2.3昆虫病原细菌

内毒素
又称δ—内毒素、晶体毒素、伴孢晶体、苏云金杆菌蛋白 （Bt toic protein）或杀虫晶体蛋白（Insecticidal Crystal proteins 即ICPs）。这是在芽孢形成的同时，在其营养菌体的另一端合成 一种或几种杀虫晶体蛋白（ICPs）组成的伴孢晶体。伴孢晶体的 形态有菱形、球形、立方形、不规则形和镶嵌形等多种形态，以 菱形较为常见。不同亚种的菌株，晶体形态不尽相同，菱形晶体 的大小为1－2×0.5um。电子显微镜观察菱形晶体是一个八面包 封的双锥体，表面有粗糙的平衡的条纹，条纹间的距离为26nm， 亚单位呈杆状或哑铃状，大小为5.0×15.5nm，具有含硅的骨架。 不溶于水及丙酮、三氯甲烷、乙醚、苯等有机溶剂，对酸稳定， 但能溶于碱性溶液，家蚕的碱性胃液可将之溶解。三氯醋酸、氯 化汞等常用蛋白质沉淀剂，可使晶体和溶解了的晶体蛋白质失活。 晶体毒素在广泛的pH值范围内稳定，卒倒亚种晶体毒素在pH11 －12氢氧化钠→pH4－4.5醋酸缓冲液中稳定，在pH3.3以下失去 活性，对热有一定的稳定性，在6.5℃可保持1hr，80℃处理20min 也不致破坏。伴孢晶体由18种氨基酸组成。
据报道，可把晶体蛋白分: 对鳞翅目有活性的CryⅠ类 对鳞翅目和双翅目有活性的CryⅡ类 对鞘翅目有活性的CryⅢ类 对双翅目有活性的CryⅣ类 对鳞翅目和鞘翅目有活性的CryⅤ类 对双翅目昆虫有毒性且对无脊椎动物和脊椎动物具 有明显溶细胞作用的Cyt类等六大类若干亚类， 其编码基因也相应分为6类若干单元。
（三）芽孢 是菌体的休眠阶段，呈圆筒形或卵圆 形，大小为1.5×1.0μm。有折光性，不易 着色，能抵抗不良环境，在干燥、高温或 低温冷冻条件下，能保持相当长时间的活 力，遇到适宜条件时即会发芽成为营养菌 体。
（四）毒素 苏云金杆菌在其生长发育过程中能产 生多种对昆虫有致病力的毒素，一类为内 毒素，另一类为外毒素。
1911年昆虫病理学家Berliner在德国苏云金Thutingn 的一个面粉厂的地中海粉斑螟Anagasta ruchniela患病 幼虫中又分离到这种产伴孢晶体的芽孢杆菌，1915年 定名为苏云金芽孢杆菌，一般称苏云金杆菌。他指明 苏云金杆菌含有伴胞晶体(Parasporal Crystal)，但未曾 说明苏云金杆菌的孢晶体有杀虫作用。Berliner所定名 的苏云金杆菌按现在的分类系统，应该是苏云金杆菌 苏云金变种(B. thuringiensis Var. thuringiensis)，属血清 型１。
能产生伴孢晶体并对某些昆虫有毒是苏云金杆菌 区别于蜡质杆菌的主要特征。
• 苏云金杆菌的生理生化反应是:引起牛乳 凝固，在葡萄糖、果糖、甘油、可溶性 淀粉麦芽糖、海藻二糖中产酸，不产生 吲哚，对甲基红正反应，乙酰甲基甲醇 (V-P反应)正反应(多数变种)，还原硝酸 盐为亚硝酸盐，不还原硫酸盐为硫化物， 磷酸脂酶产生无红色颗粒出现。
2、形态和生物学特性
三个发育阶段 1．营养体呈杆状，两端钝圆，较为粗壮， 与蜡质杆菌近似 ，营养体在芽孢出现前 先停止繁殖，细胞质浓缩，出现液泡和 微粒，并逐渐形成芽孢和伴孢晶体。此 时繁殖快、代谢旺盛，适于用作接种材 料。
2．芽孢囊 当菌体成长老熟时，其一端斜生一个椭圆 形的芽孢，另一端同时出现菱形(或其他形 状)的晶体即伴孢晶体,此时为芽孢囊阶段。 3．芽孢和伴孢晶体的释放 芽孢囊到一定时间后破裂，释放出游离的 芽孢和伴孢晶体。
一、昆虫病原细菌的主要类群
• 一、专性病原细菌
金龟子乳状病病原细菌
• 二、兼性芽孢细菌
苏云金杆菌 、蜡质杆菌
• 三、潜能无芽孢病原细菌
包括假单孢菌科曲铜绿极毛杆菌、萤光极毛杆菌和肠杆菌科的 气杆菌、变形杆菌等
• 四、兼性无芽孢病原细菌
粘质赛氏杆菌
微生物杀虫病原细菌应该具备基本的属性：
•(1)毒力高菌剂毒力足以压倒害虫的抗病力，能够稳定可 靠地使害虫发病致死。 •(2)稳定性菌剂不致因受自然环境影响(如日光、干燥等)、 人工处理、悬浮剂、载体、贮藏、不同施药方式等而减 低杀虫效力． •(3)残效期长，并有在害虫种群中自然传播的能力。 •(4)作用迅速。 •(5)有选择性即对防治对象剧毒，而对植物、益虫以及哺 乳动物等无毒。 •(6)可以大规模生产，经济安全
病原的几种形态
（一）营养菌体
杆状，端部圆形。大小为2.2~4.0×1.0~1.3μm。周生鞭 毛，鞭毛有特异抗原性，可作为血清型分类的依据。以二裂 法繁殖，往往多个菌体连成链状。革兰氏呈阳性反应。在平 面培养基上形成圆形菌落，边缘整齐，乳白色，有光泽。生 长最适温度为28—32℃，高限40—45℃，低限10—15℃，适 宜于中性ph范围。能利用葡萄糖、海藻糖等作碳源，并能产 生酸；能使牛乳凝固及明胶分解；具γ—外毒素使卵黄琼脂 培养基液化。根据其生理生化反应可作为分类和识别亚种的 依据。
（5）水溶性毒素 用一定剂量处理家蚕，在3hr内家蚕中毒，停止 进食，对外界刺激无反应，表现麻痹虚弱，其症状 与食下δ—内毒素中毒相似，但血清学研究证明它 与δ—内毒素没有关系。 （6）鼠因子外毒素 不耐热，具有蛋白质性质，对小鼠和几种鳞翅 目昆虫有较强的毒性，致死剂量的毒素可以使小鼠 延缓生长或延长发育期。
昆虫病原细菌
一、昆虫病原细菌的主要类群
二、苏云金杆菌
三、细菌性中毒病发病规律 四、细菌性中毒病的诊断
昆虫受细菌感染而引起的疾病称之为细菌 病，细菌病的共同特征是当昆虫被细菌感染以 后，都不再活动，食欲减退，以后口腔与肛门 有排泄物排出等现象。大多数的病原菌侵入昆 虫体腔后，常常引起感染而引起败血症。死后 的虫体颜色加深，迅速变为褐色或黑色，虫体 大都软化腐烂，失去原形，内部组织亦可能因 溃烂而呈粘着性，一般还带有臭味。昆虫的细 菌病通称为软化病。软化病都具有传染性，在 任何地区、任何时期都易发生流行。
不同亚种的伴孢晶体，对家蚕的毒性不同，如 苏云金杆菌亚种中，卒倒亚种和杀虫亚种的伴孢晶 体，经口添食五龄家蚕的ED50分别为每克体重26， 0.02。
外毒素
外毒素是菌体在其生长过程中分泌于细胞外的 代谢产物，已发现的主要有以下几种： （1）α-外毒素 是一种可溶性酶类，即磷脂酶C。这种毒素能 够影响到许多细胞，首先影响到磷脂膜，造成细胞 的破裂或坏死，使昆虫肠道中的细菌易于进入体腔， 从而破坏了宿主昆虫的正常防御机制。磷脂酶作用 的最适pH是6.6～7.4，与叶蜂消化道内的pH基本一 致，因而对叶蜂有明显的致病作用。提纯后接种于 家蚕不会引起中毒。
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苏云金芽孢杆菌
1、发现史
本病病原细菌属真细菌目，芽孢杆菌科，芽 孢杆菌属。学名苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis subsp.sotto Ishiwatas）。 苏云金杆菌的发现有上百年的历史，最初 日本人石渡（Ishiwata）在1901年从病蚕尸体中 分离出一株所谓卒倒细菌（sotto bacteria）。按 现在的分类系统，石渡当时所分离出来的菌株， 应该是苏云金杆菌猝倒变种（B. thuringiensis Var.sotto)，属血清型4a,4b。
二、苏云金杆菌
苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis简称 B.t）是具有伴孢晶体和外毒素的细菌，能 杀死许多种鳞翅目、膜翅目、双翅目和鞘翅 目的昆虫，如危害松树的松毛虫，危害国槐、 杨、柳、桦、云杉、松树和多种灌木的槐尺 蠖、春尺蠖、云杉尺蠖、柳毒蛾、杨小舟蛾、 黑点叶蜂、松叶蜂、天幕毛虫等。
病变及致病过程
δ-内毒素作为伴孢晶体亚单位存在时是无毒的， 经溶解或蛋白酶水解时才变成有毒的多肽。伴孢晶 体被桑蚕食下后，在中肠被强碱性的胃液溶解，释 放出13000～145000Da的晶体蛋白，再被蛋白酶水 解而激活，被激活的毒素分子量为50000-70000Da。 蛋白酶水解激活的过程包括去掉原毒素的C-末端部 分。用3H-亮氨酸标记的δ-内毒素添食于桑蚕，仅 5min即可在血液中检测到放射性的毒素碎片，说明 伴孢晶体在蚕消化道中溶解、分解和吸收都是十分 迅速的。
从1920年到1950年这一段时期内，有许多人曾 用苏云金杆菌进行防治害虫的田间试验。到了50年 代才发现苏云金杆菌杀虫的活性。 1956年Angus证实杀虫活性物质位于伴孢晶体之 中。他将伴孢晶体与孢子分开之后，单独伴孢晶体 仍然存在杀虫活性。经过多次反复研究，有关科学 家都认识苏云金杆菌的杀虫谱主要是鳞翅目昆虫幼 虫，部分菌株对双翅目或鞘翅目昆虫幼虫有毒性， 还有一些菌株或亚种的毒力还未得到证明。但鳞翅 目昆虫中对此病原体也并非具有同样的敏感性，宿 主昆虫不同，苏云金杆菌变种品系不同，试验条件 不同等因素，所得的结果不一。
病症
本病是桑蚕食下苏云金杆菌及其变种所产生的毒素而引起 的，以大蚕期发病较多。因蚕儿食下晶体毒素量的多少，而分 为急性中毒和慢性中毒两种。 急性中毒：蚕食下大量毒素后，经数十分钟乃至数小时内 中毒死亡。往往前期症状不易被察觉而表现为突然停止食桑， 前半身抬起（抬胸），胸部略膨胀（胸肿），呈苦闷状，有痉 挛性颤动并伴有吐液，全身麻痹，腹脚失去抓着力而侧倒卒毙， 卒倒病即由此而来。初死时体色尚无变化，手触尸体有硬块， 后部空虚，有轻度尸僵现象，头部缩入呈勾嘴状，多数第1－2 腹节略伸长。从症状出现到死亡时间，亦以食下毒素多少为转 移，快者30分钟，慢者3-4小时，死后一天左右，从第1、2腹节 开始变黑腐烂，很快扩展人躯，终于腐败液化。
慢性中毒：蚕食下亚致死剂量毒素时，呈慢性中毒。初期 表现为食欲减退，从少食桑叶到食桑停止，体躯生长极度迟缓， 体色较暗，头胸稍肿，并有缩皱，渐而全身萎缩。小肠以下空 虚，排不正形粪，有时排出红褐色污液。濒死时，体色暗黄， 间有吐液，肌肉松弛，麻痹，背管搏动缓慢，匍伏于桑叶面上， 手触蚕体柔软，倒卧而死。本病蚕的尸体初呈现水渍状病斑， 渐次变褐而腐烂，流出黑褐色污液。如果蚕食下临界亚致死剂 量毒素时，也会表现中毒症状：突然停止食桑，有轻微的痉挛 性颤动，上半身空虚，行动呆滞，但经过一段时间病理反应后， 可恢复食桑，体色也会渐次恢复正常，但此后体躯瘦长，发育 明显比正常蚕慢，入眠及上簇均比正常蚕推迟1—3天，但最终 蚕体发育和茧质与正常蚕无大差异
• 1957年，美国商品制剂Thuricide出现， 苏云金杆菌的使用范围和面积得到很快 的扩大
•在世界各地及我国许多地方陆续分离到苏云 金杆菌的新亚种，目前已知的有45个血清型约 60个亚种。由于苏云金杆菌及其亚种作为细菌 农药而被重视和广泛研究。 •卒倒杆菌有营养菌体、孢子囊及芽孢等几种 形态，能产生α、β、γ—外毒素及δ—内毒素等 多种毒素。
（二）孢子囊 营养菌体生长到一定时间后，受营养或环境因素的影响， 能形成孢子囊。此时，发生许多细胞学和生物化学的变化，菌 体先合成孢外酶（即γ—外毒素），分泌于菌体外，可能有助于 菌体分解和吸收某些形成孢子囊所必须的物质。其后，在孢子 囊的一端形成芽孢。同时，在另一端形成蛋白结晶，叫伴孢晶 体（即δ—内毒素）。不久，孢子囊溶解而将它们释放出来。和 伴孢晶体形成期细菌形态所发生的变化可划分为如下几个阶段： 首先是两个染色质凝集和形成相当宽的轴丝，位于细胞中央 （Ⅰ），接着染色轴丝分离，其中之一移至细胞的一端，在中 体的参与下发生细胞膜陷入，完成前芽孢隔膜（Ⅱ）。前芽孢 隔膜延伸将芽孢包围，芽孢从母细胞质中游离出来（Ⅲ）。其 后，在芽孢周围形成皮层、孢子壳及外膜，芽孢成熟（Ⅳ— Ⅵ）。 在第Ⅲ期的初期，于细胞的另一端开始形成蛋白结晶，即 伴孢晶体，并逐渐增大，在前芽孢游离时期接近成熟。伴孢晶 体和芽孢成熟后，孢子囊溶解而将它们释放出来。
（2）β-外毒素 亦称苏云金素，又称热稳定外毒素，经120℃处理 10min仍不会破坏。对直翅目、等翅目、鳞翅目、半翅目、 膜翅目和双翅目等6种昆虫、数种螨类和绒虫具有毒杀作 用。 （3）γ-外毒素 是一种未经鉴定的酶类，能使卵黄琼脂澄清，其毒力 尚未证实，但对蚕无毒。 （4）不稳定外毒素 对叶蜂科幼虫有毒性。毒性物质很不稳定，对空气、 阳光、氧（较高的）、温度（60℃以上经10～15min）敏 感而易遭到破坏，所以叫不稳定外毒素。毒素含有17种氨 基酸；由一或数个低分子量肽链所组成。