苏云金芽孢杆菌杀虫剂存在的问题及改进设想

摘 要：苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）由于其自身特点，由其制成的杀虫剂已成为目前微生物防治害虫的重要手段之一。随着随着苏云金芽孢杆菌制剂应用的不断扩大，害虫抗性也有不同程度的增加，为避免抗性昆虫所造成的损失，就要寻找新的高毒力菌株。本文对苏云金芽孢杆菌杀虫剂存在的问题进行论述，并提出改进办法。

关键词：苏云金芽孢杆菌；抗性；紫外诱变

长期以来，人类消灭害虫靠化学农药，人们不惜投入大量的人力、物力去研制化学农药，据统计全世界每年要生产化学农药200多万。但是单一地使用化学农药，会造成环境污染、害虫抗药性直线上升、破坏了生态平衡等问题。自然界害虫的消长有一定规律性，随着害虫种群的增加，合理地人工传播杀虫微生物是控制害虫最有效的途径之一于是，微生物防治成为生物防治的一个重要组成部分。其中，苏云金芽孢杆菌杀虫剂是使用最广泛的一种。

1、苏云金芽孢杆菌杀虫剂取得的成绩

微生物杀虫剂具有对人、畜及害虫天敌极少或完全没有毒害的优点，不污染环境，保持生态平衡，保持农业、林业的可持续发展，适应人们对无公害农副产品的需求。

自1915年Berline发现鳞翅目昆虫病原苏云金芽孢杆菌以来，这一类型细菌杀虫剂的研究已成为目前微生物防治害虫的重要手段之一。苏云金芽孢杆菌既能直接杀死害虫，又不伤害能控制害虫群落的天敌，对人畜无毒，不污染环境，同时对植物无毒害。近30年来，苏云金杆菌杀虫剂在农、林、卫生害虫的生物防治中起了很大的作用，具有化学杀虫剂不可比拟的优点，它既能直接杀死害虫，又不伤害能控制害虫群落的天敌，对人畜无毒，不污染环境，同时对植物无毒害，不影响作物的色、香、味。其应用范围和防治对象从30年前的4目32属121种扩大到10目522种害虫。苏云金芽孢杆菌杀虫剂在整个生物杀虫剂中占95%，是当今唯一能进行大规模工业生产的商业性微生物农药，美、前苏联等国生产量均在万吨以上。

2、苏云金芽孢杆菌杀虫剂存在的问题

目前苏云金芽孢杆菌制剂的含量普遍偏低，制剂技术落后，防治效果不够稳定，杀虫谱较窄，尤其是对鳞翅目夜蛾科防效不够理想。为了克服该不足，目前许多研究人员试图通过生物工程技术来改造现有的苏云金芽孢杆菌菌株获得广谱、高效的工程菌。但由此获得的工程菌一般存在杀虫基因易丢失，杀虫效果不稳定等缺点，从环境中分离筛选高毒力、广谱的特异性野生苏云金芽孢杆菌菌株已被众多国家的研究人员研究，因此对现已筛选保存的菌种进行诱变以获得目的菌种不失为一种行之有效的方法。

生物均具有一定的生态适应性。在一定生态系统中引入一种生防菌（Bt菌），它能否适应其被引入的生态环境，能否在病菌的寄主植物上定殖、增殖以及能否与相应病原物竞争，这些是生物防治成败的关键，理想的生防菌应具有营养竞争能力强，抗菌物质产生量高，生长速度快及适应性强等特点。竞争和定殖是生防菌在植物促生和防病作用过程中的推动力量，也是成功的关键。随着生防菌（Bt菌）制剂应用的不断扩大，其产毒基因编码产生的晶体蛋白均在不同程度上会引发害虫的抗性。为避免抗性昆虫所造成的损失，寻找新的高毒力菌株是解决这个问题的有效途径，为农业生产和工业生产提供依据。但是，目前大多数生物防治研究都只处在实验室阶段，其中一个重要原因是生防微生物在田间条件下防治效果不稳定，用于大面积推广应用风险太大。为了改变单独的生防微生物防效不稳定的缺陷，可采用与化学农药复配使用或多种拮抗微生物协同防病的方法，以增强生防微生物在田间的防效。

3、苏云金芽孢杆菌的改进设想

近年来由于生物技术的发展，苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因成功地转移到植物细胞，从而获得抗虫转基因植物。因此，开发苏云金芽孢杆菌资源，是发展细菌杀虫剂和抗虫育种的重要基础。我国是农业大国，地形多样，有着丰富的土壤资源，土壤又是苏云金芽孢杆菌的大本营，所以对于苏云金芽孢杆菌资源的开发和利用有着特殊的意义。而且随着害虫抗药性的提高，筛选特异性强基因组合优良的菌种势在必行，为生产新型生物杀虫剂奠定基础。

如何能够筛选出特异性强基因组合优良的菌种？我设计的思路是通过对苏云金芽孢杆菌的库尔斯塔克亚种进行紫外线诱变后，得到毒力更强的突变菌种。具体步骤是：首先对该菌种进行了鉴定：通过测OD值得出其生长曲线来了解该菌种的生长增殖情况，并通过革兰氏染色、芽孢染色和伴孢晶体染色来了解该菌种的外部形态。然后对该菌种进行紫外诱变，筛选出毒力更强的突变菌种。

3.1紫外诱变的机理

由于紫外线不需要特殊贵重设备，只要普通的灭菌紫外灯管即能做到，而且诱变效果也很显著，因此被广泛应用于工业育种。紫外线是波长短于可见光而又紧接紫色光的射线，波长范围为136～390nm，紫外线波长虽较宽，但诱变有效范围仅是200～300nm，仅限于一个小区域，多种微生物最敏感的波长集中在265nm处，在此波长诱变效果最好。

紫外线是一种非电离辐射，所以能引起杀菌或诱变，主要是由于紫外线的作用光谱与核酸的吸收光谱相一致。当物质吸收一定能量的紫外线后，它的某些电子将被提升到较高的能量水平，从而引起分子激发而造成突变；而不吸收紫外线的物质，能量不发生转移，分子也不会激发，不会产生任何化学变化。脱氧核搪核酸能大量吸收紫外线，因此它极容易受紫外线的影响而变化。紫外线的诱变作用是由于它引起DNA分子结构变化而造成的，这种变化包括DNA链的断裂，DNA分子内和分子间的交连，核酸与蛋白质的交连，嘧啶水合物和嘧啶二聚体的产生等，特别是嘧啶二聚体的产生对于DNA的变化起主要作用，也即是紫外光照射能使微生物的脱氧核搪核酸（DNA）的分子结构形成“胸腺嘧啶二原体”，造成复制错误，引起基因突变，从而获得高效降解活性的变异菌种。

3.2 光修复

DNA经紫外线照射后形成嘧啶二聚体，光复活酶和二聚体结合后形成一复合物。当复合物暴露在可见光下时，酶即活化并将二聚体分解成单体，酶被释放，使DNA链的缺口修复而恢复正常的DNA双链结构，形成光修复。

参考文献

[1] 周德庆 等.微生物试验教程.北京：高等教育出版社，2006.

[2] 岑沛霖，蔡谨 等.工业微生物学.北京：化学工业出版社，2000.

[3] 金志华，林建平，梅乐和 等.工业微生物遗传育种学原理与应用.北京：化学工业出版社，2006.