大蠟螟及蘇云金芽孢桿菌防治研究概述

韓博 張麗 代平禮

（中國農(nóng)業(yè)科學院蜜蜂研究所，北京 100093）

1 前言

大蠟螟（Galleria mellonella）俗稱巢蟲，是養(yǎng)蜂業(yè)中普遍存在的一種蜂群害蟲。大蠟螟作為危害養(yǎng)蜂業(yè)的農(nóng)業(yè)害蟲，早期的研究主要集中在對其生物學特性和防治方面，但隨著研究的不斷深入發(fā)展，發(fā)現(xiàn)其具有體內(nèi)富含蛋白質(zhì)、生命周期短、易于飼養(yǎng)且成本低廉等優(yōu)點，近年來被廣泛用作為線蟲學、真菌學、病毒學、細菌學、農(nóng)藥學、醫(yī)學、分子生物學、免疫學以及昆蟲病原體毒理學等研究的模式昆蟲，比作為蜜蜂害蟲受到了更多的關注[1,2]。然而，隨著蜜蜂養(yǎng)殖規(guī)模的逐年不斷擴大，大蠟螟造成的經(jīng)濟損失也愈發(fā)嚴重[3]。目前，養(yǎng)蜂生產(chǎn)中主要采取物理、化學和加強蜂群飼養(yǎng)管理等方法來防治大蠟螟[4]。但是，由于物理和化學防治方法具有成本、效果、安全以及殘留等一系列的問題，而且還只能應用于無活蜂階段，以致防治效果并不理想，尤其是化學防治方法在許多養(yǎng)蜂國家遭到了強烈的反對[3]。與物理和化學防治方法相比，利用蘇云金芽胞桿菌（Bacillus thuringiensis,Bt）的生物手段可實現(xiàn)大蠟螟的高效、安全及綠色防控，也是一種最具應用前景的生物防治方法。因此，本文分別簡單介紹大蠟螟與蘇云金芽胞桿菌、全面闡述大蠟螟的危害狀況、對現(xiàn)有的大蠟螟防治方法進行綜合分析討論后重點概述了蘇云金芽胞桿菌防治大蠟螟的研究進展和應用前景，希望能為廣大蜂農(nóng)和蜜蜂研究人員了解大蠟螟及其防治現(xiàn)狀提供內(nèi)容參考。

2 大蠟螟

2.1 大蠟螟簡介

大蠟螟（Galleri mellonella）屬于鱗翅目（Lepidoptera）、螟蛾科（Pyralidae）、蠟螟屬（Galleri），最初在東方蜜蜂（Apis ceranaFabricius）蜂群中被發(fā)現(xiàn)報道，其幼蟲喜食蜜蜂巢房，是養(yǎng)蜂業(yè)中普遍存在的一種害蟲，主要危害中華蜜蜂蜂群（Apis cerana ceranaFabricius）以及蜂場儲藏的蜜蜂巢脾[3,4]。近年來蜜蜂種群間的國際貿(mào)易交流不斷增加，經(jīng)過長期廣泛的傳播，到2016年大蠟螟已被證實在北美洲、澳洲、歐洲、亞洲和非洲等地區(qū)的60 多個國家的蜂群中都有發(fā)現(xiàn)，可見大蠟螟已經(jīng)成為全球各地養(yǎng)蜂業(yè)中無處不在的害蟲，并且給蜜蜂養(yǎng)殖造成了嚴重的經(jīng)濟損失[3]。

2.2 大蠟螟的生物學特性

大蠟螟世代重疊，一般一年可發(fā)生2～5 代，屬于完全變態(tài)昆蟲，整個發(fā)育周期會經(jīng)歷卵、幼蟲、蛹和成蟲四個階段[5]。幼蟲共7 或8 個齡期，每個齡期一般為4～7d，高齡成熟幼蟲體長12～28mm，重量可達240mg，在整個發(fā)育過程中會經(jīng)歷7 次蛻皮，最后會聚集潛入蜂箱底部或縫隙中結(jié)繭化蛹，再羽化為成蟲[5]。大蠟螟成蟲口器退化，具有趨光性，羽化后1～3h 交尾，交尾后4～5h 雌蛾開始產(chǎn)卵，平均產(chǎn)卵量約為700粒，最高可達2000 多粒[4]。在自然條件下大蠟螟發(fā)育歷期受季節(jié)變化的影響而產(chǎn)生顯著差異[6]，而且溫度、濕度、飼料和光照等不同飼養(yǎng)環(huán)境會影響大蠟螟幼蟲的發(fā)育，一般卵期8～23d，幼蟲期23～300d，蛹期6～55d，雌性成蟲壽命約為12d，雄性成蟲壽命約為21d[4]。

2.3 大蠟螟的侵襲行為

大蠟螟對蜜蜂的危害主要是其幼蟲會取食蜜蜂巢房或蜂場儲存的巢脾及蜜粉脾等[4]。交尾成功的雌蛾會在夜間蜂群守衛(wèi)警惕降低時經(jīng)巢門潛入蜂箱內(nèi)，在蜂箱底部內(nèi)外縫隙或隔板縫隙處產(chǎn)卵[7]。初孵幼蟲會在蜂箱內(nèi)底部取食蠟屑，1～2齡幼蟲體型小、靈活敏捷，不易被工蜂驅(qū)趕，主要借助巢框耳上脾，占上脾幼蟲總數(shù)的4/5 以上，喜歡吸食蜜蜂幼蟲及預蛹的體液[8,9]。3 齡及以上齡期的幼蟲上脾減少，喜歡取食帶有少量花粉和蜂蜜的老舊巢脾[10]。當大蠟螟幼蟲發(fā)育到5～6齡后，食量急劇增加，加劇了對巢脾的取食破環(huán)，此時蜜蜂將無法清理巢脾中的大蠟螟幼蟲，整個蜂群即會棄巢飛逃，大蠟螟幼蟲最后會將整張巢脾取食殆盡，留下一堆糞便[5]。高齡幼蟲會蛀入損壞木制蜂箱的箱體、箱蓋、覆蓋、隔板以及巢框等[4]。除取食危害外，大蠟螟幼蟲在成功侵襲蜜蜂巢脾后會鉆蛀到巢房底部取食，在巢脾基部形成隧道并在巢房上方吐絲結(jié)網(wǎng)，將正在發(fā)育的蜜蜂幼蟲困在巢房內(nèi)，導致未封蓋幼蟲不能正常封蓋化蛹或從已被損壞的巢房內(nèi)掉落出來，從而造成白頭蛹癥狀，嚴重時一整張子脾上全是未封蓋的幼蟲[4]。

2.4 大蠟螟的危害

外界溫度變化是限制大蠟螟幼蟲生存與發(fā)育的主要因素，在高緯度地區(qū)的蜂群中通常沒有或很少受到大蠟螟的侵襲。而在熱帶和亞熱帶地區(qū)，大蠟螟危害嚴重，被認為是導致野生蜜蜂數(shù)量下降以及種群衰退的因素之一[3]。從現(xiàn)有數(shù)據(jù)來看，1973年和1976年，美國南部由于大蠟螟侵襲蜂群而造成的損失分別約為300 萬美元和400 萬美元，約占其養(yǎng)蜂業(yè)各自年度利潤的3.9%和5.1%[11]。在具有熱帶氣候的佛羅里達州和德克薩斯州，1997年記錄的由大蠟螟侵襲所造成的損失分別為每個蜂群5 美元和1.5 美元[11]。今后，有必要在區(qū)域和全球?qū)用嬖u估大蠟螟對養(yǎng)蜂業(yè)造成的經(jīng)濟損失[3]。

大蠟螟在養(yǎng)蜂業(yè)中主要危害的是中華蜜蜂蜂群，相比于西方蜜蜂（Apis mellifera），中華蜜蜂群勢小、清巢能力弱，無法完全驅(qū)趕已上脾的大蠟螟幼蟲，從而致使中華蜜蜂極易被大蠟螟侵襲[12]。中華蜜蜂作為中國本土的蜜蜂品種[13,14]，大約有400 多萬群，約占飼養(yǎng)蜜蜂總數(shù)的1/3 以上且還在逐年增加[15,16]。大蠟螟作為中華蜜蜂主要的蟲害之一，在大多數(shù)中蜂養(yǎng)殖地區(qū)均有發(fā)生，尤其在廣東、廣西和云南等低緯度亞熱帶地區(qū)危害極為嚴重，蜂群全年都會受到大蠟螟的侵襲，而且在8月下旬至9月期間，因蜂群缺粉、斷子，外界氣溫高，白天大量工蜂離脾，護脾蜂少，大蠟螟幼蟲上脾多，蛀入率高，危害最為嚴重，導致大量蜜蜂幼蟲被損傷，白頭蛹率極高，棄巢飛逃蜂群多[8]。此外，大蠟螟也是傳播蜜蜂病原體的潛在載體，有研究在大蠟螟的幼蟲體內(nèi)檢測到蜜蜂的以色列急性麻痹病毒（Israeli acute paralysis virus,IAPV）和黑蜂王臺病毒（Black queen cell virus,BQCV）[17]。

2.5 大蠟螟的防治技術(shù)

目前，養(yǎng)蜂生產(chǎn)中對大蠟螟的主要防控手段包括加強蜂群飼養(yǎng)管理、化學防治、物理防治和生物防治等[18]（表1）。在其防治過程中應始終堅持既要有效防控，又要保證對養(yǎng)蜂人、蜜蜂和環(huán)境安全的指導思想。

表1 大蠟螟防治方法

優(yōu)良的蜂群飼養(yǎng)管理技術(shù)可有效預防大蠟螟的危害，通?？刹扇【S持強群飼養(yǎng)，給蜂群提供充足的食物，及時清理蜂箱底部的蠟屑，為蜜蜂產(chǎn)品提供合適的貯藏空間，減少化學農(nóng)藥的使用和封堵蜂箱的裂縫等手段[4]。

根據(jù)大蠟螟的危害習性，在養(yǎng)蜂生產(chǎn)中可采取高溫（45℃到80℃）或低溫（-7℃到-20℃）的方式對已被大蠟螟幼蟲侵襲的巢脾進行處理1～5h，可殺死各個發(fā)育階段的大蠟螟，達到很好的防治效果[18-20]。但是，采用高溫或低溫處理的物理手段僅適用無活蜂階段，并且可能會損壞巢脾，影響蜂產(chǎn)品質(zhì)量，設備成本昂貴，只適用于大型養(yǎng)蜂場[18]。除溫度處理外，徐祖蔭等人在第一代巢蟲阻隔器的基礎上研發(fā)了改良式巢蟲阻隔器，安裝在蜂箱的前、后壁，可切斷初孵幼蟲上脾的途徑。Milcheva 在2005年用 γ 射線對大蠟螟蛹和成蟲進行處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對γ 射線敏感性大小為雌性成蟲 ＞ 雄性成蟲 ＞ 蛹，而且經(jīng)γ 射線處理后的雌性成蟲所產(chǎn)出的卵不能正常孵化[21]。

除物理手段外，采用一些化學試劑如硫磺，乙酸，甲酸，二溴乙烷，氰化鈣，溴甲烷，磷化氫，對二氯苯（PDCB），二氧化碳，環(huán)氧乙烷等對被大蠟螟侵襲的巢脾進行密閉熏蒸處理，能殺各個階段的幼蟲，具有很好的防治效果，該方法常常被用于儲存巢脾[18,19]。雖然化學熏蒸劑可有效防治大蠟螟，但會對養(yǎng)蜂人的生命健康安全構(gòu)成風險，且試劑殘留會污染蜂產(chǎn)品，只適用于無活蜂階段[3]。

由于采用物理和化學手段防治大蠟螟具有成本、施用方式、防治效果、安全性和藥物殘留等一系列問題，在多數(shù)養(yǎng)蜂國家均遭到強烈的反對，甚至在一些國家被明文禁止使用[3]。相比于物理和化學方法，生物手段防控大蠟螟是一種更安全和有效的方法[22]。雖然目前仍缺乏持續(xù)有效的大蠟螟生物防治劑，但是許多研究人員已探索報道了各種生物制劑或生物制品來防治大蠟螟，主要包括蘇云金芽胞桿菌（Bacillus thuringiensis,Bt）、繭蜂、赤眼蜂、紅火蟻、線蟲、化學信息素、植物精油、雄性絕育技術(shù)等[3]。活蜂階段控制大蠟螟一直是一個難題，但隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，利用Bt 在活蜂階段防治大蠟螟具有很好的應用前景，而且已有研究報道在室內(nèi)或蜂群條件下利用Bt 防治大蠟螟的效果和可行性[4]。

3 蘇云金芽胞桿菌

3.1 蘇云金芽胞桿菌簡介

蘇云金芽胞桿菌于1901年被首次發(fā)現(xiàn)，是日本學者Shigetane Ishiwata 從患“猝倒病”死亡的家蠶體內(nèi)分離獲得的一種棒狀細菌，依據(jù)病癥命名為猝倒桿菌Bacillus sotto[23]。1915年德國微生物學家Ernst Berline從來自德國蘇云金省 （Thiiringen）的患病地中海粉螟體內(nèi)分離出一致的細菌，才被正式命名為蘇云金芽胞桿菌（Bacillus thuringiensis,Bt）[24]。Bt 是一種普遍存在于死亡昆蟲、土壤、水體和植被等多種基質(zhì)中的革蘭氏陽性昆蟲病原菌[25-28]。Bt 在生長穩(wěn)定后期會產(chǎn)生具有多種形態(tài)的殺蟲蛋白晶體（insecticidal crystal protein,ICP）或δ-內(nèi)毒素（δ-endotoxin），包括Cry 和Cyt 蛋白[28]，其是Bt 的主要殺蟲活性來源。當Bt 殺蟲晶體蛋白進入靶標害蟲體內(nèi)后，會在中腸堿性環(huán)境中被溶解，然后被一系列已激活的中腸蛋白酶水解成大約60 kDa 的活性片段，活化后的片段與特定的受體結(jié)合，從而引起中腸上皮細胞的穿孔和蟲體死亡[29]。

Bt 對鱗翅目（Lepidoptera）、雙翅目（Diptera）、鞘翅目（Coleoptera）等600 多種昆蟲具有殺蟲活性，其應用主要集中在Bt 殺蟲劑以及Bt 轉(zhuǎn)基因作物兩個方面[30,31]。自1938年第一個Bt 制劑問世以來，到現(xiàn)如今，以Bt 為主要活性成分的生物殺蟲劑已成為世界上產(chǎn)量最大、應用最廣的微生物殺蟲劑（microbial control agents,MCAs）[32,33]。與廣譜化學農(nóng)藥不同，Bt具有特異殺蟲活性，對人畜安全，對環(huán)境以及非靶標昆蟲友好等優(yōu)點，自發(fā)現(xiàn)以來就被廣泛用于農(nóng)林害蟲及蚊蟲的防治[34]。

3.2 利用蘇云金芽胞桿菌防治大蠟螟

采用生物手段防控大蠟螟是一種更安全和有效的方法，其中蘇云金芽胞桿菌是最可行的生物防治手段。Bt 殺蟲蛋白對蜜蜂是安全的，許多研究在室內(nèi)或田間環(huán)境下評估Bt 殺蟲晶體蛋白毒素或一些Bt 制劑對蜜蜂幼蟲或成蟲的影響，并沒有發(fā)現(xiàn)任何顯著的不良影響[35]。

利用Bt 防控大蠟螟的研究最早可以追溯到20世紀60年代[18]。1968年，研究者利用一種商品化的Bt制劑混入冷卻的蜂蠟中壓制成巢礎，用于意大利蜜蜂（Apis mellifera）蜂群中去防治大蠟螟，結(jié)果發(fā)現(xiàn)混有這種商品化Bt 制劑的巢脾在蜂群中連續(xù)使用兩個季節(jié)后仍對大蠟螟具有抗性且不會對蜜蜂造成傷害[36]。此外，研究人員在蜂群環(huán)境下，測試了施用一種Bt 商品化制劑Certan 于巢脾上對大蠟螟的防治效果[37]。2003年Hanley 等用含有Cry1Ab 或Cry1F 蛋白毒素的轉(zhuǎn)基因Bt 玉米花粉喂養(yǎng)大蠟螟幼蟲。研究結(jié)果表明，用含Cry1F 蛋白毒素的玉米花粉喂養(yǎng)的幼蟲死亡率顯著高于用含Cry1Ab 蛋白毒素的玉米花粉或非轉(zhuǎn)基因玉米花粉喂養(yǎng)的幼蟲死亡率（P＜ 0.05），而且每次重復試驗中用含Cry1F 蛋白毒素花粉喂養(yǎng)的幼蟲死亡率均高達100%[38]。2004年Naglaa 等驗證了蘇云金芽胞桿菌防治大蠟螟的有效性和可行性，分別以20、40、60、80g/kg 濃度的蘇云金芽胞桿菌商品制劑Dipel-2X 飼喂大蠟螟幼蟲，獲得47.84g/kg 的致死劑量。然后，用含量為95.68 g/kg 的Dipel-2X 制劑溶液對巢脾和巢礎進行噴霧處理可殺死各個齡期的大蠟螟幼蟲[39]。2016年Gorashi 等用分離得到39 株菌株（其中通過生化鑒定得到29 株Bt 菌株）感染2～3 齡的大蠟螟幼蟲，發(fā)現(xiàn)49%的菌株對大蠟螟幼蟲沒有毒殺活性，Wh-5,Kh-3,St-23 菌株對大蠟螟的致死效果最好，均超過75%，也評估Bt 菌株對大蠟螟食物消耗的影響，發(fā)現(xiàn)Po-2 可顯著降低大蠟螟的食物消耗[40]。此外，還有學者研究大蠟螟的免疫機制對Bt 抗性的影響[41]。

利用Bt 防治大蠟螟的相關研究眾多，并導致了較高的幼蟲死亡率。但是目前還沒有針對大蠟螟防治的Bt 制劑和成熟的施用技術(shù)[3]。

4 結(jié)語

近年來，國家高度重視中華蜜蜂資源的保護與利用，其養(yǎng)殖數(shù)量正逐年不斷攀升，多地均出臺相關的產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃與政策。為了保證中華蜜蜂產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，有效防控危害中華蜜蜂的主要害蟲大蠟螟尤為重要。大蠟螟高效綠色防控技術(shù)的研發(fā)與應用迫在眉睫，蘇云金芽胞桿菌已被證實可用于防治大蠟螟，也是實現(xiàn)大蠟螟綠色且高效防控的最優(yōu)選手段。因此，未來有必要開展對大蠟螟具有高效殺蟲活性的Bt 資源挖掘與產(chǎn)品開發(fā)的研究，以獲得對大蠟螟高效、安全且綠色的Bt 防控產(chǎn)品，建立大蠟螟的Bt 生物防治技術(shù)。