苏云金杆菌杀虫剂的简介及研究应用情况

魏云阶

摘 要：微生物防治是目前指防治或者减少害虫的最有效手段之一，其中，苏云金杆菌由于其自身没有毒害作用、不污染环境等特点，在生物防治中占有重要地位，目前在整个生物杀虫剂中占95%，备受世界各国科学家的关注。本文介绍了苏云金杆菌的特点，并对其在生物防治中的应用情况进行论述。

关键词：苏云金杆菌；微生物防治；生态环境

苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）是一种微生物杀虫剂，对人、畜及害虫天敌极少或完全没有毒害作用，不污染环境，保持生态平衡，在农业、林业、卫生害虫的生物防治中占有重要地位。

1 苏云金芽孢杆菌简介

苏云金芽孢杆菌是一种革兰氏阳性、杆状、能形成内生芽孢的土壤细菌，其营养体细胞具有周生鞭毛或无鞭毛。鞭毛是细菌的一种运动器官，因此，具有鞭毛的菌株能运动，而不具鞭毛的菌株不能运动养体在形成芽孢的同时，在细胞的另一端形成不同形态、具蛋白性质的伴孢晶体，它可以是一个、两个或多个。苏云金芽孢杆菌分类上属于原核生物界，细菌纲，芽孢杆菌科（Bacillaceae），芽孢杆菌属（Bacillus）的一种，在《伯杰氏细菌鉴定手册》第九版中被列为第二类第十八群。

1901年，日本细菌学家石渡从患病的家蚕幼虫上得到了一种杆状芽孢菌，并在1905年发表的另一报告中称之为“碎倒芽孢杆菌”。但直到1911年Berliner从德国苏云金地区谷仓中患病的地中海粉螟幼虫体内分离到另一株类似的细菌之后，1915年才正式将此昆虫病原细菌命名为苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis， Bt）.1938年，第一个苏云金芽孢杆菌商品制剂Sporeine在法国问世，并在地中海粉螟的防治中得到了应用（戴莲韵等，1997）。苏云金芽孢杆菌广泛分布于世界各地，从热带雨林到北极冻土带，从土壤、昆虫尸体、植物体表面、贮藏物或仓库灰尘、污水等基质上均可分离到该菌，而土壤为微生物的大本营，是其分布最为丰富的生境。据估计，目前世界上约有60，000余个苏云金芽孢杆菌分离物（Glare， 2000）。近来，人们在世界各地系统进行苏云金芽孢杆菌资源调查的同时，也尝试从极端生态环境（如海洋、极地等）中分离该菌。而且，人们曾在很少会有昆虫存在的地方分离出苏云金芽孢杆菌，因此推测该菌的祖先是一种与昆虫无关的土壤习居菌，而其杀虫性可能是在进化过程中为了摄取更丰富的营养而获得的。

苏云金芽孢杆菌主要根据鞭毛抗原的血清型和生理生化特性的不同来进行亚种的划分。近来，人们尝试将多种化学分类和分子生物学手段用于其菌株间的分型，如16S rDNA序列、RAPD、多位点酶电泳（MME）、随机引物PCR （AP-PCR）的DNA指纹图谱、脉冲场凝胶电泳等。自1962年开始用鞭毛抗原的血清学反应将苏云金芽孢杆菌划分为6个血清型以来，目前已增加到70个血清型，83个血清亚种，其中11个血清型亚种来自中国。不过随着研究的不断深入，已发现苏云金芽孢杆菌菌株的血清型与杀虫特异性〔基因型）的关系不相一致，不同血清型的菌株可能显示相同的特异性，而同一血清型的菌株又可能具有不同的特异性。所以，通过血清型预测杀虫活力并不可靠，因为它并不反映菌株所含的ICP基因型。

2 苏云金杆菌的杀虫机理

害虫在摄食Bt杀虫剂的杀虫晶体蛋白后， ICPs在中肠碱性条件下二硫键打开，在肠道胰蛋白酶的作用下激活形成抗蛋白酶的毒性核心片断，才有活性。Bt活性蛋白与中肠上皮细胞结合后，有毒性的α2螺旋穿透细胞膜形成一个离子通道（孔） ，依pH的不同，这些孔具有选择性（仅K+可通过）和非选择性（Na+和阴离子可通过） ，由于碱性和蛋白酶的作用，因而这些孔很有可能有K+渗漏，这种阴离子通道破坏了膜电势，细胞膨胀并裂解，导致中肠坏死，围食膜和上皮退化变性，肠壁受损后，中肠的碱性高渗内含物进入血腔，血淋巴pH值升高而导致昆虫麻痹死亡。害虫死后由毒素导致了细菌败血病[16]。

3 苏云金杆菌在国外的研究应用情况

最早商业化生产的Bt杀虫剂是1938年法国以半固体发酵法生产的产品，商品名称为Sporeine。美国最早的Bt杀虫剂商业化生产的产品是1958年由实验室生产的可湿性粉剂。1960年，美国共有五家公司生产Bt杀虫剂，在整个60年代期间，两项重大的进展极大地推动了苏云金杆菌杀虫剂的商业化进程，第一个进展是1969年Dulmage分离出HD-1菌株，其杀虫能力对不同的害虫为传统的20-212倍。此后的几年间，所有的美国厂家转向生产HD-1菌株制剂，成为农业及林业防治的主要产品。第二个进展是对苏云金杆菌杀虫剂商品建立了国际性的毒力标准，原先的产品是以芽孢数为标准的，但芽孢数并不能完全代表毒性，提出了用生物测定的方法来标定产品的毒力标准。

4 苏云金杆菌在国内的研究应用情况

我国对苏云金杆菌的起步研究要比最早研究的国家晚半个世纪，1955年曹骥先生等用从法国引进的商品制剂中分离的菌株，在实验室制备菌剂，用于防治玉米螟。1959年刘篙乐先生从当时的捷克斯洛伐克引进苏云金杆菌亚种，并用实验室制备的培养物防治杨天社蛾、菜粉蝶、松毛虫，均取得了显著的效果，还对防治粘虫的增效途径和血细胞的病态变化进行了研究。同年，张履鸿先生从前苏联引进了苏云金亚种、蜡螟亚种和松蜀亚种，进行防治一些鳞翅目害虫的室内实验。1961年彭中允先生从前苏联带回了“虫菌三号”菌粉，并从中分离了菌种，进行了一系列室内外研究。林业部和有关部门还用我国自行研制的菌剂在湖北生红安县首次用飞机防治松毛虫，取得了良好的效果，从而肯定了苏云金杆菌防治农林害虫的作用。在此基础上，湖北省农科所与武汉抗菌素厂，中国科学院动物所与长沙微生物所先后合作，分别对蜡螟亚种和苏云金亚种的液体深层发酵生产工艺进行了研究，试生产产品应用效果的肯定，引起了国家有关部门的重视。1964年国家科委下达任务，兴建了专门的生产苏云金杆菌制剂工厂一武汉染料厂青虫菌车间。到1965年底，武汉生产的注册商标“三五牌”和长沙生产的“424”苏云金杆菌商品在我国问世。中国林科院也进行了液体深层发酵的研究。全国产量一度达到1500吨粉剂，但由于大多数厂家技术不过关，产品效价差，质量不可靠。导致苏云金杆菌杀虫剂一度走向低谷。

80年代以来，我国的苏云金杆菌杀虫剂开始进入一个稳定的发展阶段，武汉是我国主要的苏云金杆菌杀虫剂生产基地，湖北农科院率先研制和生产Bt液剂，粉剂和原粉，切实解决了生产过程中噬菌体污染问题和产品质量标准化问题，大幅度提高了发酵效价和降低生产成本，其Bt杀虫剂产量由1983年的26吨发展到1984年的60吨、1990年的900吨、1996年的5600吨，产品应用已逐步遍及全国二十几个省市，并有部分产品出口到美国、欧洲及东南亚各国。目前登记的可湿性粉剂有23个厂家，悬浮剂由24个厂家，所用的菌种大多数属于库斯塔克亚种。这些产品广泛用于防治农、林、果、蔬、烟、茶等害虫。据统计1992年的应用面积己达4000-5000万亩。

参考文献

1.蒙显英，黎起秦，冯家勋等.芽孢杆菌产生的抗菌物质的研究进展.中国植保导刊，2004年第12期13～15.

2.陈建武，余健秀，胡晓晖，等.苏云金杆菌营养期杀虫蛋白的研究[J].中国生物工程杂志，2002，22（3）：33-36.