蘇蕓金芽孢桿菌簡介及前景展望

許青青 范玉鵬 張穎 張照坤

摘要：目前世界上研究和利用的較多的一類微生物農(nóng)藥是細菌殺蟲劑。根據(jù)細菌對昆蟲的致病性共分為4類：含晶孢子形成桿菌、專性病原菌、兼性病原菌和潛在病原菌。其中應(yīng)用最最典型的、研究歷史有90年之久的例子是芽孢桿菌屬（Bacillus）。其中以蘇蕓金芽孢桿菌、日本甲蟲芽孢桿菌、球形芽孢桿菌、緩病芽孢桿菌（ B.lentimorbus）等研究得最多。

關(guān)鍵詞：蘇蕓金芽孢桿菌 ?機制 ?釋放方式 ?問題和展望

蘇蕓金芽孢桿菌（B.thuringiensis Berliner）是以德國的蘇蕓金（Thruingen）地方名命名的。1909年德國蘇蕓金的一個面粉廠，發(fā)現(xiàn)一批染病的地中海粉螟幼蟲，由柏林納首先分離出這種細菌，1915年命名為蘇蕓金芽孢桿菌。（其制劑簡稱Bt制劑）是目前商業(yè)開發(fā)最為成功的微生物殺蟲劑。主要用于防治棉、菜、果等150多種鱗翅目及其他多種害蟲，藥效比化學農(nóng)藥高55%。據(jù)統(tǒng)計，1997 年世界Bt的銷售額已達9.84億美元。

蘇蕓金芽胞桿菌（Bt）是一種能產(chǎn)生伴胞晶體毒素，昆蟲寄主譜較廣的重要昆蟲病原菌，是一種胃毒性殺蟲劑。伴孢晶體是指少數(shù)芽孢桿菌在形成芽孢的同時，在菌體另一端的原生質(zhì)中形成一種菱形或雙錐形的堿溶性蛋白晶狀體內(nèi)含物，稱為伴孢晶體。

1.作用機制

1.1蘇蕓金芽孢桿菌的形態(tài)和生活史

蘇蕓金桿菌是營養(yǎng)體較粗壯、直形、能產(chǎn)生芽孢的桿狀細菌。一般具周生鞭毛，微動或不動，單個存在或2-4個相連呈短鏈。革蘭氏染色陽性。

營養(yǎng)體一般在30℃經(jīng)24-48h，在菌體偏端處產(chǎn)生卵圓形芽孢，隨著芽孢的產(chǎn)生，在孢子囊的另一端產(chǎn)生一個菱形或正方形的伴孢晶體。

1.2蘇蕓金桿菌所產(chǎn)生的殺蟲毒素

（1）伴孢晶體毒素（δ-內(nèi)毒素）

所有蘇蕓金桿菌的菌株在正常條件下，都能形成伴孢晶體，伴孢晶體是一種大分子蛋白質(zhì)，是一種原毒素。伴孢晶體所以對某些昆蟲有害，就在于這些昆蟲的消化道內(nèi)pH值是堿性反應(yīng)（ pH8.9以上），并且它的消化液中含有胰蛋白酶類和糜蛋白酶類，十分適合晶體水解，且水解后產(chǎn)生具有毒性末端的多肽。而伴孢晶體對脊椎動物是無毒的，除了脊椎動物腸道pH值呈酸性反應(yīng)外，還由于脊椎動物消化液中含的主要是胃蛋白酶類。蘇蕓金桿菌對鱗翅目昆蟲所引起的癥狀一般表現(xiàn)為行動遲緩、嘔吐、腹瀉、停止進食，導(dǎo)致最后死亡。

（2）熱穩(wěn)定性外毒素（β-外毒素）

熱穩(wěn)定性外毒素于1959年發(fā)現(xiàn)，由于它對家蠅有毒，也叫蠅毒素。它是細胞分泌的一種水溶性耐熱穩(wěn)定性毒素，120℃，15min的熱處理，仍保持活性。這種毒素在菌體生長過程中，在芽孢和晶體形成前即已產(chǎn)生，24h達到最大量。不是所有的蘇蕓金桿菌的各菌株都能產(chǎn)生熱穩(wěn)定性毒素，只有幾種血清型中的一些變種可產(chǎn)生。另外，β-外毒素的產(chǎn)生與培養(yǎng)方法、培養(yǎng)時間、培養(yǎng)基成分和環(huán)境的pH值等因素有關(guān)

熱穩(wěn)定性毒素不是蛋白質(zhì)類物質(zhì)，而是腺嘌呤核苷酸的衍生物。它的殺蟲譜系比伴孢晶體廣，遍及鱗翅目、雙翅目、膜翅目、鞘翅目和直翅目等多種昆蟲。昆蟲感病后表現(xiàn)為抑制發(fā)育、蛻皮后死亡，阻止化蛹及畸形變態(tài)等。熱穩(wěn)定性毒素對高等動物無大的毒害作用。

（3）其他毒素

α-外毒素：也叫卵磷脂酶C，這種毒素不是蘇蕓金桿菌所特有的，是許多溫血動物和人體的病原菌，如產(chǎn)氣莢膜梭菌也能產(chǎn)生。蘇蕓金桿菌產(chǎn)生的這種毒素能殺死19種葉蜂幼蟲，對老鼠也有毒。

不穩(wěn)定性外毒素：這種毒素對空氣、日光、氧氣都很敏感，加熱60℃以上，10～15min即被破壞。化學成分已知有17種氨基酸和一個或多個低分子量（200-2000）的肽類，目前還不知整個混合物有毒還是僅一種特殊的肽類有毒。

2.對害蟲的釋放方式

蘇蕓金桿菌雖然有很高的環(huán)境安全性，但是，在典型的田間條件下（如紫外線降解和雨淋），蘇蕓金芽孢桿菌在植物葉片上的停留時間只有幾小時甚至更短。1980年美國孟山都公司將蘇蕓金芽孢桿菌的內(nèi)毒素蛋白基因克隆到寄生在植物上的假單胞菌中，其中能夠表達蘇蕓金芽孢桿菌內(nèi)毒素蛋白的假單胞菌為死菌，這樣可保護蘇蕓金芽孢桿菌蛋白免遭環(huán)境降解。

為提高殘留活性，還有的在生產(chǎn)Bt制劑時加入抗紫外保護劑及其他添加劑。

3.應(yīng)用狀況

Bt制劑可有效地防治150多種鱗翅目幼蟲（其中有些是重要的經(jīng)濟害蟲），因此21世紀70年代以來，Bt制劑已成為防治大田作物、果蔬、觀賞植物和倉庫害蟲的主要生物殺蟲劑。

蘇蕓金芽孢桿菌是一些作物綜合害物治理的重要手段。蘇蕓金芽孢桿菌可同信息素、昆蟲天敵（寄生赤眼蜂）配合使用防治夜蛾，防治費用雖然與傳統(tǒng)化學農(nóng)藥大致相同，但對環(huán)境的危害明顯減少。在全世界范圍內(nèi)大約有800多種害蟲有效。其中僅鱗翅目昆蟲就有570多種。在我國可對鱗翅目、雙翅目、鞘翅目、直翅目、膜翅目等5個目33個科共125個種以上的昆蟲有毒殺效果。

4.其他

Bt制劑能否引起害蟲產(chǎn)生抗藥性，一直是研究者十分關(guān)注的問題。曾經(jīng)報道的小菜蛾抗性是在蘇蕓金芽孢桿菌作為單一農(nóng)藥使用、害蟲在數(shù)年的極端選擇壓力下產(chǎn)生的。盡管生物殺蟲劑可以用作部分化學殺蟲劑的代用品，但只有將它與合成的化學殺蟲劑結(jié)合起來作為害物綜合防治措施的一部分，才能發(fā)揮生物殺蟲劑的最大效力。

5.細菌殺蟲劑存在的問題及展望

伴隨抗蟲基因工程進展，其在應(yīng)用方面潛在的問題也日益顯露，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

首先，Bt殺蟲晶體蛋白的抗蟲譜較窄，而限制了其抗蟲基因工程中的應(yīng)用，雖然已分離到眾多的Bt毒蛋白基因，其抗蟲譜幾乎覆蓋了所有的鱗翅目害蟲，但具體而言，每一種Bt毒蛋白基因的抗蟲譜卻十分有限，或只對某個種或某些種有抗性。針對這個問題，在Bt毒蛋白基因工程研究中已提出了兩種解決辦法。其次，由于轉(zhuǎn)基因植物給昆蟲提供了—個連續(xù)恒定的選擇壓，使昆蟲在群體水平上產(chǎn)生了耐藥性。Van montage博士指出：“轉(zhuǎn)Bt毒蛋白基因植物如欲取得實用價值，則必須解決害蟲易對其產(chǎn)生耐藥性的問題”。為此，目前已有多種策略甚至幾種方法綜合運用來防止昆蟲抗性的產(chǎn)生。

作者簡介：

姓名：許青青 （1988.7.18-）女，漢族，山東省德州市，碩士

單位：德州市陵城區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，研究方向：農(nóng)藥學，單位所在省市及郵編：山東德州 253500

姓名：范玉鵬（1984.10.2-）男，漢，山東省德州市，大專

單位：德州市陵城區(qū)農(nóng)業(yè)綜合執(zhí)法大隊，研究方向：農(nóng)技推廣，單位所在省市及郵編：山東省德州市;253500

姓名：張穎（1987.8.28-）女，漢，山東省德州市，碩士

單位：德州市陵城區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，研究方向：農(nóng)技推廣，單位所在省市及郵編：山東省德州市;253500

姓名：張照坤（1984.10.2）男，漢，山東省德州市，碩士

單位：德州市陵城區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，研究方向：農(nóng)技推廣，單位所在省市及郵編：山東省德州市;253500