苏云金芽孢杆菌与现代生物农药

《现代农业科技》2008年第 20期 新型微生物农药作为无公害农林生产，在未来的农 作物病虫害防治方面将有巨大的市场需求。进一步加快微生 物农药的研制、产业化和推广应用进程，降低农药在农副产 品中的残留和对农田生态环境的污染，实现农作物重大病虫 害的可持续控制，必将产生巨大的社会、经济和生态效益。 1 苏云金芽孢杆菌（Bt）的发现及杀虫机理 1.1 苏云金芽孢杆菌（Bt）的发现 1901 年日本学者石度繁从患猝倒病的家蚕幼虫中分离 到第 1 个产生晶体的芽孢杆菌。10 年后 Berliner 从德国苏 云金地方一家面粉厂染病的地中海粉螟中分离到一个相似 的菌株，并正式定名为苏云金芽孢杆菌（Bt）。4 年后，一个叫 克林诺的科学家发现，在这种细菌的细胞中可以形成方形或 菱形的晶体 ，可惜这个发现并未被重视 。直到 40 年后的 1953 年，一位叫汉纳的生物学家证明了这种晶体是有毒的 蛋白质晶体，才揭示了粉螟死亡的原因。在 1920～1930 年间， Bt 作为微生物杀虫剂主要用来防治玉米螟。1938 年第 1 个 商品制剂 Sporeine在法国问世，从此拉开了生物杀虫剂的序 幕。以后相继发现了对鞘翅目、螨类、同翅目、膜翅目、直翅 目昆虫、动植物寄生线虫、鞭毛虫、变形虫、吸虫、绦虫有毒 杀作用的 Bt 菌株。 进一步的研究发现，Bt 是革兰氏阳性菌，另外，它可寄 生在一些蛾类和蝶类的幼虫上，甚至是植物表面。 苏云金芽孢杆菌分泌出的由 Cry 基因编码的、有杀虫活 性的 δ-毒素（或被称为杀虫晶体蛋白）的蛋白结晶构成了 内孢子。Cry 蛋白对鳞翅目（如蛾与蝶）、双翅目（如苍蝇、蚊 子）和鞘翅目（甲虫）有很大杀伤力。因此，可将苏云金芽孢 杆菌发酵生产制成高效生物杀虫剂，或用 Cry 基因制成防虫 害的转基因产品。 1.2 苏云金芽孢杆菌（Bt）的杀虫机理 苏云金芽孢杆菌（Bt）之所以能够杀虫，是由于它们的 细胞内存在着一种有毒的蛋白质，叫做伴孢晶体，昆虫吞食 后就会中毒而死。而这种活细胞及伴孢晶体对环境无毒无 害。因为在动物的胃肠道内，酸性环境下蛋白质晶体不能溶 解，从而对人畜无害。所以它是一种高效安全的生物杀虫剂， 可用来杀灭多种农作物害虫。苏云金芽孢杆菌（Bt）杀虫机 理主要是：昆虫取食苏云金芽孢杆菌后，杆菌在其胃肠道内 产生蛋白质晶体内毒素（δ-内毒素）、热稳定毒素（β-外毒 素）、叶蜂毒素（α-外毒素）及 Bt-γ 外毒素。这些毒素能侵 蚀昆虫肠道细胞，破坏肠道内膜，并进入血淋巴组织，使害 虫因饥饿而出现败血症最后死亡。苏云金芽孢杆菌的防治 对象是鳞翅目、膜翅目、双翅目、鞘翅目等多种害虫，其药性 的持效期可达 7～10d 左右。需要特别注意的是：苏云金芽孢 杆菌（Bt）及其制剂对蚕具有很高的毒性，桑园必须禁用。另 外，勿与碱性杀菌剂混合施用，晴天的傍晚或阴天施药效果 最佳。 2 苏云金芽孢杆菌（Bt）的研究现状 2.1 苏云金芽孢杆菌（Bt）的研究主要集中在分子水平上 过去 Bt 是作为一种制剂应用于农林害虫的防治，随着 生物技术的发展，现在已对苏云金芽孢杆菌的杀虫蛋白质和 相关基因作了深入而透彻的研究，也就是说在基因的水平上 对它有了更多的了解。研究发现，在其体内具有一种 Cry 基 因，正是这种基因编码产生的蛋白质对上述昆虫具有极大的 毒性，所以这种基因的结构和特性就影响到它本身，也影响 到它的杀虫范围。当然某一基因的长期应用会刺激昆虫产生 抗体。因此，现在对苏云金芽孢杆菌的研究更多地集中在分 子水平上。 2.2 国内主要研究成果 中国现在在苏云金芽孢杆菌杀虫剂的商品化生产和防 治农林害虫的系统工作方面，取得的主要成果有：研制和生 产质优价廉的 Bt 悬浮剂和高效价的粉剂，实现了中国 Bt 杀虫剂的商品化生产；建立了以生物测定为基础的产品毒力 效价测定的质量化技术化系统；研究了助剂及贮存条 件对 Bt 的影响，为助剂的筛选和有效存贮提供了可靠的依 据；大规模推广应用 Bt 杀虫剂以防治棉、粮、果疏及林业害 虫，并取得了良好的效果。该研究中研制和生产的适合中国 的优质廉价的 Bt 悬浮剂，已在农林害虫防治中得到广泛应 用；Bt 粉剂的毒力效价和防虫效果，已达到国际同类产品先 进水平；以棉铃虫和小菜蛾为标准昆虫，建立了中国 Bt 产 品质量标准化测定技术系统，为国产 Bt 杀虫剂的行业标准 的建立奠定了良好基础，为与 Bt 杀虫剂国际质量标准接轨 提供了保障。 3 研究中存在的问及解决的思路 3.1 主要问题 苏菌基因的表达会发生变化。例如，如果温度不理想， （下转第 142页） 苏云金芽孢杆菌与现代生物农药 曹正明 （黄冈职业技术学院生物系，湖北黄冈 438002） 摘要 总结了苏云金杆菌的发现及杀虫机理，对苏云金杆菌的研究现状、研究中存在的问题及解决的思路进行了阐述，并对苏云金杆 菌的应用前景进行了展望。 关键词 苏云金芽孢杆菌；研究现状；存在问题；解决思路；前景 中图分类号 S476+.1 文献标识码 B 文章编号 1007-5739（2008）20-0140-01 收稿日期 2008-09-18 植物保护 140 《现代农业科技》2008年第 20期 （上接第 140页） 就可能降低毒素的产生，使植物易受侵蚀。更加严重的是， 试验证明毒素减少的晚季植物会形成启动子的 DNA 甲基 化。另外，毒素的持续使用会使普通害虫演化为抗性虫。试验 发现，小菜蛾对苏菌毒素的喷雾形式就已产生抗性。 苏菌毒素的运用还有一些可能的危险，如：如果转基因 玉米与变异野草杂交，苏菌基因的抗性就有可能因食物链来 到食草动物群落中，蜂群衰竭失调（CCD），也可能跟苏菌转 基因作物有关。 3.2 解决的思路 （1）有抗植株与无抗植株间种。减少害虫抗药性的一个 有效方法就是将有抗植株与无抗植株间种，目的是减少抗性 基因频率，牺牲少量无抗植株保证产量。美国和欧洲的某些 区域已经立法要求使用上述方法种植。这种方法的理论依据 是假设抗性基因是隐性的。依目前来看，这种方法应该可以 延迟害虫对苏菌的抗性；另一方面，假如产生了多种苏菌毒 素的农作物可以完全灭绝害虫，抗性基因的存在也就不可能 了。不过，至今为止，害虫灭绝的情况还未出现。 （2）通过接合构建新菌株。苏云金芽孢杆菌菌株的特定 质粒可以自行转移，这些质粒可以通过接合来构建新菌株。 例如，科罗拉多马铃薯甲虫（鞘翅目）是北美最具破坏性的 马铃薯害虫，欧洲玉米螟和土豆块茎蠕虫，对马铃薯也有很 大的破坏作用。从自然界中分离的苏云金芽孢杆菌菌株，没 有一个菌株对所有这些昆虫都具毒性。然而，通过质粒转移 杂交，现在已经构建出对 3 种害虫都有效的新菌株，田间试 验表明，该菌株作为广谱的马铃薯杀虫剂很有前途。 4 苏云金芽孢杆菌（Bt）的应用前景 微生物农药是 21 世纪农药工业的新产业，代表着植物 保护的方向，其最大的优势在于能克服化学农药对生态环 境的污染，并减少农药在农副产品中的残留量。同时，在推 广微生物农药应用过程中，农副产品的品质和价格将大幅 度上升，有力地促进农村经济增长和农民增收，社会效益不 可估量。 我国是一个农业大国 ，农业的发展事关重大 。为了更 好地落实科学发展观，建立环保型、节约型农业，微生物农 药将为农产品优质安全生产和降低有毒物质残留提供技 术和物质保证。微生物农药研究与发展，将有效地实现农 产品的优质安全生产，提升农产品的经济附加值 ，扩大我 国农副产品外销市场，推进绿色产业的发展 。所有这些均 对发展农村经济、增加农民收入、促进农村繁荣具有重要 的推进作用。 5 参考文献 [1] 喻子牛.苏云金芽孢杆菌[M].北京：科学出版社，1990. [2] 蔡鸿娇，侯有明，尤民生.应用 Bt 控制鞘翅目害虫的研究现状[J].武夷 科学，2002（1）：259-265. [3] 吴继星.苏云金芽孢杆菌的抗药性研究[J].微生物学杂志，1992（1）： 60-61. [4] 谢道昕，范运六.苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因导入棉花获得转 基因棉株[J].中国科学（B 辑），1991（4）：367-363. [5] 袁志明，蔡全信，Andrup L，等.苏云金芽胞杆菌肠毒素基因的 PCR 检测[J].微生物学报，2001，41（2）：14. [6] 金莉莉，王秋雨.ERIC-PCR技术鉴定单核细胞增生性李斯特氏菌[J]. 中国公共卫生，2003，19（7）：879. [7] 金莉莉，王秋雨，侯萧.ERIC-PCR 技术在李斯特氏菌种、菌株鉴定 中的应用[J].遗传，2003，25（2）：195-197. 篓或塑料袋上山捕捉。 2.5 笋尖套袋 根据一字竹象甲多在笋尖取食的习性，用做香菇用的 旧塑料薄膜筒袋，在竹笋长到 1.5m 左右高度时，套在笋尖 上，保护笋梢部位不被一字竹象甲为害。该法操作简单、成 本低、效果好。 3 防治取得的效果 （1）8 个竹子虫害治理乡镇毛竹林面积从 2003 年前的 2.09 万公顷 ，增加到 2007 年的 2.92 万公顷 ，增长率为 39.7%；平均立竹量从 2001 年前 1 170 株/hm2，增加到 2007 年的 21 00 株/hm2，增长率为 79.5%；平均胸径从 2001 年前 的 26.5cm，增加到 2007年的 30cm，增长率为 12.5%。 （2）经调查统计，2001~2007年，通过对以一字竹象甲为主 害虫的综合技术防治，共为 8 个重点竹子害虫治理乡镇的 竹农直接挽回经济损失净值达 1.039 9亿元；竹农户的竹林平 均经济产值从 2001 年前的 6 888 元/hm2，增加到 2007 年的 9 750元/hm2，增长率为 41.6%；竹笋加工企业从 2003 年的 70 家增加到 2007年的 100家，增长率为 42.9%；竹产业产值从 2003 年的 4亿元，增加到 2007年的 5.5亿元，增长率为 37.5%。 （3）生态效益明显 。通过对一字竹象甲为主害虫的治 理，使竹林的涵养水源、保持水土、调节气候、美化环境等功 能进一步增强，大大改善了竹林的生态环境和林相，为龙泉 市发展竹产业，实现以“以林富农”作出了应有的贡献。 （4）通过对以一字竹象甲为主害虫的治理，使竹林受一 字竹象甲发生为害的面积大大下降 。据调查统计 ，2001~ 2003 年，8 个治理乡镇一字竹象甲年均为害面积为 4 093.9 hm2，到 2004~2007 年，年均为害面积下降到 2 310.2hm2，下 降率达 56.4%。 （5）通过对 8 个毛竹重点产材乡镇以一字竹象甲为主 害虫的综合技术防治，生态环境大大得到改善，从而促进了 旅游业的发展，不少私营业主选择在竹林生态景观和环境优 美，且有旅游业发展前景的地点开发了不少休闲山庄和农家 乐，吸引了许多国内外游客到龙泉旅游观光，为龙泉市的旅 游业发展作出了贡献。 4 总结 （1）对毛竹主要害虫一字竹象甲发生为害时采用多种综 合技术进行防治，效果及经济效益都是十分明显的。 （2）从保护生态环境的角度考虑，今后更要注重大力推 广以生物防治、物理防治、笋尖套袋等为主的综合防治技术， 尽量做到少用或不用化学药剂防治。 （3）采用营林技术措施防治一字竹象甲所产生的效果效 益，在调查方法上，还有待进一步改进。 5 参考文献 [1] 徐天森.林木病虫[M].北京：中国林业出版社，1987. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 植物保护 142