微生物杀虫剂苏云金芽孢杆菌（Bt）的研究现状及应用

苏云金杆菌又称苏云金芽胞杆菌，简称Bt。苏云金杆菌的发现，为人们利用微生物消灭植物病虫害提供了美好的前景。化学杀虫剂的长期使用对生态环境产生了严重的破坏，而害虫种群的抗药性也日益提高，因此生物杀虫剂因为其“绿色环保”的特点日益引起人们的广泛关注。现在，人们已经用发酵罐大规模地生产苏云金杆菌并制成粉剂或可湿剂、液剂，应用于农业，对100多种害虫有不同的致病和毒杀作用。苏云金芽孢杆菌是目前世界上产量最大、应用最广的生物杀虫剂。本文简要介绍作为生物杀虫剂的Bt的发展历史、研究现状和应用情况。

研究历史[1]

1901年，日本学者石渡繁胤（Ishiwata Shigetane）从虫尸体液中分离出苏云金杆菌猝倒变种（Bacillus.thuringiensis var.sott）成为苏云金杆菌研究的起点[2]。1911年，Berliner发现一杆菌，并详细描述了该菌的形态和培养特征，定名为苏云金杆菌（Bacil-lus.thuringiensis），指明苏云金杆菌含伴孢晶体（Paraspora crystl）[3]。1938年，苏云金杆菌商品化，用于防治地中海粉螟。20世纪50年代许多国家进行了商业性生产。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，并和Fitz-James于1955年证实，伴孢晶体是一种蛋白质。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。20世纪60年代用血清学技术进行Bt的鉴定和分类。自二次世界大战后，苏云金芽孢杆菌被广泛使用，至今已有60多年[4]。由于其推广力度以及人们的农药使用意识的传统观念限制，目前生物农药仅占全部农药市场份额很少一部分，从此可看出，苏云金芽孢杆菌杀虫剂任然具有较大的发展潜力。

简介

Bt是一种革兰氏阳性芽孢杆菌，为昆虫病原细菌，其菌体为短杆状、有鞭毛，一般单生或形成短链。它是一个多样性丰富的种群，按照其鞭毛抗原的差异，可将现有分离得到的Bt分成71 个血清型，共83 个亚种。已确定数十种苏云金芽孢杆菌菌系及130多种它们编码的杀虫晶体蛋白，近几年克隆Bt基因已转入植物，并在植物体内高效表达。

Bt的综合利用苏云金芽胞杆菌作为一种生物农药，广泛应用于消杀害虫。其机理是Bt菌体能在芽孢形成期可产生具有杀虫活性的晶体蛋白，且伴孢晶体（原毒素）对鳞翅目或双翅目等多种昆虫具有毒杀活性[5]。昆虫取食后，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。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）败血而死亡。

研究现状及成果

苏云金芽胞杆菌也是一种重要的生物杀蚊制剂，目前已发现多种亚种或血清型具有灭蚊活性，如Canadensisi亚种、Morrisoni亚种、Darmstadiensis亚种、Thompsoni亚种和Jegathesan亚种等[6-7]。科学家们已经在微生物、生物工程、基因工程等多个领域里有了多方面的研究进展，通过大量的文献分析表明，苏云金芽孢杆菌（Bt）的研究主要集中在分子水平上[8]。随着生物技术的发展，现在已对苏云金芽孢杆菌的杀虫蛋白质和相关基因作了深入而透彻的研究，也就是说在基因的水平上对它有了更多的了解。研究发现，在其体内具有一种Cry基因，正是这种基因编码产生的蛋白质对上述昆虫具有极大的毒性，所以这种基因的结构和特性就影响到它本身，也影响到它的杀虫范围。当然某一基因的长期应用会刺激昆虫产生抗体。因此，现在对苏云金芽孢杆菌的研究更多地集中在分子水平上。

我国Bt生物农药的研究开发与应用技术已达到国际先进水平。新型发酵设备的出现、发酵吨位的提高、工业发酵技术的成熟、发酵液处理技术的完善以及剂型的多样化都无疑为我国Bt生物农药产业发展创造了条件。我国的主要研究成果体现在：研制和生产质优价廉的Bt悬浮剂和高效价的粉剂，实现了中国Bt杀虫剂的商品化生产；建立了以生物测定为基础的产品毒力效价测定的质量标准化技术化系统；研究了助剂及贮存条件对Bt的影响，为助剂的筛选和有效存贮提供了可靠的依据；大规模推广应用Bt杀虫剂以防治棉、粮、果蔬及林业害虫，并取得了良好的效果；Bt粉剂的毒力效价和防虫效果，已达到国际同类产品先进水平；以棉铃虫和小菜蛾为标准昆虫，建立了中国Bt产品质量标准化测定技术系统，为国产Bt杀虫剂的行业标准的建立奠定了良好基础，为与Bt杀虫剂国际质量标准接轨提供了保障。

优势及存在问题

Bt杀虫剂的优势

Bt细菌的蛋白质毒素在人和家畜、家禽的胃肠中不起作用，因此对人畜无毒，使用安全。Bt细菌只特异性地感染一定种类的昆虫，对天敌起到保护作用，对鱼类、蜜蜂安全，但对家蚕高毒。不污染环境，不影响土壤微生物的活动，是一种干净的农药。连续使用，能够自然控制虫口密度。没有残毒，生产的产品可安全食用，同时，也不改变蔬菜和果实的色泽和风味。

Bt应用存在的主要问题

商品用Bt制剂在生产防治中存在速效性差、对高龄幼虫不敏感、田间持效期短，以及重组工程菌株遗传性状不稳定等问题。因此，为了提高Bt制剂的杀虫效果，对其增效途径的研究已成为世界性的研究热点，主要包括：筛选增效菌株；利用化学添加剂、植物它感素、几丁质酶作为增效物质；昆虫病原微生物间的互作增效等。

苏云金杆菌制剂属于微生物源农药，尽管在与环境和人的兼容性上，比传统农药好，但相对于植物源农药、矿物质农药而言，还是不够安全。如有些菌株含有β-外毒素，它对哺乳动物等有毒，欧美国家禁止使用。随着Bt杀虫剂和Bt转基因植物的不断推广和使用强度的不断增加，害虫对Bt产品可能产生的抗性从而导致Bt基因的相对退化进而失去抗虫活性，是目前阻碍Bt产品研发与推广的一个很严重的问题。因此，寻找新的高活性菌株或是新的杀虫晶体蛋白基因资源是一项有重要意义的研究。

苏云金杆菌制剂虽然在很多方面都比传统农药优势明显，但是杀虫效果仍然比不上传统农药显著。随着使用时间的增长也会产生抗药性。

前景及展望[10]

21世纪的人类对健康和生态平衡的关注越来越高，人们追求的是可持续发展的，无污染的、与人类生存环境协调发展的绿色产业，农业就是其中非常重要的一个方面。我国又是一个农业大国，建立环保型、节约型农业，微生物农药将为农产品优质安全生产和降低有毒物质残留提供技术和物质保证[11]。Bt的发展前景是非常乐观的，随着各门学科的不断发展，人们正在不断地从生物化学、基因工程等上游技术研究思路出发，同时结合代谢动力学、发酵动力学、发酵后处理化工技术、生物化学反应工程技术等下游技术研究微生物的发酵过程，通过各门学科的交叉和渗透，一定能不断扩宽Bt的开发领域。与此同时，随着以基因工程为主导的现代生物技术的不断发展，新一代遗传工程杀虫剂具有良好的开发应用前景，研究性能良好的Bt基因工程菌成为今后的一大热点。但苏云金杆菌还存在一些问题需要进一步完善，诸如Bt毒蛋白的基因抗虫谱较窄、昆虫易对杀虫结晶蛋白产生耐受力、Bt毒蛋白基因在植物体内表达的水平和稳定性都是未来研究者的重要方向[12]。

参考文献

[1] 荣一兵.苏云金杆菌研究的历史和现状[J].黄石高等专科学校学报，2000，16（3）：33-35.

[2] 冯书亮等.防止地下害虫的苏云金芽孢杆菌新制剂的开发和利用[C].喻子牛.微生物农药及其产业化.北京：北京科学出版社，2000：105-107.

[3] 代萌，杜立新，宋健等.五岳寨苏云金芽孢杆菌资源多样性分析及杀虫基因的鉴定[J].中国农学通报，2013，29（6）：187-190.

[4] 白成，刘丽平，鄢小宁等.苏云金芽孢杆菌的概况及其研究进展[J].热带农业科学，2012，32（8）：33-38.

[5] 杨淑兰，张怡，梁淑兰等.生物杀虫剂苏云金芽孢杆菌的固体发酵[J].化工冶金，1993，14（2）：161-166.

[6] 丁学知，夏立秋，高必达.苏云金杆菌4.0718高毒力杀虫菌株发酵条件的研究[J].食品与发酵工业，2003，29（2）：26-29.

[7] Jean-Franc，ois Charles， Armelle Delécluse， and Christina Nielsen-Le Roux. Entomopathogenic Bacteria： from Laboratory to Field Application[M]. Kluwer Academic Publishers， 2000. 321—324.

[8] 关雄.苏云金芽孢杆菌研究回顾与展望[J].中国农业科技导报，2006，8（6）：5-11.

[9] 喻子牛.苏云金杆菌[M].北京：科学出版社，1990.

[10] 吴继星.苏云金芽孢杆菌的抗药性研究[J] .微生物学杂志，1992（1）：60-61.

[11] 李世杰，方尚玲，彭华松，等.苏云金杆菌溶氧控制发酵[J].生物技术，2000，10（3）：34-37.

[12] A.Durand. Bioreactor designs for solid state fermentation[J]. Biochemical Engineering Journal， 2003（13）：113-125.

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