血清亞種，其中11個(gè)血清型亞種來自中國。不過隨著研究的不斷深入，已發(fā)現(xiàn)蘇云金芽孢桿菌菌株的血清型與殺蟲特異性〔基因型）的關(guān)系不相一致，不同血清型的菌株可能顯示相同的特異性，而同一血清型的菌株又可能具有不同的特異性。所以，通過血清型預(yù)測(cè)殺蟲活力并不可靠，因?yàn)樗⒉环从尘晁腎CP基因型。

2 蘇云金桿菌的殺蟲機(jī)理

害蟲在攝食Bt殺蟲劑的殺蟲晶體蛋白后， ICPs在中腸堿性條件下二硫鍵打開，在腸道胰蛋白酶的作用下激活形成抗蛋白酶的毒性核心片斷，才有活性。Bt活性蛋白與中腸上皮細(xì)胞結(jié)合后，有毒性的α2螺旋穿透細(xì)胞膜形成一個(gè)離子通道（孔） ，依pH的不同，這些孔具有選擇性（僅K+可通過）和非選擇性（Na+和陰離子可通過） ，由于堿性和蛋白酶的作用，因而這些孔很有可能有K+滲漏，這種陰離子通道破壞了膜電勢(shì)，細(xì)胞膨脹并裂解，導(dǎo)致中腸壞死，圍食膜和上皮退化變性，腸壁受損后，中腸的堿性高滲內(nèi)含物進(jìn)入血腔，血淋巴pH值升高而導(dǎo)致昆蟲麻痹死亡。害蟲死后由毒素導(dǎo)致了細(xì)菌敗血病[16]。

3 蘇云金桿菌在國外的研究應(yīng)用情況

最早商業(yè)化生產(chǎn)的Bt殺蟲劑是1938年法國以半固體發(fā)酵法生產(chǎn)的產(chǎn)品，商品名稱為Sporeine。美國最早的Bt殺蟲劑商業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)品是1958年由實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的可濕性粉劑。1960年，美國共有五家公司生產(chǎn)Bt殺蟲劑，在整個(gè)60年代期間，兩項(xiàng)重大的進(jìn)展極大地推動(dòng)了蘇云金桿菌殺蟲劑的商業(yè)化進(jìn)程，第一個(gè)進(jìn)展是1969年Dulmage分離出HD-1菌株，其殺蟲能力對(duì)不同的害蟲為傳統(tǒng)的20-212倍。此后的幾年間，所有的美國廠家轉(zhuǎn)向生產(chǎn)HD-1菌株制劑，成為農(nóng)業(yè)及林業(yè)防治的主要產(chǎn)品。第二個(gè)進(jìn)展是對(duì)蘇云金桿菌殺蟲劑商品建立了國際性的毒力標(biāo)準(zhǔn)，原先的產(chǎn)品是以芽孢數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的，但芽孢數(shù)并不能完全代表毒性，提出了用生物測(cè)定的方法來標(biāo)定產(chǎn)品的毒力標(biāo)準(zhǔn)。

4 蘇云金桿菌在國內(nèi)的研究應(yīng)用情況

我國對(duì)蘇云金桿菌的起步研究要比最早研究的國家晚半個(gè)世紀(jì)，1955年曹驥先生等用從法國引進(jìn)的商品制劑中分離的菌株，在實(shí)驗(yàn)室制備菌劑，用于防治玉米螟。1959年劉篙樂先生從當(dāng)時(shí)的捷克斯洛伐克引進(jìn)蘇云金桿菌亞種，并用實(shí)驗(yàn)室制備的培養(yǎng)物防治楊天社蛾、菜粉蝶、松毛蟲，均取得了顯著的效果，還對(duì)防治粘蟲的增效途徑和血細(xì)胞的病態(tài)變化進(jìn)行了研究。同年，張履鴻先生從前蘇聯(lián)引進(jìn)了蘇云金亞種、蠟螟亞種和松蜀亞種，進(jìn)行防治一些鱗翅目害蟲的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。1961年彭中允先生從前蘇聯(lián)帶回了“蟲菌三號(hào)”菌粉，并從中分離了菌種，進(jìn)行了一系列室內(nèi)外研究。林業(yè)部和有關(guān)部門還用我國自行研制的菌劑在湖北生紅安縣首次用飛機(jī)防治松毛蟲，取得了良好的效果，從而肯定了蘇云金桿菌防治農(nóng)林害蟲的作用。在此基礎(chǔ)上，湖北省農(nóng)科所與武漢抗菌素廠，中國科學(xué)院動(dòng)物所與長沙微生物所先后合作，分別對(duì)蠟螟亞種和蘇云金亞種的液體深層發(fā)酵生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究，試生產(chǎn)產(chǎn)品應(yīng)用效果的肯定，引起了國家有關(guān)部門的重視。1964年國家科委下達(dá)任務(wù)，興建了專門的生產(chǎn)蘇云金桿菌制劑工廠一武漢染料廠青蟲菌車間。到1965年底，武漢生產(chǎn)的注冊(cè)商標(biāo)“三五牌”和長沙生產(chǎn)的“424”蘇云金桿菌商品在我國問世。中國林科院也進(jìn)行了液體深層發(fā)酵的研究。全國產(chǎn)量一度達(dá)到1500噸粉劑，但由于大多數(shù)廠家技術(shù)不過關(guān)，產(chǎn)品效價(jià)差，質(zhì)量不可靠。導(dǎo)致蘇云金桿菌殺蟲劑一度走向低谷。

80年代以來，我國的蘇云金桿菌殺蟲劑開始進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定的發(fā)展階段，武漢是我國主要的蘇云金桿菌殺蟲劑生產(chǎn)基地，湖北農(nóng)科院率先研制和生產(chǎn)Bt液劑，粉劑和原粉，切實(shí)解決了生產(chǎn)過程中噬菌體污染問題和產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化問題，大幅度提高了發(fā)酵效價(jià)和降低生產(chǎn)成本，其Bt殺蟲劑產(chǎn)量由1983年的26噸發(fā)展到1984年的60噸、1990年的900噸、1996年的5600噸，產(chǎn)品應(yīng)用已逐步遍及全國二十幾個(gè)省市，并有部分產(chǎn)品出口到美國、歐洲及東南亞各國。目前登記的可濕性粉劑有23個(gè)廠家，懸浮劑由24個(gè)廠家，所用的菌種大多數(shù)屬于庫斯塔克亞種。這些產(chǎn)品廣泛用于防治農(nóng)、林、果、蔬、煙、茶等害蟲。據(jù)統(tǒng)計(jì)1992年的應(yīng)用面積己達(dá)4000-5000萬畝。

參考文獻(xiàn)

1.蒙顯英，黎起秦，馮家勛等.芽孢桿菌產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)的研究進(jìn)展.中國植保導(dǎo)刊，2004年第12期13～15.

2.陳建武，余健秀，胡曉暉，等.蘇云金桿菌營養(yǎng)期殺蟲蛋白的研究[J].中國生物工程雜志，2002，22（3）：33-36.