苏云金芽孢杆菌

本文对农业上研究最多、用量最大的两类微生物杀虫剂苏云金芽孢杆菌

（Bacillus thuringiensis, Bt）和昆虫杆状病毒（baculovirus）进行了综述，分别论述了它们的杀虫优势、杀虫的分子机理、目前的研究状况，并对它们的基因工程技术改良路线以及在农业上的应用，提出了一些建议。

由病虫害引起的农作物的减产减收已成为制约农业生产进一步发展的限制因素，全球每年农作物因虫害造成的损失约占总产量的13％，而目前对农作物害虫的防治主要依赖于化学农药。完全依赖化学杀虫剂存在许多弊端，其中最主要的问题是，一种化学物质的广泛使用会使害虫的后代产生选择性进化优势，从而对该化学物质产生抗性。例如，世界各地的家蝇品系对杀灭它们的每种杀虫剂都产生了抗性。第二个问题是，有的杀虫剂影响非靶目标品种，产生灾难性后果，某些益虫被无意中消灭，导致其次要害虫急剧增长。第三问题是在于环境的耐受性和许多杀虫剂的毒性，不仅造成了严重的环境污染，而且给人类的健康带来巨大的威胁。上述不利因素促使人们急欲寻求控制害虫的替代方案。

在对农业害虫进行的长期防治实践中，人们逐渐认识到必须采取综合治理的措施，才能有效的控制害虫的危害。基因工程技术的发展，为防治农林害虫提供了一种有效、减污的新技术手段，微生物农药也因此在世界范围内受到广泛重视。微生物农药是指非化学合成、具有杀虫防病作用的微生物制剂，如微生物杀虫剂、杀菌剂、农用抗生素，等等。这一类微生物包括杀虫防病的细菌、真菌和病毒。

杀虫微生物是指其代谢产物或微生物本身对宿主昆虫有致死效应或致病的微生物类群，通常也称为昆虫病原微生物。目前已知的杀虫防病微生物主要有芽孢杆菌科、假单胞菌科、肠杆菌科、链球菌科和杆状病毒科等类群。尽管不同杀虫微生物引起昆虫致病的症状不尽相同，但杀虫微生物对害虫的作用方式主要是通过产生特异性的杀虫毒素来破坏害虫的代谢平衡，或者是通过营养体在虫体内的繁殖复制而引起昆虫死亡和发生流行病。

除了这一独特的杀虫机制外，微生物杀虫剂还具有以下一些特点：对人畜安全无毒，不污染环境；杀虫作用具有一定特异性和选择性，不会使天敌和非目标昆虫致死；易于和其他生物学手段结合进行害虫综合治理，维持生态平衡；由于杀虫活性蛋白的多样性，昆虫产生抗性较缓慢或不易产生抗性；可以通过发酵法生产，具有较低的生产成本；可以通过基因工程技术途径筛选或构建优良性能的菌株来满足生产与应用所需等。所以微生物杀虫剂自问世以来发展很快，据报道，全世界已商品化的微生物农药约30种，微生物杀虫剂占其中的90％。

苏云金芽孢杆菌

杀虫微生物中研究最多，用量最大的是苏云金芽孢杆菌。苏云金芽孢杆菌从上世纪20年代起就用于害虫的防治，它的生物学特性决定了它的微生物杀虫剂功能。

苏云金芽孢杆菌菌株在生长代谢过程中会形成芽胞，在芽胞形成过程中产生一个芽胞及一个或多个较大的蛋白质性质的晶体内含体。这种蛋白质性质的晶体被敏感昆虫摄食后会导致昆虫死亡，蛋白质晶体含有不具活性的原毒素分子——δ－内毒素，当昆虫幼虫吞食了这种内毒素，晶体就会被幼虫的碱性肠液溶解，随后被肠道蛋白酶降解，形成有活性的蛋白质毒素，最终导致昆虫死亡。苏云金芽孢杆菌菌株在营养体生长旺盛期，某些菌株还会产生一些其它的外毒素，如α－外毒素、β－外毒素、γ－外毒素，等等。除上述毒素外，近年来从

该菌株或代谢产物中分离纯化了多种辅助蛋白，如P19、P20、P21蛋白以及多种营养期杀虫蛋白。

同时，苏云金芽孢杆菌制剂具有一些独特的优良特征。包括经几年储存仍保持稳定、晶体可耐受太阳光的紫外线照射。最重要的特征是，在全球近30年的使用过程中，苏云金芽孢杆菌制剂被证实是安全的。目前，苏云金芽孢杆菌制剂广泛用于粮食、经济作物与蔬菜、林业以及一些卫生害虫的防治。它的另一突出优点是选择性强，对人畜、天敌、植物都非常安全。但也有些不足，如杀虫作用不持久，田间防治效果仅能维持3、4天；杀虫谱偏窄，仅对部分鳞翅目害虫有效；常年使用害虫可能产生抗药性。

随着对其作用的分子机理的大量研究以及近年来基因工程技术的发展，通过遗传学方法对苏云金芽孢杆菌进行改良，获得了有价值的苏云金芽孢杆菌新菌株。

选择性质粒改造

许多苏云金芽孢杆菌菌株的菌体内含复合质粒，大多数这样的质粒可以携带一个或多个cry基因（苏云金芽孢杆菌的主要杀虫晶体蛋白基因），任何cry基因的表达水平都受其它cry基因表达的影响。有时，一个cry基因编码对特定靶害虫具有高活力的原毒素，而另一个cry基因编码对该害虫具有低活力的原毒素，在这种情况下，可以通过除去编码低活力原毒素蛋白基因来实现。

以苏云金芽孢杆菌库斯塔克亚种菌株HD-1为例，该菌株含有一个携带编码对鳞翅目专一的135kDa晶体蛋白基因的67kb质粒，以及携带一个编码其他晶体蛋白基因的174kb质粒。小心的进行热激诱导或反复接种培养，会导致质粒在细胞分裂期间发生分离，产生缺失部分或全部质粒的变异种。失去174kb质粒的HD-1突变株，会高表达保留下来的67kb质粒编码的135kDa晶体蛋白原毒素。

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，现在已经构建出对三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。

cry基因向其它生物体转移

利用基因工程技术，任何生物体都可以获得并表达cry基因以及进行相关的修饰。目前，cry基因已经被转移到不同的细菌和植物中并高效表达，另外，将cry基因转移到在水生环境中茂盛生长的蓝细菌中，可以使蚊子聚集的环境保持高水平的毒素。这种类型的基因转移对作物保护和致病昆虫的抑制提供了新思路。对苏云金芽孢杆菌进行遗传改良，达到扩大杀虫谱和提高杀虫毒力的目的，并在此基础上分别构建了对棉铃虫、小菜蛾、甜菜夜蛾、斜纹夜蛾等害虫高效的工程菌，已进入田间试验阶段。另外还有一些芽孢杆菌也可以用作农业杀虫剂，如球形芽孢杆菌、金龟子芽孢杆菌，等等。