苏云金芽孢杆菌生物杀虫剂概述

苏云金芽孢杆菌生物杀虫剂概述

[摘要]苏云金杆菌是一种在自然界中广泛分布的好气芽孢杆菌，它能产生特异性的杀虫结晶蛋白, 对鳞翅目、双翅目、鞘翅目、膜翅目、螨类和线虫等许多有害的昆虫有毒杀作用。

[关键词]苏云金芽孢杆菌历史杀虫机理

苏云金杆菌(Bacillus.thuringiensis.简称Bt)从自然界分离出来的昆虫病原细菌，革兰氏染色阳性，在芽孢形成期间能产生伴胞晶体。它是一类发展时间最早的生物杀虫剂，在害虫的综合防治中已经成为一种占主导地位的生物农药。自商品化以来，Bt 产品就以其高效安全、对目标害虫的特异性、生物降解无残毒等优点而倍受亲睐，并逐渐成为研究最深入、应用最广泛的生物杀虫剂。然而Bt 目前仍然不能完全替代化学农药，因为它在具有绿色、环保等优势的同时也具有一些重大缺陷，主要是产品的稳定性较差、残效期短、杀虫速度慢等，另外货架寿命短也是限制其发展的重要因素。为此人们不断地对它进行改造。

一、苏云金芽孢杆菌的研究历史

1901年，日本学者石渡繁胤(S.Ishiwata)从虫尸体液中分离出一所谓的猝倒细菌(Sott bacteria)。按现在的分类系统，该菌就是现在苏云金杆菌猝倒变种(Bacillus.thuringiensis var.sott)。石渡繁胤的发现，成为苏云金杆菌研究的起点[6]。

1911年，Berliner分离出一种杆菌，他详细描述了该菌的形态和培养特征，并定名为苏云金杆菌(Bacillus.thuringiensis)。他指明苏云金杆菌含伴孢晶体(Paraspora crystl)，但不曾说明伴孢晶体有杀虫的作用。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(Bacillus thuringiensis var. thuringiensis)。

1938年，第一个苏云金杆菌商品制剂Sporeine，在法国问世，并用于防治地中海粉螟。

1953年，Hannay第一次发现苏云金杆菌的杀虫活性与伴孢晶体有关。随后，Hannay 和Fitz-James于1955年证实，伴孢晶体是一种蛋白质。

到50年代末，相继发现了苏云金杆菌产生的其它几种毒素。Heimpel于1967年将它们划分为四类，即α-外毒素、€%[-外毒素(苏云金素) 、β-外毒素、δ-内毒

素(伴孢晶体蛋白消化激活后产生的毒性肽)。

1981年，Schnept和Whiteley首次将HD21菌株伴孢晶体的基因克隆到大肠杆菌中，并得到表达。

1987年，美国Monsanto公司用自己构建的Sev载体系统转移Kurstaki的内毒素基因，获得抗鳞翅目害虫的蕃茄转化株。

我国研究和应用苏云金杆菌起步晚，50年代末才从国外引种苏云金杆菌，60年代投入工业化生产。但发展相当快，据统计，在70年代，我国的苏云金制剂年产量就达1000吨以上，部分产品出口到泰国、新加坡及我国的台湾、香港等地。

总之，苏云金杆菌的研究进入80年代以后，研究的范围越来越广，包括内毒素毒性蛋白成分，作用机理、苏云金杆菌遗传与育种技术、基因工程、杀虫谱、抗性等的研究。特别是1992 年联合国在巴西召开的“世界环境和发展大会”，既促进了全球生物防治的发展，同时又推进了Bt 制剂产业化的进程。

二、苏云金芽孢杆菌的生态学分布

苏云金芽孢杆菌在许多生态环境(如土壤、昆虫尸体、贮藏物、植被以及污水、尘埃等基质) 下均有广泛的分布。Meadow分析了Bt在环境中三种流行的地位：作为昆虫病原细菌，作为土壤微生物，作为phylloplant的居住者。虽然Bt 菌株的分离从虫尸或仓储粉尘中较土壤中更加容易，但土壤作为微生物的大本营，是苏云金芽孢杆菌分布最为丰富的生境。因此土壤环境往往被选择作为研究不同苏云金芽孢杆菌资源的材料，许多对特定目标昆虫有毒的亚种(或菌株)也从土壤分离到，如鲇泽亚种(subsp.aizawai)。苏云金芽孢杆菌的亚种与血清型在土壤中的分布表现出一定的地域特色，且分布数量与土壤类型、pH值、土壤腐殖质、植被及其它微生物种群与数量等有关。李荣森等1989 年报道了从云南、贵州、四川和陕西等省采集土样的分离体中出现频率最高的是H3和H5，其次是H4、H7和H13。

三、形态学特征及杀虫机理

苏云金杆菌形成芽孢的过程中，在菌体内的一端或两端形成一个或多个形状一致或不同的伴孢晶体，主要成分是具有杀虫活性的蛋白质，故又称为杀虫晶

体蛋白或€%]-内毒素。Bt的杀虫活性完全或主要来自伴胞晶体。

一般认为杀虫晶体蛋白的杀虫作用过程要经过溶解、酶解活化、与受体结合、插入以及孔洞或离子通道的形成等五个环节。当被敏感昆虫吞噬后，在昆虫中肠碱性环境条件下溶解释放出原毒素，原毒素又在中场蛋白酶的作用下被激活为毒素，然后与中肠上皮细胞刷状缘膜的受体结合，迅速不可逆地插入到细胞膜中，形成孔洞或离子通道，引起离子渗透，导致细胞膨胀解体。扰乱中肠内正常的跨膜电势及酸碱平衡，导致上皮细胞退化，内脏机能麻痹，进食停止，最终害虫因饥饿和(或) 败血而死。有些B t 变种的毒蛋白还能碱解出B2外毒素，在昆虫体内抑制RNA 的合成，使细胞分裂受阻而导致死亡。

四、存在的问题

B t 生物杀虫剂在国内生产应用主要存在四个问题:

一、是药效慢，通常施用一天后才显效果，2 - 3 天害虫死亡，而化学农药30m in 就显效;

二、是成本高，国产B t 制剂毒效太低，用量是常规化学农药的3—5 倍;

三、是倒罐率高，生产时控制不严格，易感染杂菌，其中由溶原性噬菌体引起的发酵倒罐率轻者为15% ～30% ，重者达50% ～80% ，甚至导致工厂的破产，故溶原性噬菌体已成为Bt发酵工业的最大危害;

四、是规格混乱，因执行企业标准，产品规格无统一要求，都由企业自定。

参考文献:

[1]王忠华,舒庆尧,崔海瑞,夏英武.Bt杀虫基因Bt转基因抗虫植物研究进展.植物学通报,1999,16(1):51~58

[2]喻子牛.苏云金芽胞杆菌制剂的生产和应用[M].北京:农业出版社,1993

[3]钟万芳,方继朝,郭慧芳.广谱高效Bt菌株的筛选及其杀虫蛋白基因的克隆.华南农业大学学报,2005,26(4):40~42

[4] Entwistle, P.F., Corey, J.S., Bayley, M.T.Bacillus thuringiensis, an