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昆虫病原细菌

        能感染昆虫而引起疾病的细菌称之为昆虫病原细菌。昆虫感染细菌病的共同特征是被感染以后,不再活动,食欲减退,以后口腔与肛门有排泄物排出等现象。大多数的病菌侵入昆虫体腔后,常常引起感染而引起败血症。死后虫体颜色加深,迅速变为褐色或黑色,虫体大都软化腐烂,失去原形,内部组织亦可能因溃烂而成黏着性,一般还带有臭味,因而也称为软化病。软化病都具有传染性,在任何地区、任何时期都易发生流行。

        最著名的昆虫病原细菌是苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis), 是由日本细菌学家石渡繁胤和德国科学家Ernst Berliner分别在1901年和1911年独立发现。苏云金杆菌(Bt)分泌由cry基因编码的,有杀虫活性的δ-毒素(或被称为杀虫晶体蛋白)的蛋白结晶,构成了芽孢,害虫食用后会引起瘫痪、停食、反应迟钝、腹泻,随后腹部出现黑环,逐渐扩大到全身,最后变为黑色软体、腐烂、倒挂或死在树叶和枝条上。具体的侵染过程是:Bt伴胞晶体被敏感昆虫摄食后,在中肠蛋白酶的作用下溶解并激活释放出毒素核心肽段;然后毒素作用于中肠上皮细胞,引起细胞膨胀和裂解,由此引起昆虫肠道麻痹和肠道穿孔,消化道细胞的离子和渗透压平衡遭到破坏,最终导致昆虫死亡,这在昆虫致死作用中占主导地位。另外,芽孢可以经虫口进入消化道,在毒素破坏中肠后,菌体可以进入体腔进行大量繁殖,引起幼虫败血症。苏云金杆菌能杀死100多种鳞翅目、膜翅目、双翅目和鞘翅目的昆虫,如危害松树的松毛虫,危害槐、杨、柳、桦、云杉、松树和多种灌木的槐尺蠖、春尺蠖、云杉尺蠖、柳蠹蛾、杨小舟蛾、黑点叶蜂、松叶蜂、天幕毛虫等。

        苏云金杆菌属芽孢杆菌科(Bacillaceae)。芽孢杆菌科属细菌域(Bacteria),厚壁菌门(Firmicutes), 芽孢杆菌纲(Bacilli),芽孢杆菌目(Bacillales)。该科细菌为能形成芽孢 (内生孢子;芽孢为休眠体,非繁殖体)的杆菌或球菌。绝大多数情况下一个菌体仅形成一个芽孢。芽孢位于菌体内, 由核心、皮层、芽孢壳和外壁组成。核心是芽孢原生质体,内含DNA、RNA、可能与 DNA相联系的特异芽孢蛋白质以及合成蛋白质和产生能量的系统。还有大量的吡啶二羧酸钙布满整个芽孢。皮层处于核心和芽孢壳之间,含有丰富的肽聚糖。芽孢壳主要由蛋白质组成, 还有少量的碳水化合物和类脂类,可能还有大量的磷。最外层是外壁,其主要成分是蛋白质、一些葡萄糖和类脂。由于芽孢具有厚而含水量低的多层结构,所以折光性强、对染料不易着色,芽孢对热、干燥、辐射、化学消毒剂和其他理化因素有较强的抵抗力,可能与芽孢具高含量的吡啶二羧酸有关。该科细菌对外界有害因子抵抗力强,分布广,存在于土壤、水、空气以及动物肠道等处,与人类关系密切。如炭疽芽孢杆菌引起人、畜的炭疽病;破伤风梭菌引起破伤风;肉毒梭菌、产气荚膜梭菌和蜡状芽孢杆菌引起食物中毒;韦氏梭菌和产气荚膜梭菌引起气性坏疽。对人有利的芽孢菌有枯草芽孢杆菌,产生工业或医疗用的蛋白酶、淀粉酶;丙酮丁醇梭菌用于生产丙酮丁醇;多粘芽孢杆菌生产多粘菌素;地衣芽孢杆菌生产杆菌肽;苏云金芽孢杆菌用于杀虫等。芽孢杆菌分解有机物能力强,在自然界的元素循环中起重要作用。有些种(如多粘芽孢杆菌和巴氏梭菌)有固定分子态氮的能力。芽孢杆菌科有芽孢杆菌属(Bacillus Cohn),苏云金芽孢杆菌与蜡样芽胞杆菌和炭疽杆菌同属芽孢杆菌属,三种微生物的区别在于质粒的不同。芽孢杆菌属细胞呈直杆状,0.5-2.5μm×1.2-10μm,常以成对或链状排列,具圆端或方端。细胞染色大多数在幼龄培养时呈现革兰氏阳性,以周生鞭毛运动。芽孢椭圆、卵圆、柱状、圆形,能抗许多不良环境。每个细胞产一个芽孢,生孢不被氧所抑制。好氧或兼性厌氧,具有对热、pH和盐各种多样性的生理特性。化能异养菌,具发酵或呼吸代谢类型。通常接触酶阳性。发现于不同的生境,少数种对脊椎动物和非脊椎动物致病。大多数有动力,无荚膜,多数溶血,通常过氧化氢酶阳性。DNA中的G+C克分子含量为32-62%。包括对人和动物致病的炭疽芽孢杆菌,可引起食物中毒的蜡状芽孢杆菌,非致病性的枯草芽孢杆菌、蕈状芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌等。炭疽芽孢杆菌有荚膜,无鞭毛,在人工培养物内细菌呈长链状排列,形成圆卵形芽孢;芽孢位于菌体中央 ,但不大于菌体宽度;专性需氧;芽孢的抵抗力很强,在干燥状态下可生存数十年;本菌主要使食草动物发病,病程急剧,死亡率高。

        苏云金杆菌的第一个商品制剂1938年在法国问世。苏云金杆菌制剂主要包括粉剂、可湿性粉剂、乳剂、颗粒剂、气雾剂和油乳剂,占国际生物农药市场销售额的80%,广泛应用于农林害虫的防治。田间和林间施放多使用8000IU/毫克可湿性粉剂、1600IU/毫克可湿性粉剂、200IU/微升悬浮剂和400IU/微升悬浮剂。近年来,我国学者对Bt制剂的应用进行了广泛的研究,探明了Bt制剂应用相关的一系列问题,取得了很好的成绩(吴洪生, 2001; 宋健等, 2008; 程玉臣等,2008; 刘娜, 2009; 刘树生, 2009; 赵焕丽等,2009)。研究发现,Bt制剂对害虫的毒力作用不仅表现在可以致死,而且能够对害虫的染色体造成影响,从而影响害虫的繁殖(任竹梅等, 2001)。

        在中国,苏云金杆菌制剂已应用于50多种森林害虫的防治。除已生产的菌种之外,中国进行了苏云金杆菌的资源调查,Bt在中国森林土壤中的分离率平均为4.21%。出土率为14.32%,分离的60%Bt对森林主要害虫(杨扇舟蛾、舞毒蛾、马尾松毛虫)高效,分布调查的优势亚种为库尔斯塔克亚种(Bt subsp. kurstaki)和松虫蜀亚种(Bt subsp. dendrolimus)(戴莲韵等,1994)。近年,中南林学院从马尾松毛虫虫粪分离出Bt“62菌株”对15种鳞翅昆虫效果好,气温越高死亡越快,最短只4-6小时,与湿度关系不大。对马尾松毛虫5龄虫2架次飞防,累积死亡率在90%上,并有明显的后效作用(黄健屏,1998)。江苏用Bt781(含活芽孢120亿/ml)25倍液对侧柏毒蛾的防效达90%以上(冯柱永等,1994);重庆用Bt苏力保水剂(8000IU/μl)300倍液防治柏木、柳杉林的大害虫鞭角化扁叶峰(Chinolyda flagellicorinis),效果达86.7%(王满园等,2000)。在北方应用Bt防治美国白蛾各龄幼虫效果都好(阎志利等,1999)。广东用当地采到的蜡状芽孢杆菌(Bacillus cerus)5×107孢子/ml悬浮液防治木麻黄林间的棉蝗,6天后防效达77.9%(刘清浪等,1999)。目前国内急需高质量的Bt商品制剂,特别用于防治鞘翅目害虫的Bt制剂(Bt subsp.tenebrjonis)对于防治林业上当前的一些严重害虫如天牛、小蠢、叶甲、象甲等,更为迫切。

        除了苏云金杆菌,在防治农林害虫的实践中,也常使用金龟子芽孢杆菌、灭蝇芽孢杆菌、球状芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌,以及其它一些芽孢杆菌,包括它们的变种(赵荣杰, 韩玉梅,1989)。

        在昆虫病原细菌的遗传改造方面,比利时植物遗传系统公司在1985年首次报道开发出含cry基因的转基因烟草。1990年中国农科院与江苏省农科院合作,成功地将苏云金芽孢杆菌伴孢晶体蛋白基因导入大面积推广的棉花品种中,获得了转基因抗棉铃虫棉植株。人们发现,伴孢晶体易与芽孢分离暴露在环境中,使其活性降低。为解决这一问题,将携带δ-内毒素的质粒运用基因工程技术转移到革兰氏阴性菌荧光假单孢菌中。田间试验证明,此工程菌株比苏云金芽孢杆菌制剂防治害虫更有效。用苏云金芽孢杆菌基因改造作物有如下优点: (1) 杀虫毒素释放量大,足以杀灭害虫;(2) 植物产生的毒素不会释放到外界,只有害虫才会进食死亡;(3) 可由组织特异性启动子调控产生毒素;(4) 毒素基因可装载在叶绿体基因中,因此排除了通过花粉传播的途径。然而持续使用会使易感害虫演化抗性害虫,导致植物抗性丧失。假设抗性基因是隐性的,则减少害虫抗性的一个方法是,将有抗植株与无抗植株间作,减少抗性基因频率,牺牲少量无抗植株来保证产量。美国和欧洲的某些区域已经立法要求使用上述方法种植转Bt作物。

本文主要来源(有较大改动):
http://baike.baidu.com/view/529015.html?fromTaglist
http://baike.baidu.com/view/697354.htm
http://www.bjfb.gov.cn/bjyl-outside/includes/articleContent.jsp?cmArticleID=11548560150001
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%8B%8F%E4%BA%91%E9%87%91%E8%8A%BD%E5%AD%A2%E6%9D%86%E8%8F%8C
http://wenda.tianya.cn/wenda/thread?tid=56b715c2bc02072b
http://wenda.tianya.cn/wenda/thread?tid=12b04896c901126b&clk=wttpcts
胡远扬. 2001. 苏云金杆菌的生产,应用开发前景十分光明. 化工开发与设计, 21
刘娜. 2009. 苏云金杆菌在林木病虫害防治中的应用. 现代农业科学, 16(5)



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