蘇云金芽孢桿菌和現(xiàn)代生物農(nóng)藥的淺談

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 論文關(guān)鍵詞 蘇云金芽孢桿菌;研究現(xiàn)狀;存在問(wèn)題;解決思路;前景
    論文摘要 總結(jié)了蘇云金桿菌的發(fā)現(xiàn)及殺蟲(chóng)機(jī)理,對(duì)蘇云金桿菌的研究現(xiàn)狀、研究中存在的問(wèn)題及解決的思路進(jìn)行了闡述,并對(duì)蘇云金桿菌的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。
    新型微生物農(nóng)藥作為無(wú)公害農(nóng)林生產(chǎn)資料,在未來(lái)的農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治方面將有巨大的市場(chǎng)需求。進(jìn)一步加快微生物農(nóng)藥的研制、產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用進(jìn)程,降低農(nóng)藥在農(nóng)副產(chǎn)品中的殘留和對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的污染,實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物重大病蟲(chóng)害的可持續(xù)控制,必將產(chǎn)生巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。
    1蘇云金芽孢桿菌(Bt)的發(fā)現(xiàn)及殺蟲(chóng)機(jī)理
    1.1蘇云金芽孢桿菌(Bt)的發(fā)現(xiàn)
    1901年日本學(xué)者石度繁從患猝倒病的家蠶幼蟲(chóng)中分離到第1個(gè)產(chǎn)生晶體的芽孢桿菌。10年后Berliner從德國(guó)蘇云金地方一家面粉廠(chǎng)染病的地中海粉螟中分離到一個(gè)相似的菌株,并正式定名為蘇云金芽孢桿菌(Bt)。4年后,一個(gè)叫克林諾的科學(xué)家發(fā)現(xiàn),在這種細(xì)菌的細(xì)胞中可以形成方形或菱形的晶體,可惜這個(gè)發(fā)現(xiàn)并未被重視。直到40年后的1953年,一位叫漢納的生物學(xué)家證明了這種晶體是有毒的蛋白質(zhì)晶體,才揭示了粉螟死亡的原因。在1920~1930年間,Bt作為微生物殺蟲(chóng)劑主要用來(lái)防治玉米螟。1938年第1個(gè)商品制劑Sporeine在法國(guó)問(wèn)世,從此拉開(kāi)了生物殺蟲(chóng)劑的序幕。以后相繼發(fā)現(xiàn)了對(duì)鞘翅目、螨類(lèi)、同翅目、膜翅目、直翅目昆蟲(chóng)、動(dòng)植物寄生線(xiàn)蟲(chóng)、鞭毛蟲(chóng)、變形蟲(chóng)、吸蟲(chóng)、絳蟲(chóng)有毒殺作用的Bt菌株。
    進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),Bt是革蘭氏陽(yáng)性菌,另外,它可寄生在一些蛾類(lèi)和蝶類(lèi)的幼蟲(chóng)上,甚至是植物表面。
    蘇云金芽孢桿菌分泌出的由Cry基因編碼的、有殺蟲(chóng)活性的δ-毒素(或被稱(chēng)為殺蟲(chóng)晶體蛋白)的蛋白結(jié)晶構(gòu)成了內(nèi)孢子。Cry蛋白對(duì)鱗翅目(如蛾與蝶)、雙翅目(如蒼蠅、蚊子)和鞘翅目(甲蟲(chóng))有很大殺傷力。因此,可將蘇云金芽孢桿菌發(fā)酵生產(chǎn)制成高效生物殺蟲(chóng)劑,或用Cry基因制成防蟲(chóng)害的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。
    1.2蘇云金芽孢桿菌(Bt)的殺蟲(chóng)機(jī)理
    蘇云金芽孢桿菌(Bt)之所以能夠殺蟲(chóng),是由于它們的細(xì)胞內(nèi)存在著一種有毒的蛋白質(zhì),叫做伴孢晶體,昆蟲(chóng)吞食后就會(huì)中毒而死。而這種活細(xì)胞及伴孢晶體對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú)害。因?yàn)樵趧?dòng)物的胃腸道內(nèi),酸性環(huán)境下蛋白質(zhì)晶體不能溶解,從而對(duì)人畜無(wú)害。所以它是一種高效安全的生物殺蟲(chóng)劑,可用來(lái)殺滅多種農(nóng)作物害蟲(chóng)。蘇云金芽孢桿菌(Bt)殺蟲(chóng)機(jī)理主要是:昆蟲(chóng)取食蘇云金芽孢桿菌后,桿菌在其胃腸道內(nèi)產(chǎn)生蛋白質(zhì)晶體內(nèi)毒素(δ-內(nèi)毒素)、熱穩(wěn)定毒素(β-外毒素)、葉蜂毒素(α-外毒素)及Bt-γ外毒素。這些毒素能侵蝕昆蟲(chóng)腸道細(xì)胞,破壞腸道內(nèi)膜,并進(jìn)入血淋巴組織,使害蟲(chóng)因饑餓而出現(xiàn)敗血癥最后死亡。蘇云金芽孢桿菌的防治對(duì)象是鱗翅目、膜翅目、雙翅目、鞘翅目等多種害蟲(chóng),其藥性的持效期可達(dá)7~10d左右。需要特別注意的是:蘇云金芽孢桿菌(Bt)及其制劑對(duì)蠶具有很高的毒性,桑園必須禁用。另外,勿與堿性殺菌劑混合施用,晴天的傍晚或陰天施藥效果最佳。
    2蘇云金芽孢桿菌(Bt)的研究現(xiàn)狀
    2.1蘇云金芽孢桿菌(Bt)的研究主要集中在分子水平上
    過(guò)去Bt是作為一種制劑應(yīng)用于農(nóng)林害蟲(chóng)的防治,隨著生物技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在已對(duì)蘇云金芽孢桿菌的殺蟲(chóng)蛋白質(zhì)和相關(guān)基因作了深入而透徹的研究,也就是說(shuō)在基因的水平上對(duì)它有了更多的了解。研究發(fā)現(xiàn),在其體內(nèi)具有一種Cry基因,正是這種基因編碼產(chǎn)生的蛋白質(zhì)對(duì)上述昆蟲(chóng)具有極大的毒性,所以這種基因的結(jié)構(gòu)和特性就影響到它本身,也影響到它的殺蟲(chóng)范圍。當(dāng)然某一基因的長(zhǎng)期應(yīng)用會(huì)刺激昆蟲(chóng)產(chǎn)生抗體。因此,現(xiàn)在對(duì)蘇云金芽孢桿菌的研究更多地集中在分子水平上。
    2.2國(guó)內(nèi)主要研究成果
    中國(guó)現(xiàn)在在蘇云金芽孢桿菌殺蟲(chóng)劑的商品化生產(chǎn)和防治農(nóng)林害蟲(chóng)的系統(tǒng)工作方面,取得的主要成果有:研制和生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的Bt懸浮劑和高效價(jià)的粉劑,實(shí)現(xiàn)了中國(guó)Bt殺蟲(chóng)劑的商品化生產(chǎn);建立了以生物測(cè)定為基礎(chǔ)的產(chǎn)品毒力效價(jià)測(cè)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)化系統(tǒng);研究了助劑及貯存條件對(duì)Bt的影響,為助劑的篩選和有效存貯提供了可靠的依據(jù);大規(guī)模推廣應(yīng)用Bt殺蟲(chóng)劑以防治棉、糧、果疏及林業(yè)害蟲(chóng),并取得了良好的效果。該研究中研制和生產(chǎn)的適合中國(guó)的優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的Bt懸浮劑,已在農(nóng)林害蟲(chóng)防治中得到廣泛應(yīng)用;Bt粉劑的毒力效價(jià)和防蟲(chóng)效果,已達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品先進(jìn)水平;以棉鈴蟲(chóng)和小菜蛾為標(biāo)準(zhǔn)昆蟲(chóng),建立了中國(guó)Bt產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)定技術(shù)系統(tǒng),為國(guó)產(chǎn)Bt殺蟲(chóng)劑的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立奠定了良好基礎(chǔ),為與Bt殺蟲(chóng)劑國(guó)際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)接軌提供了保障。
    3研究中存在的問(wèn)題及解決的思路
    3.1主要問(wèn)題
    蘇菌基因的表達(dá)會(huì)發(fā)生變化。例如,如果溫度不理想,就可能降低毒素的產(chǎn)生,使植物易受侵蝕。更加嚴(yán)重的是,試驗(yàn)證明毒素減少的晚季植物會(huì)形成啟動(dòng)子的DNA甲基化。 另外,毒素的持續(xù)使用會(huì)使普通害蟲(chóng)演化為抗性蟲(chóng)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),小菜蛾對(duì)蘇菌毒素的噴霧形式就已產(chǎn)生抗性。
    蘇菌毒素的運(yùn)用還有一些可能的危險(xiǎn),如:如果轉(zhuǎn)基因玉米與變異野草雜交,蘇菌基因的抗性就有可能因食物鏈來(lái)到食草動(dòng)物群落中,蜂群衰竭失調(diào)(CCD),也可能跟蘇菌轉(zhuǎn)基因作物有關(guān)。
    3.2解決的思路
    (1)有抗植株與無(wú)抗植株間種。減少害蟲(chóng)抗藥性的一個(gè)有效方法就是將有抗植株與無(wú)抗植株間種,目的是減少抗性基因頻率,犧牲少量無(wú)抗植株保證產(chǎn)量。美國(guó)和歐洲的某些區(qū)域已經(jīng)立法要求使用上述方法種植。這種方法的理論依據(jù)是假設(shè)抗性基因是隱性的。依目前來(lái)看,這種方法應(yīng)該可以延遲害蟲(chóng)對(duì)蘇菌的抗性;另一方面,假如產(chǎn)生了多種蘇菌毒素的農(nóng)作物可以完全滅絕害蟲(chóng),抗性基因的存在也就不可能了。不過(guò),至今為止,害蟲(chóng)滅絕的情況還未出現(xiàn)。
    (2)通過(guò)接合構(gòu)建新菌株。蘇云金芽孢桿菌菌株的特定質(zhì)?？梢宰孕修D(zhuǎn)移,這些質(zhì)?？梢酝ㄟ^(guò)接合來(lái)構(gòu)建新菌株。例如,科羅拉多馬鈴薯甲蟲(chóng)(鞘翅目)是北美最具破壞性的馬鈴薯害蟲(chóng),歐洲玉米螟和土豆塊莖蠕蟲(chóng),對(duì)馬鈴薯也有很大的破壞作用。從自然界中分離的蘇云金芽孢桿菌菌株,沒(méi)有一個(gè)菌株對(duì)所有這些昆蟲(chóng)都具毒性。然而,通過(guò)質(zhì)粒轉(zhuǎn)移雜交,現(xiàn)在已經(jīng)構(gòu)建出對(duì)3種害蟲(chóng)都有效的新菌株,田間試驗(yàn)表明,該菌株作為廣譜的馬鈴薯殺蟲(chóng)劑很有前途。
    4蘇云金芽孢桿菌(Bt)的應(yīng)用前景
    微生物農(nóng)藥是21世紀(jì)農(nóng)藥工業(yè)的新產(chǎn)業(yè),代表著植物保護(hù)的方向,其最大的優(yōu)勢(shì)在于能克服化學(xué)農(nóng)藥對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染,并減少農(nóng)藥在農(nóng)副產(chǎn)品中的殘留量。同時(shí),在推廣微生物農(nóng)藥應(yīng)用過(guò)程中,農(nóng)副產(chǎn)品的品質(zhì)和價(jià)格將大幅度上升,有力地促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和農(nóng)民增收,社會(huì)效益不可估量。
    我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)業(yè)的發(fā)展事關(guān)重大。為了更好地落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀(guān),建立環(huán)保型、節(jié)約型農(nóng)業(yè),微生物農(nóng)藥將為農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)安全生產(chǎn)和降低有毒物質(zhì)殘留提供技術(shù)和物質(zhì)保證。微生物農(nóng)藥研究與發(fā)展,將有效地實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)安全生產(chǎn),提升農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)附加值,擴(kuò)大我國(guó)農(nóng)副產(chǎn)品外銷(xiāo)市場(chǎng),推進(jìn)綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。所有這些均對(duì)發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、增加農(nóng)民收入、促進(jìn)農(nóng)村繁榮具有重要的推進(jìn)作用。
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