淺析云南松毛蟲(chóng)腸道菌群資源及其生物防治策略

張棋麟 江宇航

摘 要：云南松毛蟲(chóng)是枯草夜蛾科中的一種危害松類針葉的害蟲(chóng)總稱。云南松毛蟲(chóng)幼蟲(chóng)以啃食針葉為害，輕者導(dǎo)致針葉成片枯黃，重者形似火燒，嚴(yán)重影響森林樹(shù)木的生長(zhǎng)，并對(duì)周圍群眾的生產(chǎn)、生活造成了不良的影響。云南松毛蟲(chóng)雖為大多數(shù)人所厭惡，但其腸道內(nèi)存在著豐富的菌群資源。因此，本文以云南松毛蟲(chóng)生物學(xué)特性為立著點(diǎn)，進(jìn)一步闡述云南松毛蟲(chóng)腸道菌群資源及其生物防治策略。為云南松毛蟲(chóng)的防治和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)腸道菌群資源提供參考。

關(guān)鍵詞：云南松毛蟲(chóng);生物學(xué)特性;腸道菌群資源;生物防治

云南松毛蟲(chóng)（Dendrolimushoui Lajonquiere），屬鱗翅目（Lepidoptera），松毛蟲(chóng)屬（Dendrolimus）中的最大個(gè)體松毛蟲(chóng)，齡期較長(zhǎng)，主要分布于我國(guó)海拔高于1600～3000m的云南、四川、廣東、福建、貴州等省份。在我國(guó)境內(nèi)云南松毛蟲(chóng)主要危害云南松、思茅松、馬尾松、海南松等松林針葉類植被。因此，研究如何有效防止云南松毛蟲(chóng)幼蟲(chóng)啃食針葉、嫩枝，影響樹(shù)木生長(zhǎng)的防治措施顯得尤為重要。再者，云南松毛蟲(chóng)蘊(yùn)含著豐富的自然資源，自身蛋白質(zhì)含量占總干重的50%以上，擁有豐富的蛋白質(zhì)資源。且許多研究表明：云南松毛蟲(chóng)腸道菌群能夠產(chǎn)生多種水解酶（纖維素酶、蛋白酶、脂肪酶）[1]。這些有益腸道菌群在云南松毛蟲(chóng)整個(gè)生長(zhǎng)周期中發(fā)揮著重要作用。因此，或許可以通過(guò)研究云南松毛蟲(chóng)自身及其腸道菌群資源，進(jìn)一步推動(dòng)云南松毛蟲(chóng)的生物防治。這也對(duì)于挖掘云南松毛蟲(chóng)腸道菌群資源奠定理論基礎(chǔ)，也為安全、有效防治云南松毛蟲(chóng)、成害害提供一種新思路。

1 云南松毛蟲(chóng)的生物學(xué)特性

云南松毛蟲(chóng)一生需要經(jīng)歷從卵-蛹-幼蟲(chóng)-成蟲(chóng)四個(gè)發(fā)展階段，不同生長(zhǎng)周期其體長(zhǎng)、體表顏色、外觀形狀等形特征也在發(fā)生許多改變。例如，在蛹時(shí)期，體長(zhǎng)大約為29～49mm，呈紡錘形，蛹體顏色由初蛹時(shí)的翠綠色可逐漸發(fā)展為紅褐色，最后變成灰白色，在此階段幼蟲(chóng)僅腹部能夠自由活動(dòng)且形成的繭上有毒毛;在卵時(shí)期，體長(zhǎng)直徑約為1.8mm，呈圓形，表面有3條白色細(xì)絲環(huán)形花紋;在幼蟲(chóng)時(shí)期，體長(zhǎng)直徑約為6.0～9.0mm，在此生長(zhǎng)階段，體表顏色由剛孵出時(shí)的淺黑色，隨日齡變化顏色不斷加深直至6-7日齡時(shí)可發(fā)展成為黑褐色[2]。與此同時(shí)，不同階段的云南松毛蟲(chóng)生活史不同，在卵時(shí)期，主要以該狀態(tài)越冬可持續(xù)長(zhǎng)達(dá)半年之久;在蛹時(shí)期，首先在繭內(nèi)化蛹，但并非所有頂蛹均能化蛹，化蛹率一般為60%，且此時(shí)期可持續(xù)43～49d;在幼蟲(chóng)時(shí)期，幼蟲(chóng)可取食嫩葉和嫩梢，據(jù)統(tǒng)計(jì)，一頭云南松毛蟲(chóng)幼蟲(chóng)從初孵到成熟，采食新鮮針葉可達(dá)125g左右，同時(shí)，幼蟲(chóng)表現(xiàn)出一定的群居性，整個(gè)時(shí)期歷時(shí)約為100～155d;在成蟲(chóng)時(shí)期，多在夜間羽化，羽化得到的雌雄占比約為1.4∶1，羽化10d后便可進(jìn)行交尾，交尾成功后可進(jìn)行產(chǎn)卵，每次最多為50多粒。產(chǎn)卵后的成蟲(chóng)當(dāng)天死亡，因此，成蟲(chóng)的整個(gè)周期僅為1-18d[1]。

2 云南松毛毛蟲(chóng)的腸道菌群資源

2.1 云南松毛蟲(chóng)腸道產(chǎn)蛋白酶菌群資源

云南松毛蟲(chóng)在成蟲(chóng)階段自身蘊(yùn)含著豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、總糖等物質(zhì)，含量分別依次可達(dá)到68%、30%、17.83%，特別是在蛹時(shí)期，其體內(nèi)蛋白質(zhì)含量最高大于45%。云南松毛蟲(chóng)擁有如此高的蛋白酶含量，在其整個(gè)生命周期中蛋白質(zhì)可分解轉(zhuǎn)換供給生長(zhǎng)發(fā)育。因此，云南松毛蟲(chóng)體內(nèi)必然存在著直接或間接分解蛋白類物質(zhì)的蛋白酶。蛋白酶是一類作為催化蛋白質(zhì)分解為蛋白胨、多肽以及游離氨基酸的重要水解酶，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、造紙、清潔劑、食品、釀造、化妝品等領(lǐng)域。隨著人們對(duì)微生物所蘊(yùn)含的酶資源展開(kāi)深層次的研究，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的蛋白酶酶學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、產(chǎn)量高、成本低廉，特別是某些昆蟲(chóng)腸道菌群所產(chǎn)生的蛋白酶。云南松毛蟲(chóng)雖作為我國(guó)的一種歷史性害蟲(chóng)，其腸道中或蘊(yùn)含著豐富的蛋白酶資源。例如，孫佑赫等人[3]曾采用酪蛋白平板法從松毛蟲(chóng)腸道中分離獲得16株產(chǎn)蛋白酶的菌株。通過(guò)比較透明圈大小和測(cè)定酶活力，篩選出了一株高產(chǎn)蛋白酶的菌株2N01，經(jīng)進(jìn)一步比對(duì)分析將這株菌為霍氏腸桿菌。同時(shí)該菌株的產(chǎn)酶的最適培養(yǎng)溫度、pH分別為40℃和8.0，且培養(yǎng)72h后達(dá)到最大酶活力，為50.07U/mL。雖然，目前尚未有有研究直接報(bào)道云南松毛蟲(chóng)腸道產(chǎn)蛋白酶的腸道微生物菌群，但已在其松毛蟲(chóng)屬昆蟲(chóng)腸道中挖掘得到蛋白酶資源。因此，或許云南松毛蟲(chóng)腸道中也存在類似于霍氏腸桿菌等腸道產(chǎn)高活性蛋白酶細(xì)菌，其具有極為重要的產(chǎn)蛋白酶來(lái)源研究?jī)r(jià)值。

2.2 云南松毛蟲(chóng)腸道產(chǎn)纖維素酶菌群資源

纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的可再生資源，是植物光合作用產(chǎn)生的初級(jí)代謝產(chǎn)物?？蓮V泛應(yīng)用于食品、紡織品、清潔劑和紙張制造等多個(gè)行業(yè)。同時(shí)由于云南松毛幼蟲(chóng)主要是以蠶食云南松、柳杉等樹(shù)木的針葉、嫩枝來(lái)影響重要林木的生長(zhǎng)，其腸道中擁有豐富的產(chǎn)纖維素酶微生物資源。相比云南松毛蟲(chóng)腸道產(chǎn)蛋白酶微生物資源的研究較為匱乏而言，云南松毛蟲(chóng)腸道內(nèi)產(chǎn)纖維素酶菌群研究較為成熟。孫天佑等人[4]就云南松毛蟲(chóng)腸道內(nèi)產(chǎn)纖維素酶細(xì)菌進(jìn)行研究，篩選獲得了28株產(chǎn)纖維素酶細(xì)菌。這些產(chǎn)纖維素酶菌株分別屬于約克氏菌屬細(xì)菌、腸桿菌屬、克雷伯氏桿菌屬和芽孢桿菌屬。同時(shí)篩選獲得一株高活性的產(chǎn)蠟狀芽孢桿菌，經(jīng)進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)其最適溫度為35℃，最適pH值為7.0，在連續(xù)發(fā)酵70h左右時(shí)纖維素酶活達(dá)到最高為19.24U/mL。與此同時(shí)，江宇航等人也從云南松毛蟲(chóng)腸道中發(fā)現(xiàn)兩株產(chǎn)纖維素酶真菌，他們利用采剛果紅染色法篩選出的2株降解纖維素真菌，產(chǎn)生的纖維素酶在pH5.0～9.0時(shí)均有較高活性，且酶活性在pH=7.0時(shí)顯著高于其他酸堿度條件。因此，不難發(fā)現(xiàn)云南松毛蟲(chóng)腸道內(nèi)菌群具有豐富的降解纖維素酶資源，為工業(yè)生產(chǎn)提供了一種新的產(chǎn)纖維素酶后備開(kāi)發(fā)資源。

2.3 云南松毛蟲(chóng)腸道產(chǎn)脂肪酶菌群資源

肪肪酶是一種能催化天然油脂水解的天然活性酶類物質(zhì)。廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、洗滌劑和皮革中。脂肪酶可在油水界面上催化甘油三酯降解為甘油和游離脂肪酸，同時(shí)還能夠催化脂化作用、酸解等一系列反應(yīng)。隨著脂肪酶的應(yīng)用領(lǐng)域日漸拓寬、市場(chǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大，顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。由于松毛蟲(chóng)長(zhǎng)期采食多種松類樹(shù)木的針葉，對(duì)于松油脂有著特殊的消化系統(tǒng)。因此，云南松毛蟲(chóng)腸道內(nèi)可能存在著特殊的產(chǎn)脂肪酶微生物菌群。安曼云等人[5]就曾對(duì)云南松毛蟲(chóng)腸道細(xì)菌產(chǎn)脂肪酶進(jìn)行過(guò)初步研究，它們利用常規(guī)細(xì)菌培養(yǎng)和酶學(xué)方法，研究云南松毛蟲(chóng)腸道內(nèi)產(chǎn)脂肪酶的細(xì)菌及產(chǎn)酶特性，為云南松毛蟲(chóng)腸道菌群資源開(kāi)發(fā)產(chǎn)脂肪酶提供了理論依據(jù)。研究結(jié)果表明，云南松毛蟲(chóng)幼蟲(chóng)腸道有193株產(chǎn)脂肪酶的菌株，涉及到了3個(gè)菌屬，分別為假單胞菌屬、克雷伯氏菌屬和芽孢桿菌屬，同時(shí)發(fā)現(xiàn)菌株P(guān)-50為一株高活性的產(chǎn)脂肪酶菌株，其最適作用溫度、pH分別為35℃和8.0，為一類中溫產(chǎn)堿性脂肪酶菌。因此，云南松毛蟲(chóng)腸道內(nèi)的微生物也具有豐富的產(chǎn)脂肪酶資源。目前，雖已有學(xué)者挖掘獲得了產(chǎn)脂肪酶等腸道微生物菌株，但其尚未開(kāi)展對(duì)厭氧或除pH溫度等因素以外的酶學(xué)特性展開(kāi)更為深入地研究。因此，云南松毛蟲(chóng)腸道微生物菌群資源中仍可能蘊(yùn)含著一些尚未發(fā)掘的產(chǎn)脂肪酶微生物菌群資源，有待人類進(jìn)一步發(fā)掘。

3 云南松毛蟲(chóng)的生物防治策略

云南松毛蟲(chóng)作為我國(guó)的一種具有極其危害樹(shù)木生長(zhǎng)的重大害蟲(chóng)，其不僅影響云南松，而且還對(duì)其他類型的馬尾松、黑松、楊樹(shù)等樹(shù)種也有極大地危害。初齡期的云南松毛蟲(chóng)主要以幼蟲(chóng)的方式生存，隨著日齡見(jiàn)長(zhǎng)，逐漸危害樹(shù)木生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致樹(shù)木枯死。不僅如此，云南松毛蟲(chóng)如不進(jìn)行有效防治，會(huì)致使生活在林區(qū)的人群由云南松毛蟲(chóng)引起的相關(guān)癥狀疾病，這些疾病常見(jiàn)的臨床表現(xiàn)為，手足奇癢，嚴(yán)重者可引起出現(xiàn)四肢腫痛等現(xiàn)象的出現(xiàn)，對(duì)人體健康影響極大。因此，如何有效防止云南松毛蟲(chóng)成災(zāi)成害已成為許物昆蟲(chóng)學(xué)家的研究熱點(diǎn)[6]。目前，主要采用防治策略為人工防治、物理機(jī)械防治、化學(xué)防治、生物防治等，但生物防治措施相比其他防治措施而言，具有高效低毒、綠色安全、不殺傷天敵等諸多優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在，采用的生物防治措施主要是利用白僵菌、蘇金桿菌、信息素引導(dǎo)、招引益鳥(niǎo)、中藥材提取物苦參堿等多種方法對(duì)云南松毛蟲(chóng)進(jìn)行防治。有研究表明，白僵菌、蘇云金桿菌配制成不同濃度的懸浮液，飼喂感染3齡云南松毛蟲(chóng)幼蟲(chóng)，可在2～3d內(nèi)便可有效殺滅云南松毛蟲(chóng)幼蟲(chóng)[7]。同時(shí)，有學(xué)者提出結(jié)合云南松毛蟲(chóng)腸道有益腸道菌群，例如芽孢桿菌屬、假單胞菌屬、和克雷伯氏菌屬等多腸道有益菌群可作為生物防的新治思路。

4 結(jié)語(yǔ)

云南松毛蟲(chóng)雖作為我國(guó)的一大森林害蟲(chóng)，但從營(yíng)養(yǎng)學(xué)和資源學(xué)的角度來(lái)看，它具有極大的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。同時(shí)，云南松毛蟲(chóng)腸道菌群資源豐富，具有多種產(chǎn)水解酶（纖維素酶、蛋白酶、脂肪酶等）的菌群資源。這些資源應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，將為飼料生產(chǎn)、食品加工、化學(xué)能源等提供有價(jià)值的微生物菌種資源。同時(shí)，腸道有益菌群有望為成云南松毛蟲(chóng)新的防治作用靶標(biāo)，進(jìn)一步推動(dòng)有效防治云南松毛蟲(chóng)的防治策略蓬勃發(fā)展。

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