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中形成一種菱形或雙錐形的堿溶性蛋白晶狀體內含物，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，在菌體偏端處產生卵圓形芽孢，隨著芽孢的產生，在孢子囊的另一端產生一個菱形或正方形的伴孢晶體。

1.2蘇蕓金桿菌所產生的殺蟲毒素

（1）伴孢晶體毒素（δ-內毒素）

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，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pH值是堿性反應（ 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生，24h達到最大量。不是所有的蘇蕓金桿菌的各菌株都能產生熱穩(wěn)定性毒素，只有幾種血清型中的一些變種可產生。另外，β-外毒素的產生與培養(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

熱穩(wěn)定性毒素不是蛋白質類物質，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，如產氣莢膜梭菌也能產生。蘇蕓金桿菌產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Bt制劑時加入抗紫外保護劑及其他添加劑。

3.應用狀況

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)化學農藥大致相同，但對環(huán)境的危害明顯減少。在全世界范圍內大約有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生抗藥性，一直是研究者十分關注的問題。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藥使用、害蟲在數(shù)年的極端選擇壓力下產生的。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生了耐藥性。Van montage博士指出：“轉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)農業(yè)技術推廣中心，研究方向：農藥學，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)農業(yè)綜合執(zhí)法大隊，研究方向：農技推廣，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)農業(yè)技術推廣中心，研究方向：農技推廣，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)農業(yè)技術推廣中心，研究方向：農技推廣，單位所在省市及郵編：山東省德州市;253500