蘇云金桿菌殺蟲劑的簡介及研究應用情況

魏云階

摘 要：微生物防治是目前指防治或者減少害蟲的最有效手段之一，其中，蘇云金桿菌由于其自身沒有毒害作用、不污染環境等特點，在生物防治中占有重要地位，目前在整個生物殺蟲劑中占95%，備受世界各國科學家的關注。本文介紹了蘇云金桿菌的特點，并對其在生物防治中的應用情況進行論述。

關鍵詞：蘇云金桿菌；微生物防治；生態環境

蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis）是一種微生物殺蟲劑，對人、畜及害蟲天敵極少或完全沒有毒害作用，不污染環境，保持生態平衡，在農業、林業、衛生害蟲的生物防治中占有重要地位。

1 蘇云金芽孢桿菌簡介

蘇云金芽孢桿菌是一種革蘭氏陽性、桿狀、能形成內生芽孢的土壤細菌，其營養體細胞具有周生鞭毛或無鞭毛。鞭毛是細菌的一種運動器官，因此，具有鞭毛的菌株能運動，而不具鞭毛的菌株不能運動養體在形成芽孢的同時，在細胞的另一端形成不同形態、具蛋白性質的伴孢晶體，它可以是一個、兩個或多個。蘇云金芽孢桿菌分類上屬于原核生物界，細菌綱，芽孢桿菌科（Bacillaceae），芽孢桿菌屬（Bacillus）的一種，在《伯杰氏細菌鑒定手冊》第九版中被列為第二類第十八群。

1901年，日本細菌學家石渡從患病的家蠶幼蟲上得到了一種桿狀芽孢菌，并在1905年發表的另一報告中稱之為“碎倒芽孢桿菌”。但直到1911年Berliner從德國蘇云金地區谷倉中患病的地中海粉螟幼蟲體內分離到另一株類似的細菌之后，1915年才正式將此昆蟲病原細菌命名為蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis， Bt）.1938年，第一個蘇云金芽孢桿菌商品制劑Sporeine在法國問世，并在地中海粉螟的防治中得到了應用（戴蓮韻等，1997）。蘇云金芽孢桿菌廣泛分布于世界各地，從熱帶雨林到北極凍土帶，從土壤、昆蟲尸體、植物體表面、貯藏物或倉庫灰塵、污水等基質上均可分離到該菌，而土壤為微生物的大本營，是其分布最為豐富的生境。據估計，目前世界上約有60，000余個蘇云金芽孢桿菌分離物（Glare， 2000）。近來，人們在世界各地系統進行蘇云金芽孢桿菌資源調查的同時，也嘗試從極端生態環境（如海洋、極地等）中分離該菌。而且，人們曾在很少會有昆蟲存在的地方分離出蘇云金芽孢桿菌，因此推測該菌的祖先是一種與昆蟲無關的土壤習居菌，而其殺蟲性可能是在進化過程中為了攝取更豐富的營養而獲得的。

蘇云金芽孢桿菌主要根據鞭毛抗原的血清型和生理生化特性的不同來進行亞種的劃分。近來，人們嘗試將多種化學分類和分子生物學手段用于其菌株間的分型，如16S rDNA序列、RAPD、多位點酶電泳（MME）、隨機引物PCR （AP-PCR）的DNA指紋圖譜、脈沖場凝膠電泳等。自1962年開始用鞭毛抗原的血清學反應將蘇云金芽孢桿菌劃分為6個血清型以來，目前已增加到70個血清型，83個血清亞種，其中11個血清型亞種來自中國。不過隨著研究的不斷深入，已發現蘇云金芽孢桿菌菌株的血清型與殺蟲特異性〔基因型）的關系不相一致，不同血清型的菌株可能顯示相同的特異性，而同一血清型的菌株又可能具有不同的特異性。所以，通過血清型預測殺蟲活力并不可靠，因為它并不反映菌株所含的ICP基因型。

2 蘇云金桿菌的殺蟲機理

害蟲在攝食Bt殺蟲劑的殺蟲晶體蛋白后， ICPs在中腸堿性條件下二硫鍵打開，在腸道胰蛋白酶的作用下激活形成抗蛋白酶的毒性核心片斷，才有活性。Bt活性蛋白與中腸上皮細胞結合后，有毒性的α2螺旋穿透細胞膜形成一個離子通道（孔） ，依pH的不同，這些孔具有選擇性（僅K+可通過）和非選擇性（Na+和陰離子可通過） ，由于堿性和蛋白酶的作用，因而這些孔很有可能有K+滲漏，這種陰離子通道破壞了膜電勢，細胞膨脹并裂解，導致中腸壞死，圍食膜和上皮退化變性，腸壁受損后，中腸的堿性高滲內含物進入血腔，血淋巴pH值升高而導致昆蟲麻痹死亡。害蟲死后由毒素導致了細菌敗血病[16]。

3 蘇云金桿菌在國外的研究應用情況

最早商業化生產的Bt殺蟲劑是1938年法國以半固體發酵法生產的產品，商品名稱為Sporeine。美國最早的Bt殺蟲劑商業化生產的產品是1958年由實驗室生產的可濕性粉劑。1960年，美國共有五家公司生產Bt殺蟲劑，在整個60年代期間，兩項重大的進展極大地推動了蘇云金桿菌殺蟲劑的商業化進程，第一個進展是1969年Dulmage分離出HD-1菌株，其殺蟲能力對不同的害蟲為傳統的20-212倍。此后的幾年間，所有的美國廠家轉向生產HD-1菌株制劑，成為農業及林業防治的主要產品。第二個進展是對蘇云金桿菌殺蟲劑商品建立了國際性的毒力標準，原先的產品是以芽孢數為標準的，但芽孢數并不能完全代表毒性，提出了用生物測定的方法來標定產品的毒力標準。

4 蘇云金桿菌在國內的研究應用情況

我國對蘇云金桿菌的起步研究要比最早研究的國家晚半個世紀，1955年曹驥先生等用從法國引進的商品制劑中分離的菌株，在實驗室制備菌劑，用于防治玉米螟。1959年劉篙樂先生從當時的捷克斯洛伐克引進蘇云金桿菌亞種，并用實驗室制備的培養物防治楊天社蛾、菜粉蝶、松毛蟲，均取得了顯著的效果，還對防治粘蟲的增效途徑和血細胞的病態變化進行了研究。同年，張履鴻先生從前蘇聯引進了蘇云金亞種、蠟螟亞種和松蜀亞種，進行防治一些鱗翅目害蟲的室內實驗。1961年彭中允先生從前蘇聯帶回了“蟲菌三號”菌粉，并從中分離了菌種，進行了一系列室內外研究。林業部和有關部門還用我國自行研制的菌劑在湖北生紅安縣首次用飛機防治松毛蟲，取得了良好的效果，從而肯定了蘇云金桿菌防治農林害蟲的作用。在此基礎上，湖北省農科所與武漢抗菌素廠，中國科學院動物所與長沙微生物所先后合作，分別對蠟螟亞種和蘇云金亞種的液體深層發酵生產工藝進行了研究，試生產產品應用效果的肯定，引起了國家有關部門的重視。1964年國家科委下達任務，興建了專門的生產蘇云金桿菌制劑工廠一武漢染料廠青蟲菌車間。到1965年底，武漢生產的注冊商標“三五牌”和長沙生產的“424”蘇云金桿菌商品在我國問世。中國林科院也進行了液體深層發酵的研究。全國產量一度達到1500噸粉劑，但由于大多數廠家技術不過關，產品效價差，質量不可靠。導致蘇云金桿菌殺蟲劑一度走向低谷。

80年代以來，我國的蘇云金桿菌殺蟲劑開始進入一個穩定的發展階段，武漢是我國主要的蘇云金桿菌殺蟲劑生產基地，湖北農科院率先研制和生產Bt液劑，粉劑和原粉，切實解決了生產過程中噬菌體污染問題和產品質量標準化問題，大幅度提高了發酵效價和降低生產成本，其Bt殺蟲劑產量由1983年的26噸發展到1984年的60噸、1990年的900噸、1996年的5600噸，產品應用已逐步遍及全國二十幾個省市，并有部分產品出口到美國、歐洲及東南亞各國。目前登記的可濕性粉劑有23個廠家，懸浮劑由24個廠家，所用的菌種大多數屬于庫斯塔克亞種。這些產品廣泛用于防治農、林、果、蔬、煙、茶等害蟲。據統計1992年的應用面積己達4000-5000萬畝。

參考文獻

1.蒙顯英，黎起秦，馮家勛等.芽孢桿菌產生的抗菌物質的研究進展.中國植保導刊，2004年第12期13～15.

2.陳建武，余健秀，胡曉暉，等.蘇云金桿菌營養期殺蟲蛋白的研究[J].中國生物工程雜志，2002，22（3）：33-36.