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)及殺蟲機理,對蘇云金桿菌的研究現(xiàn)狀、研究中存在的問題及解決的思路進行了闡述,并對蘇云金桿菌的應(yīng)用前景進行了展望。
    新型微生物農(nóng)藥作為無公害農(nóng)林生產(chǎn)資料,在未來的農(nóng)作物病蟲害防治方面將有巨大的市場需求。進一步加快微生物農(nóng)藥的研制、產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用進程,降低農(nóng)藥在農(nóng)副產(chǎn)品中的殘留和對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的污染,實現(xiàn)農(nóng)作物重大病蟲害的可持續(xù)控制,必將產(chǎn)生巨大的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。
    1蘇云金芽孢桿菌(Bt)的發(fā)現(xiàn)及殺蟲機理
    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中分離到第1個產(chǎn)生晶體的芽孢桿菌。10年后Berliner從德國蘇云金地方一家面粉廠染病的地中海粉螟中分離到一個相似的菌株,并正式定名為蘇云金芽孢桿菌(Bt)。4年后,一個叫克林諾的科學(xué)家發(fā)現(xiàn),在這種細菌的細胞中可以形成方形或菱形的晶體,可惜這個發(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作為微生物殺蟲劑主要用來防治玉米螟。1938年第1個商品制劑Sporeine在法國問世,從此拉開了生物殺蟲劑的序幕。以后相繼發(fā)現(xiàn)了對鞘翅目、螨類、同翅目、膜翅目、直翅目昆蟲、動植物寄生線蟲、鞭毛蟲、變形蟲、吸蟲、絳蟲有毒殺作用的Bt菌株。
    進一步的研究發(fā)現(xiàn),Bt是革蘭氏陽性菌,另外,它可寄生在一些蛾類和蝶類的幼蟲上,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、有殺蟲活性的δ-毒素(或被稱為殺蟲晶體蛋白)的蛋白結(jié)晶構(gòu)成了內(nèi)孢子。Cry蛋白對鱗翅目(如蛾與蝶)、雙翅目(如蒼蠅、蚊子)和鞘翅目(甲蟲)有很大殺傷力。因此,可將蘇云金芽孢桿菌發(fā)酵生產(chǎn)制成高效生物殺蟲劑,或用Cry基因制成防蟲害的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。
    1.2蘇云金芽孢桿菌(Bt)的殺蟲機理
    蘇云金芽孢桿菌(Bt)之所以能夠殺蟲,是由于它們的細胞內(nèi)存在著一種有毒的蛋白質(zhì),叫做伴孢晶體,昆蟲吞食后就會中毒而死。而這種活細胞及伴孢晶體對環(huán)境無毒無害。因為在動物的胃腸道內(nèi),酸性環(huán)境下蛋白質(zhì)晶體不能溶解,從而對人畜無害。所以它是一種高效安全的生物殺蟲劑,可用來殺滅多種農(nóng)作物害蟲。蘇云金芽孢桿菌(Bt)殺蟲機理主要是:昆蟲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腸道細胞,破壞腸道內(nèi)膜,并進入血淋巴組織,使害蟲因饑餓而出現(xiàn)敗血癥最后死亡。蘇云金芽孢桿菌的防治對象是鱗翅目、膜翅目、雙翅目、鞘翅目等多種害蟲,其藥性的持效期可達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
    過去Bt是作為一種制劑應(yīng)用于農(nóng)林害蟲的防治,隨著生物技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在已對蘇云金芽孢桿菌的殺蟲蛋白質(zhì)和相關(guān)基因作了深入而透徹的研究,也就是說在基因的水平上對它有了更多的了解。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)對上述昆蟲具有極大的毒性,所以這種基因的結(jié)構(gòu)和特性就影響到它本身,也影響到它的殺蟲范圍。當(dāng)然某一基因的長期應(yīng)用會刺激昆蟲產(chǎn)生抗體。因此,現(xiàn)在對蘇云金芽孢桿菌的研究更多地集中在分子水平上。
    2.2國內(nèi)主要研究成果
    中國現(xiàn)在在蘇云金芽孢桿菌殺蟲劑的商品化生產(chǎn)和防治農(nóng)林害蟲的系統(tǒng)工作方面,取得的主要成果有:研制和生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)價廉的Bt懸浮劑和高效價的粉劑,實現(xiàn)了中國Bt殺蟲劑的商品化生產(chǎn);建立了以生物測定為基礎(chǔ)的產(chǎn)品毒力效價測定的質(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殺蟲劑以防治棉、糧、果疏及林業(yè)害蟲,并取得了良好的效果。該研究中研制和生產(chǎn)的適合中國的優(yōu)質(zhì)廉價的Bt懸浮劑,已在農(nóng)林害蟲防治中得到廣泛應(yīng)用;Bt粉劑的毒力效價和防蟲效果,已達到國際同類產(chǎn)品先進水平;以棉鈴蟲和小菜蛾為標(biāo)準(zhǔn)昆蟲,建立了中國Bt產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化測定技術(shù)系統(tǒng),為國產(chǎn)Bt殺蟲劑的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立奠定了良好基礎(chǔ),為與Bt殺蟲劑國際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)接軌提供了保障。
    3研究中存在的問題及解決的思路
    3.1主要問題
    蘇菌基因的表達會發(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,試驗證明毒素減少的晚季植物會形成啟動子的DNA甲基化。 另外,毒素的持續(xù)使用會使普通害蟲演化為抗性蟲。試驗發(fā)現(xiàn),小菜蛾對蘇菌毒素的噴霧形式就已產(chǎn)生抗性。
    蘇菌毒素的運用還有一些可能的危險,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到食草動物群落中,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)有抗植株與無抗植株間種。減少害蟲抗藥性的一個有效方法就是將有抗植株與無抗植株間種,目的是減少抗性基因頻率,犧牲少量無抗植株保證產(chǎn)量。美國和歐洲的某些區(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。依目前來看,這種方法應(yīng)該可以延遲害蟲對蘇菌的抗性;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,抗性基因的存在也就不可能了。不過,至今為止,害蟲滅絕的情況還未出現(xiàn)。
    (2)通過接合構(gòu)建新菌株。蘇云金芽孢桿菌菌株的特定質(zhì)粒可以自行轉(zhuǎn)移,這些質(zhì)?？梢酝ㄟ^接合來構(gòu)建新菌株。例如,科羅拉多馬鈴薯甲蟲(鞘翅目)是北美最具破壞性的馬鈴薯害蟲,歐洲玉米螟和土豆塊莖蠕蟲,對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,沒有一個菌株對所有這些昆蟲都具毒性。然而,通過質(zhì)粒轉(zhuǎn)移雜交,現(xiàn)在已經(jīng)構(gòu)建出對3種害蟲都有效的新菌株,田間試驗表明,該菌株作為廣譜的馬鈴薯殺蟲劑很有前途。
    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),代表著植物保護的方向,其最大的優(yōu)勢在于能克服化學(xué)農(nóng)藥對生態(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,在推廣微生物農(nóng)藥應(yīng)用過程中,農(nóng)副產(chǎn)品的品質(zhì)和價格將大幅度上升,有力地促進農(nóng)村經(jīng)濟增長和農(nóng)民增收,社會效益不可估量。
    我國是一個農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)業(yè)的發(fā)展事關(guān)重大。為了更好地落實科學(xué)發(fā)展觀,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)濟附加值,擴大我國農(nóng)副產(chǎn)品外銷市場,推進綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。所有這些均對發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟、增加農(nóng)民收入、促進農(nóng)村繁榮具有重要的推進作用。
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