蘇云金芽孢桿菌（拉丁學(xué)名：Bacillus thuringiensis），簡(jiǎn)稱Bt菌，是芽孢桿菌科芽孢桿菌屬的兼性厭氧型革蘭氏陽性菌，也是應(yīng)用最為廣泛的病原性殺蟲脒細(xì)菌。蘇云金芽孢桿菌在土壤、水、空氣、植被中廣泛分布。
蘇云金芽孢桿菌最初由日本生物學(xué)家Ishiwata于1901年在染病桑蠶體內(nèi)發(fā)現(xiàn)。1956年，T. Angus證明了蘇云金芽孢桿菌產(chǎn)生的Cry蛋白具有殺蟲作用。20世紀(jì)80年代，人們證實(shí)蘇云金芽孢桿菌基因在植物體內(nèi)可以遺傳，開啟了蘇云金芽孢桿菌轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的研究與應(yīng)用。蘇云金芽孢桿菌營(yíng)養(yǎng)體兩端鈍圓，大小為1.2~1.8μmx3.0~5.0μm，多數(shù)種有周生鞭毛。蘇云金芽孢桿菌的生活周期可分為3個(gè)發(fā)育階段：芽孢休眠期、營(yíng)養(yǎng)體時(shí)期和孢子囊時(shí)期。
蘇云金芽孢桿菌對(duì)鱗翅目、雙翅目、鞘翅目等100多種害蟲和動(dòng)植物線蟲有很好的毒殺作用。其成熟的營(yíng)養(yǎng)體內(nèi)能形成芽孢和伴孢晶體，其殺蟲脒活力源于伴孢晶體內(nèi)的晶體蛋白δ-內(nèi)毒素，以及β-外毒素、α-外毒素和γ-外毒素。多數(shù)鱗翅目幼蟲，如菜粉蝶食入芽孢和晶體蛋白后，毒素在腸管內(nèi)作用數(shù)分鐘，微絨毛開始膨脹，解體，中腸細(xì)胞出現(xiàn)突起，然后破裂，從而引起攝食停止。美國(guó)白燈蛾隨著中腸損傷而出現(xiàn)各種障礙，如腹瀉、胃腸麻痹與反胃等，直至死亡。蘇云金芽孢桿菌已廣泛用于防治蔬菜害蟲、水稻害蟲、棉花害蟲、玉蜀黍?qū)?/a>害蟲、園林及果茶害蟲、醫(yī)學(xué)昆蟲、倉(cāng)儲(chǔ)害蟲和動(dòng)物寄生昆蟲等。
名字由來
最早被發(fā)現(xiàn)的一株是日本人石渡于1901年從蠶尸上分離到的，取名為“猝倒桿菌"，但當(dāng)時(shí)未引起重視。1911年德國(guó)人Berliner從地中海粉螟中分離到一株致病細(xì)菌，命名為蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis，簡(jiǎn)稱Bt）。因?yàn)檫@株芽孢桿菌屬是在德國(guó)蘇云金省獲得的，故而得名。此后該細(xì)菌在害蟲的生物防治中得到廣泛應(yīng)用。
分類
蘇云金芽孢桿菌被發(fā)現(xiàn)以后，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)在種的分類研究中是有爭(zhēng)議的。主要問題在于Berliner提出的蘇云金芽孢桿菌屬是一個(gè)獨(dú)立的種，還是蠟狀芽孢桿菌（B.cereus）的一個(gè)變種，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)在于伴孢晶體的生成是否可以作為區(qū)別上述兩個(gè)種的依據(jù)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的《伯杰氏細(xì)菌鑒定手冊(cè)》只把穩(wěn)定時(shí)的特征作為分類指標(biāo)。不同意把蘇云金芽孢桿菌作為一個(gè)新種的理由在于試驗(yàn)證明蘇云金芽孢桿菌產(chǎn)生伴孢晶體是不穩(wěn)定的，例如在培養(yǎng)蘇云金芽孢桿菌時(shí)加入尿素，就不產(chǎn)生伴孢晶體了，并且這種不產(chǎn)晶體的菌株，不能再變?yōu)楫a(chǎn)晶體的菌株。因而有人認(rèn)為蘇云金芽孢桿菌屬只是蠟狀芽孢桿菌的一個(gè)變種。
然而細(xì)菌分類不僅依賴個(gè)體形態(tài)和菌落形態(tài)，還包括生理生化反應(yīng)、對(duì)噬菌體的感受性、血清學(xué)試驗(yàn)、脫氧核糖核酸同源、生態(tài)及生活史等。利用這些方法檢測(cè)了蘇云金芽孢桿菌與蠟狀芽孢桿菌，表明它們之間有原則上的不同，是近源的兩個(gè)獨(dú)立的種。《伯杰氏細(xì)菌鑒定手冊(cè)》第7版考慮了它們的這些差別，以及蘇云金芽孢桿菌在經(jīng)濟(jì)上的重要性，于是把它作為一個(gè)獨(dú)立的種。
蘇云金芽孢桿菌菌株主要分離自土壤，根據(jù)鞭毛蛋白的抗原特性不同可將其分成不同血清型亞種。到1999年，已鑒定的亞種有70個(gè)鞭毛血清型、83個(gè)亞血清型。
形態(tài)特征
蘇云金芽孢桿菌營(yíng)養(yǎng)體兩端鈍圓，大小為1.2~1.8μmx3.0~5.0μm，多數(shù)種有周生鞭毛。革蘭氏染色呈陽性。通氣良好時(shí)，32℃培養(yǎng)，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期為8~12小時(shí)。營(yíng)養(yǎng)繁殖方式是橫裂生殖。營(yíng)養(yǎng)體生長(zhǎng)到一定階段進(jìn)入芽孢囊期。成熟的芽孢著生于細(xì)胞的一端。同時(shí)，在細(xì)胞的另一端，則形成容易著色的伴胞晶體；伴胞晶體可以是一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)，形態(tài)也不盡相同。
芽孢成熟后，芽孢囊破裂，釋放出游離的芽孢和伴胞品體。蘇云金桿菌芽孢的形態(tài)和大小，往往依菌株本身的特性、培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件的差異而不同。芽孢能抵抗高溫、干燥、化學(xué)藥物的影響。伴胞晶體是一種蛋白質(zhì)，由一種或多種多肽組成，形態(tài)有菱形、長(zhǎng)菱形、方形、圓形，或橢圓形、鑲嵌形、無定形和三角形等。大多數(shù)菌株的伴胞品體對(duì)敏感昆蟲有特異的毒殺作用。
但不同亞種有差異。以周生鞭毛運(yùn)動(dòng)，如武漢亞種(subsp. wuhanensis)。革蘭氏反應(yīng)呈陽性，好氣，需要充足的空氣才能生長(zhǎng)良好。在平面培養(yǎng)基上形成圓形菌落，邊緣整齊，乳白色，有光澤。生長(zhǎng)最適溫度為28~32℃，高限40~45℃，低限10~15℃，適宜于中性pH值范圍。能利用葡萄糖、海藻糖等作碳源，并能產(chǎn)生酸;能使牛乳凝固及明膠分解；具γ-外毒素使卵黃瓊脂培養(yǎng)基液化。
特征鑒定
1.革蘭氏染色和芽孢染色。取24h菌齡的培養(yǎng)物，以革蘭氏染色法進(jìn)行染色，并在顯微鏡油鏡下觀察，以鑒定菌株屬于革蘭氏陽性菌還是陰性菌。一般情況下，觀察芽孢不是必須通過芽孢染色法，在革蘭氏染色或者普通石炭酸品紅粉染色1~2min后就能在油鏡下看到，蘇云金芽孢桿菌的芽孢和伴孢晶體甚至可以不經(jīng)染色直接在相差顯微鏡下觀察到。極少數(shù)情況下才須經(jīng)芽孢特殊染后在普通光學(xué)顯微鏡下觀察。
觀察芽孢時(shí)注意芽孢的形狀、大小及著生位置，芽孢囊是否膨大，伴孢晶體的形狀與分布等。當(dāng)蘇云金芽孢桿菌菌體老熟時(shí)，芽孢呈橢圓或卵圓形著生于菌體細(xì)胞一端，大小約（0.8~0.90）μmx2.0μm，在細(xì)胞的另一端形成一至多個(gè)菱形或正方形的伴孢晶體有時(shí)芽孢位于細(xì)胞中央，而伴孢晶體卻位于細(xì)胞兩端，完全成熟后的芽孢和伴孢晶體常呈游離狀。能形成芽孢并同時(shí)形成伴孢晶體是蘇云金芽孢桿菌屬區(qū)別于其他芽孢桿菌的最顯著的形態(tài)特征。
2.菌體大小及個(gè)體形態(tài)觀察。在進(jìn)行革蘭氏染色觀察和芽胞染色觀察的同時(shí)，注意觀察細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)體的形態(tài)、大小、桿菌兩端、排列及分布等個(gè)體特征，同時(shí)測(cè)定菌體大小，做好記錄。
3.通過鞭毛染色法染色。以鞭毛染色法確定鞭毛的有無及其著生位置等。須取24h的培養(yǎng)菌及多個(gè)重復(fù)實(shí)驗(yàn)的一致結(jié)論，獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。
4.用亞甲基藍(lán)染色液染色。取幼齡培養(yǎng)物，用0.1%美藍(lán)染色液染觀察原生質(zhì)中有無不著色的聚 βγ-羥基丁酸顆粒。
分布與生境
蘇云金芽孢桿菌在土壤中、病死昆蟲、貯藏物、植被以及污水、塵埃等基質(zhì)上均有廣泛的分布，而土壤作為微生物的大本營(yíng)，也是蘇云金芽孢桿菌分布最為豐富的生境。這是由于分布于其他生境，如死蟲、枯枝落葉、塵渣、污水等的蘇云金芽孢桿菌菌株，最終也隨著生物大循環(huán)而回到土壤中。因此，土壤環(huán)境往往被選擇作為研究不同蘇云金芽孢桿菌資源的材料，許多對(duì)特定目標(biāo)昆蟲有毒的亞種（或菌株）也從土壤中被分離到。
生活史
蘇云金芽孢桿菌的生活周期可分為3個(gè)發(fā)育階段：芽孢休眠期、營(yíng)養(yǎng)體時(shí)期和孢子囊時(shí)期。
芽孢（spore）又稱孢子，是休眠的細(xì)菌，能抵抗干燥、高溫和低溫等不良環(huán)境，是保持種存活的形式。遇到適宜條件時(shí)，2~4h即發(fā)芽成為營(yíng)養(yǎng)菌體（vegetativecell）。營(yíng)養(yǎng)菌體經(jīng)過4~6h橫裂增殖，6~10h時(shí)分裂繁殖最旺盛，進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。在此時(shí)，因不同亞種而有外毒素從菌細(xì)胞釋放到培養(yǎng)基中。
營(yíng)養(yǎng)菌體生長(zhǎng)到一定時(shí)間后，受營(yíng)養(yǎng)或環(huán)境因素的影響，形成孢子囊。此時(shí)，發(fā)生許多細(xì)胞學(xué)和生物化學(xué)的變化，菌體先合成孢外酶（即γ-外毒素），分泌于菌體外，可能有助于菌體分解和吸收某些形成孢子囊所必需的物質(zhì)。營(yíng)養(yǎng)體生長(zhǎng)到穩(wěn)定期的后期，在孢子囊的一端或中央開始形成一個(gè)卵圓形的芽孢，亦稱內(nèi)生孢子，其大小依亞種而異。如蘇云金亞種（subsp.thuringiensis）的芽孢約0.8~0.9x2.0μm。武漢亞種的芽孢約0.55x1.38μm。同時(shí)，在另一端形成蛋白結(jié)晶，叫伴孢晶體（即S-內(nèi)毒素）。此時(shí)若缺乏足夠的空氣會(huì)延遲芽孢的形成，甚至不能形成。鏡檢時(shí)芽孢不易被石炭酸品紅粉染色，但可被孔雀石綠染成綠色。芽孢囊不膨大。生長(zhǎng)至衰亡期后，芽孢囊破裂，芽孢被釋放出來。在部分亞種中，如幕蟲亞種（subsp.finitimus）等中，其芽孢從營(yíng)養(yǎng)體分離后，孢與伴孢晶體被包裹在芽孢外套里，不發(fā)生分離。伴孢晶體形狀、大小與數(shù)目依亞種與菌株不同而異，一般呈菱形、長(zhǎng)菱形、方形等形狀，但也有呈圓形或橢圓形三角形、鑲嵌形、無定形等。每個(gè)營(yíng)養(yǎng)體可形成一個(gè)至數(shù)個(gè)伴孢晶體。
土壤菌種分離
稀釋涂布法
鏟去取樣點(diǎn)的土表層，用干凈的采樣工具鏟取土樣50~100g，每個(gè)采樣點(diǎn)至少取10處，并將所采土樣裝于無菌瓶中混勻，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干、碾碎，充分混合后取約50g細(xì)土，密閉于塑料袋中并保存在低溫干燥處。
稱取10g土樣于裝有100m無菌水的三角瓶中（瓶?jī)?nèi)裝有玻璃珠），充分振蕩以分散菌體，即成為稀釋10倍的土壤懸液，置于65℃水浴中預(yù)處理15min，殺滅真菌及非芽孢類微生物。
向牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基加入適量抗生素（芐青霉素、多黏菌素B，或者兩者同時(shí)添加，濃度為4~5mg/L）進(jìn)行選擇性培養(yǎng)。加入青霉素和多黏菌素B對(duì)其他芽孢類細(xì)菌有較好的抑制作用，而對(duì)蘇云金芽孢桿菌的影響甚微，因此選擇性培養(yǎng)效果很好，可以較大地提高蘇云金芽孢桿菌的檢出率。但抗生素的含量不能太高，否則同樣會(huì)抑制蘇云金芽孢桿菌的生長(zhǎng)，影響分離效果。有時(shí)在培養(yǎng)基中單獨(dú)添加多黏菌素B（濃度為5mg）也有較好的分離效果。瓊脂培養(yǎng)基以三角瓶盛裝，做常規(guī)滅菌，滅菌完成立即添加抗生素，待冷卻至50℃左右時(shí)傾倒入無菌培養(yǎng)皿備用。
采用10倍逐級(jí)稀釋法，依次得到10-2、10-3、10-4、10-5、10-6稀釋度的土壤稀釋液。可根據(jù)土壤中微生物的數(shù)量，決定最高的稀釋度。土壤稀釋方法詳見“實(shí)驗(yàn)九，微生物的接種、分離技術(shù)與菌種保藏”用無菌移液管取上述3~5個(gè)連續(xù)稀釋度的土壤稀釋液0.1mL每一個(gè)稀釋度重復(fù)做3次，分別放入分離培養(yǎng)基的無菌瓊脂平板中，用無菌三角擴(kuò)散棒將稀釋液涂布開來。
將涂布好的培養(yǎng)皿倒置于30℃培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)，培養(yǎng)24h、48h、72h后，觀察記錄培養(yǎng)菌落的形態(tài)。蘇云金芽孢桿菌在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中培養(yǎng)24h后即可形成灰白、大小均勻、黏濕、不透明、有皺紋、邊緣不規(guī)則的菌落。挑取外觀疑似的菌落，用石炭酸品紅粉染料染色1~2min，鏡檢，觀察記錄菌體、孢和伴孢晶體的形態(tài)。若具有桿狀營(yíng)養(yǎng)體、芽孢及伴孢晶體，可初步確定為蘇云金芽孢桿菌，挑取這些菌落做重復(fù)的培養(yǎng)觀察，其余菌落可以滅菌后丟棄。最后將擬確定的目標(biāo)菌落轉(zhuǎn)至培養(yǎng)斜面，反復(fù)轉(zhuǎn)管培養(yǎng)。若菌種不純，可再依法反復(fù)稀釋，或配合進(jìn)行劃線分離，直至獲得純培養(yǎng)菌株為止。
將檢查合格、有伴孢晶體的純培養(yǎng)菌株轉(zhuǎn)至無菌斜面，于30℃環(huán)境中培養(yǎng)24h后直接放4℃冰箱保藏。或取高濃度的斜面孢子懸液于無菌砂土管中，置于真空干燥器內(nèi)抽真空后于4℃冰箱中冷藏保存。
毒素
蘇云金芽孢桿菌至少可產(chǎn)生四種毒素，即除伴孢晶體（稱為δ-內(nèi)毒素）外，還有α、β、γ三種外毒素。其中研究得較詳細(xì)的而且在實(shí)際應(yīng)用中作用較大的是8-內(nèi)毒素。
δ-內(nèi)毒素，即構(gòu)成伴孢晶體的殺蟲脒品體的殺蟲晶體蛋白（Insecti-cidal Crystal Proteins,ICPs）是一類由蘇云金芽孢桿菌所產(chǎn)生的重要?dú)⑾x物質(zhì)，是β殺蟲劑的主要有效成分，也是抗蟲轉(zhuǎn)基因植物的重要目的基因之一。已克隆的ICPs基因有140多種，按同源性可分為兩大類群，即Cry蛋白和Cyt蛋白，分子量從27~140kDa不等。其中，Cry蛋白無論在種類上、還是在實(shí)際應(yīng)用中都占主要地位。當(dāng)伴孢晶體被昆蟲食人后，首先要在昆蟲中腸液中溶解并釋放出殺蟲脒晶體蛋白。大分子量殺蟲晶體蛋白(130kDa)，在它們與中腸上皮膜受體結(jié)合以前，首先需經(jīng)美國(guó)白燈蛾中腸Caspase-3酶切活化，從原毒素（protoxin）分子的N_、C_末端分別切除部分氨基酸殘基，形成真正具有殺蟲活性的毒性肽（50-65kDa），然后與中腸上皮細(xì)胞作用引起中腸發(fā)生病理學(xué)變化、昆蟲死亡。
對(duì)ICPs殺蟲機(jī)制的研究，通過X-光晶體射分析發(fā)現(xiàn)，完整的毒性肽一般由三個(gè)結(jié)構(gòu)域組成。結(jié)構(gòu)域Ⅰ由一個(gè)α-螺旋束組成，可能與細(xì)胞膜穿孔有關(guān)：結(jié)構(gòu)域Ⅱ?由三組β-折疊片層組成，可能參與了素與膜受體蛋白的識(shí)別和結(jié)合；位于毒素分子C_端的結(jié)構(gòu)域Ⅲ，則可能能夠防止昆蟲腸道Caspase-3對(duì)毒性肽分子的進(jìn)一步降解。在結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)上，人們又通過基因定點(diǎn)突變等手段對(duì)殺蟲脒晶體蛋白作用的分子機(jī)制作了深入探索，從而對(duì)那些與受體結(jié)合和膜穿孔等有關(guān)的-折疊片、α-螺旋等二級(jí)結(jié)構(gòu)，甚至關(guān)鍵的氨基酸殘基等有了一定的了解。研究表明，在殺蟲過程中，毒性肽首先通過結(jié)構(gòu)域Ⅱ或結(jié)構(gòu)域Ⅲ的特殊部位與昆蟲中腸上皮細(xì)胞膜上的受體蛋白識(shí)別并專一性結(jié)合，從而誘導(dǎo)毒素分子空間構(gòu)象發(fā)生變化，使結(jié)構(gòu)域Ⅰ中的某些α-螺旋從α-螺旋束中彈出并插入細(xì)胞膜中；來自多個(gè)毒性肽分子的α-螺旋通過在膜中發(fā)生寡聚合，圍成外表面疏水、內(nèi)表面親水的膜離子通道，進(jìn)而引起細(xì)胞滲透平衡的破壞、細(xì)胞吸脹破裂，最后導(dǎo)致腸壁破裂、昆蟲死亡。這些研究結(jié)果將對(duì)毒素改造以及昆蟲抗性克服有較大幫助。
即磷酸脂酶C。蠟狀芽孢桿菌也產(chǎn)生這種毒素。它能破壞中腸細(xì)胞的磷脂膜，從而造成細(xì)胞破裂，進(jìn)而造成消化道壁破裂，細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)體和孢子侵入血腔。這種感染可形成典型的敗血癥。但從實(shí)用的角度來看，α-外毒素對(duì)于防治鱗目昆蟲的作用并不大。因?yàn)榱字荒苡蔂I(yíng)養(yǎng)細(xì)胞產(chǎn)生，而大多數(shù)鱗翅目昆蟲幼蟲的中腸pH值很高，孢不能萌發(fā)，并不存在營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞。
β-外毒素
是一種腺苷行生物，作為ATP的類似物而起作用。實(shí)驗(yàn)證明，β-外毒素能抑制RAN的合成，因?yàn)槎嗑勖赴?外毒素當(dāng)作ATP。所以這種抑制可被ATP部分逆轉(zhuǎn)。還有實(shí)驗(yàn)證明，β-外毒索也是腺苷環(huán)化酶C的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，使ATP形成cAMP的反應(yīng)受阻。cAMP是第二信使，調(diào)節(jié)多種激素的水平。所以β-外毒素能影響受激素調(diào)節(jié)的一些生理活動(dòng)，如昆蟲的變態(tài)。
日本曾將β-外毒素混入家畜和家禽飼料中，用于防止類便中家羽化為成蟲。但后來發(fā)現(xiàn)β-外毒素對(duì)雞等動(dòng)物有一定毒性，使用受到限制。從作用機(jī)理來年看，β-外毒素對(duì)哺乳動(dòng)物是有害的，所以工業(yè)生產(chǎn)所用的菌株都是不產(chǎn)-外毒素的變種。但如果合理使用，β-外毒素仍可能是一種有前途的殺蟲劑。
一種性質(zhì)尚未確定的酶類，可與磷酸甘油酯作用。分子結(jié)構(gòu)和毒性不詳除上述毒素外，蘇云金芽孢桿菌的某些變種還能產(chǎn)生一些特殊的素素。如甲殼質(zhì)等。由于比較少見，研究得比較少，實(shí)際應(yīng)用中一般不予考慮。
殺蟲
殺蟲機(jī)制
不同品系的蘇云金芽孢桿菌感染不同的昆蟲，其致病過程有些差異，但是昆蟲一般都因晶體蛋白引起的中毒癥和因細(xì)菌增殖引起的敗血癥，兩癥并發(fā)而死亡。對(duì)感染蘇云金芽孢桿菌的鱗翅目昆蟲和雙翅目昆蟲進(jìn)行系統(tǒng)的組織病理和細(xì)胞病理學(xué)研究。試驗(yàn)證明：δ-內(nèi)毒素對(duì)這兩類昆蟲中腸上皮細(xì)胞的作用十分迅速，處理后1min之內(nèi)，柱狀細(xì)胞的微絨毛紊亂且不規(guī)則膨大，從基部開始消失，線粒體和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有不同程度的膨大和解體。隨后可以看到球狀突起出現(xiàn)，并逐漸取代微絨毛。隨著感染時(shí)間加長(zhǎng)，細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)許多空泡并進(jìn)一步擴(kuò)大，致使整個(gè)細(xì)胞解體，脫落到腸腔。
多數(shù)鱗翅目幼蟲，如菜粉蝶食入芽孢和晶體蛋白后，毒素在腸管內(nèi)作用數(shù)分鐘，微絨毛開始膨脹，解體，中腸細(xì)胞出現(xiàn)突起，然后破裂，從而引起攝食停止。美國(guó)白燈蛾隨著中腸損傷而出現(xiàn)各種障礙，如腹瀉、胃腸麻痹與反胃等，直至死亡。
蘇云金芽孢桿菌的殺蟲脒范圍已擴(kuò)展到鱗翅目、雙翅目、鞘翅目、同翅目、直翅目、膜目、虱目等昆蟲以及線蟲、螨形總目等害蟲。近年來國(guó)際上分離到了具有抗癌活性蘇云金芽孢桿菌菌株。每一菌株都有特定的殺蟲專一性，有的菌株僅能殺某一目的昆蟲，有的只能殺某一科的昆蟲。
蘇云金芽孢桿菌主要是經(jīng)口感染昆蟲的，它殺死昆蟲可由菌體本身的活動(dòng)而引起，但使害蟲死亡的更主要原因則是菌體產(chǎn)生的毒素。毒素不僅能幫助細(xì)菌入侵而且可使害蟲在短時(shí)間里中毒死亡。蘇云金芽孢桿菌的致病過程，可因菌株和昆蟲種的組合不同而不同，但一般因晶體毒素中毒癥較多。
鱗翅目幼蟲依其對(duì)晶體毒素的敏感性及其食人晶體毒素后感病反應(yīng)的不同，被分為如下3種類型。但也有學(xué)者認(rèn)為把對(duì)蘇云金芽孢桿菌敏感的昆蟲截然地分成Ⅰ型、Ⅱ型或Ⅲ型似乎是困難的。
Ⅰ型：昆蟲在食人伴孢晶體后幾分鐘引起中腸麻痹，1~7h可使腸壁破損，腸道堿性內(nèi)含物漏人血腔，引起血淋巴pH值增高（1~1.5單位），導(dǎo)致昆蟲全身癱瘓而死。如家酒店集團(tuán)蠶、柞蠶（Antheraea pernyi）和番茄天蛾（Protoparce quinquemaculata）。
Ⅱ型：昆蟲在食人伴孢晶體后幾分鐘內(nèi)能引起中腸麻痹，但腸道內(nèi)容物不自腸道漏入血腔，血淋巴pH值只因停止取食后的饑餓而有微小升高；故無全身癱瘓出現(xiàn)，2~4d死亡。鱗翅目中大多數(shù)昆蟲屬此類型。代表種為歐洲粉蝶和森林天幕毛蟲（Malacosoma disstria）。
Ⅲ型：昆蟲食人伴孢晶體不能致病，要同時(shí)食人伴孢晶體和芽孢才能起作用。感染后不出現(xiàn)全身癱瘓癥狀，血淋巴pH值也不發(fā)生改變，2~4d死亡。代表種為地中海粉斑螟。
主要病癥
不同品系的蘇云金芽孢桿菌感染不同的昆蟲，致病過程也有差異。但昆蟲一般都因晶體蛋白引起的中毒癥和因細(xì)菌在體內(nèi)增殖而引起的敗血癥并發(fā)而死亡。鱗翅目昆蟲幼蟲吞食晶體蛋白后，中腸細(xì)胞迅速破壞，造成腸穿孔，細(xì)菌侵人血腔并繁殖。美國(guó)白燈蛾可出現(xiàn)突然拒食、腹瀉和胃腸麻痹等癥狀，最終形成敗血癥和全身癱瘓而死。整個(gè)過程為 2~4天。死亡后的蟲體一般體色變深，呈褐色或黑色，體軟，腐臭。
施藥方法
可采用噴霧、噴粉、灌心、飛機(jī)噴灑等。無論哪種方法，務(wù)必施藥均勻，保證害蟲有吃食的機(jī)會(huì)，方能起到毒殺作用。蘇云金芽孢桿菌殺蟲劑加入微量的化學(xué)殺蟲劑，或與其他微生物殺蟲劑混合施用，可以起到協(xié)同作戰(zhàn)的效果，能顯著提高害蟲的死亡率。
蘇云金芽孢桿菌殺蟲脒劑與其他生物制劑復(fù)配的生物農(nóng)藥，有更廣的殺蟲譜。
應(yīng)用發(fā)展
1956年，T.Angus證明了蘇云金芽孢桿菌產(chǎn)生的Cry蛋白具有殺蟲作用。
1962年，巴斯德研究所的Barjac創(chuàng)立了一個(gè)新方法，她根據(jù)蘇云金芽孢桿菌營(yíng)養(yǎng)型細(xì)胞的鞭毛抗原性把世界各地發(fā)現(xiàn)的屬于蘇云金芽孢桿菌的菌株分成許多不同的血清型，其方法是將試管中的蘇云金芽孢桿菌倒立在半固體的細(xì)菌培養(yǎng)基中培養(yǎng)，活化鞭毛，然后擴(kuò)大培養(yǎng)，注射動(dòng)物，使之產(chǎn)生抗血清，利用此已知菌的抗血清可以鑒定未知的菌株是否與已知菌株有共同的鞭毛抗原，即根據(jù)它和抗血清在玻片上或試管中有無凝集現(xiàn)象而證明此株蘇云金芽孢桿菌的血清型。
20世紀(jì)80年代，人們證實(shí)蘇云金芽孢桿菌基因在植物體內(nèi)可以遺傳，開啟了蘇云金芽孢桿菌轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的研究與應(yīng)用。
1987年，Tavers等利用醋酸鹽對(duì)芽孢萌發(fā)的選擇性抑制試驗(yàn)，發(fā)明了采用選擇性培養(yǎng)基分離蘇云金芽孢桿菌的方法，從而提高了從蟲體分離蘇云金芽孢桿菌的效率。
1993年，中國(guó)就已經(jīng)成功地將蘇云金芽孢桿菌基因轉(zhuǎn)入玉蜀黍?qū)?/a>，完全掌握了轉(zhuǎn)基因玉米的研發(fā)技術(shù)。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、南宮生物化工廠從1500株蘇云金芽孢桿菌中篩選到一株對(duì)棉鈴蟲特異高毒力的菌株YBT-1520，該菌株對(duì)棉鈴蟲的毒力明顯高于HD-1菌株，屬鞭毛抗原血清型H3abc，其crylh(c)基因定位于7.0kbHindⅢ片斷上，基因核苷酸序列有四個(gè)堿基與HD-1有明顯差異，在國(guó)內(nèi)外屬首次發(fā)現(xiàn)。1994年至1995年，本成果已在中國(guó)河北、河南省兩省推廣150萬畝，防治二代棉鈴蟲的效果達(dá)85%以上，累計(jì)新增產(chǎn)值1600多萬元。
菲律賓是首先利用轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米防治亞洲玉米螟的亞洲國(guó)家，2008年種植轉(zhuǎn)基因玉米35萬公頃（其中抗蟲玉米28萬公頃），農(nóng)民增收4900多萬美元，2003年至2008年因種植轉(zhuǎn)基因玉米農(nóng)民增收8800萬美元。
為了控制草地貪夜蛾，巴西于2008年至2009年生長(zhǎng)季開始種植轉(zhuǎn)蘇云金芽孢桿菌基因抗蟲玉米，2009年至2010年生長(zhǎng)季其面積已占玉米總面積的39.5%。
截至2013年，中國(guó)已建成了先進(jìn)的基因轉(zhuǎn)化平臺(tái)，克隆了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的功能基因，培育出了一批性狀優(yōu)異的轉(zhuǎn)基因玉米材料，并具備了工廠化生產(chǎn)能力。從而，形成了從基因克隆、規(guī)模化轉(zhuǎn)化、安全評(píng)價(jià)、品種培育甚至商業(yè)化開發(fā)的完善的轉(zhuǎn)基因玉米開發(fā)體系。
2019年，科諾生物生產(chǎn)的KN11產(chǎn)品，中國(guó)國(guó)內(nèi)銷售額約為1900萬元，其中僅在用于防治草地貪夜蛾上的銷售額就已超過500萬元。另外，該蘇云金芽孢桿菌制劑在防治二化螟、稻縱卷葉螟 （Cnaphalocrocis medinalis Guenee）和菜粉蝶（Pieris rapae）等害蟲上也具有顯著效果，并已在華中地區(qū)、華東和珠三角地區(qū)等區(qū)域進(jìn)行推廣應(yīng)用。
2021年11月，中國(guó)首例基因工程微生物農(nóng)藥“蘇云金桿菌G033A”，也是中國(guó)國(guó)內(nèi)獲批登記的第一個(gè)基因工程生物殺蟲劑，在露地蔬菜、油菜、茶園、北方玉米等種植中采用該產(chǎn)品進(jìn)行生物防治，效果達(dá)80%，并實(shí)現(xiàn)示范田塊天敵昆蟲數(shù)量顯著高于化學(xué)殺蟲劑防治田塊，經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益顯著，應(yīng)用前景良好。
截至2024年，中國(guó)國(guó)家植保微生物種質(zhì)資源庫（湖北）已保存3000余株蘇云金芽孢桿菌株，研究人員已完成所有菌株的農(nóng)藥殺蟲脒活性評(píng)價(jià)，篩選出多株對(duì)不同種類目標(biāo)昆蟲的高活性菌株，開發(fā)出十余種生物農(nóng)藥產(chǎn)品，廣泛用于糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物病蟲害防控。
應(yīng)用領(lǐng)域
蘇云金芽孢桿菌可以用于防治的蔬菜害蟲有歐洲粉蝶、小菜蛾、瓜絹螟、番茄棉鈴蟲、煙草夜蛾、銀紋蛾等，而且對(duì)這些害蟲的天敵如跌蛹蠅蛹金小蜂屬和小菜蛾絨繭蜂的影響很小，在無公害蔬菜種植中起著很重要的作用。
自20世紀(jì)70年代初期起，中國(guó)應(yīng)用蘇云金芽孢桿菌防治多種水稻害蟲，取得了較好效果，并且積累了大量經(jīng)驗(yàn)，摸索出許多用蘇云金芽孢桿菌防治水稻害蟲的好方法。蘇云金芽孢桿菌已成為中國(guó)水稻害蟲防治的重要手段之一。已報(bào)道用蘇云金芽孢桿菌可有效防治的水稻害蟲有直紋稻弄蝶、稻縱卷葉螟、三化螟、二化螟、稻鱗翅目、稻馬、蛞蝓等。
棉鈴蟲隸屬鱗翅目夜蛾科，是世界性的棉花害蟲，可造成棉花大面積減產(chǎn)甚至絕收。多年來棉鈴蟲的防治都是使用化學(xué)農(nóng)藥，棉鈴蟲對(duì)常用菊酯類、有機(jī)磷類和氨基甲酸酯類農(nóng)藥都已產(chǎn)生了抗性，使田間用藥量增大，破壞了生態(tài)平衡，導(dǎo)致棉鈴蟲的大爆發(fā)并使生產(chǎn)成本一再提高。低毒、無公害的生物殺蟲劑在棉鈴蟲綜合防治中顯示出越來越重要的作用，其中使用面積最大應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬蘇云金芽孢桿菌，用其防治棉鈴蟲取得了一定的成效，對(duì)二代棉鈴蟲的防效可達(dá)95%以上，可將蟲口密度壓低到經(jīng)濟(jì)損失水平以下。
玉米螟是危害玉米的主要害蟲之一，用蘇云金芽孢桿菌防治玉米螟比常用化學(xué)農(nóng)藥的效果還好。在山東省用蘇云金芽孢桿菌粉0.5kg加土50~100kg，和50~100kg蘇云金芽孢桿菌菌土加巴氏蠶白僵菌20倍菌土防治玉米螟取得了良好的效果。江蘇省用濃度為每毫升0.5億~1億的7216菌液在玉米心葉期進(jìn)行灌心防治，72h后玉米螟美國(guó)白燈蛾的死亡率達(dá)83.4%~88.8%。用菌株7216、HD-1、7404（H4ac）和77-1（H1）四種蘇云金芽孢桿菌分別制成5億·g-1和10億·g-1的顆粒劑，在玉蜀黍?qū)?/a>心葉期施用，莖減退率和蛀孔減退率分別為70%~90%和82%~93%。飛機(jī)噴酒蘇云金桿菌乳劑防治玉米螟試驗(yàn)證實(shí)，對(duì)一代玉米螟的防治效果可達(dá)70%左右。
蘇云金芽孢桿菌在防治松毛蟲屬、櫟綠卷葉蛾（Tortrix viridana）和落葉松灰小卷葉蛾（Eucosma diniana）、天幕毛蟲（Malacosoma Pluviale）、舞毒蛾（Lymanlria dispar）、異色卷葉蛾（Argyroplace variegana）、蘋白小卷葉蛾（Spilonota ocellana）、松白條尺蛾科（Operophtera brμmata）、蘋果巢蛾（Hyponomeuta malinellus）、食果巢蛾（H. padellus）和美國(guó)白燈蛾（Hyphantria cunea）、葡萄上的卷葉蛾等林業(yè)害蟲方面均獲得良好效果。
1.防治蚊蟲：蘇云金芽孢桿菌H-14是一種廣譜的生物殺蟲劑，曾用于防治多類蚊類幼蟲。從對(duì)8種蚊類幼蟲敏感度測(cè)定的結(jié)果來看，它對(duì)伊蚊（A.vezans）幼蟲毒效最高，對(duì)庫蚊的毒效略差，對(duì)瘧蚊屬的毒效較差。
在德國(guó)萊茵河流域500km2的范圍內(nèi)利用蘇云金芽孢桿菌i對(duì)伊蚊進(jìn)行連續(xù)18年的控制，取得了較好的防治效果。同時(shí)，在中國(guó)、印度、美國(guó)、巴西等地也進(jìn)行了蘇云金芽孢桿菌i的野外應(yīng)用，將其成功地用于伊蚊美國(guó)白燈蛾的防治。
2.防治蚋：蚋是一種長(zhǎng)2~5mm的吸人畜血液的小型雙翅蠅，蘇云金芽孢桿菌以色列亞種除了對(duì)蚊類美國(guó)白燈蛾有高毒力外，對(duì)蚋也有很高的毒性。以色列亞種殺蚋的主要因子也是伴孢晶體，當(dāng)伴孢晶體被蚋幼蟲吞食后，在蚋中腸的堿性條件下，蛋白質(zhì)原毒素降解成毒性多肽，破壞中腸上皮細(xì)胞致使蚋幼蟲死亡。
蘇云金芽孢桿菌可以用于防治印度谷螟、粉斑螟、粉螟、米蛾、地中海螟蛾科、米縞螟、綠豆象等倉(cāng)儲(chǔ)害蟲。
為擴(kuò)大蘇云金芽孢桿菌的殺蟲脒譜，給動(dòng)物寄生蟲病防治找到一種新型有效的生物制劑，研究者們?cè)谔K云金芽孢桿菌防治動(dòng)物寄生蟲方面也做了許多工作，發(fā)現(xiàn)蘇云金芽孢桿菌的芽孢可殺死動(dòng)物糞便中的點(diǎn)狀古柏線蟲（Cooperia punctata）、奧氏奧斯特線蟲（Ostertagia ostertagi）和蛇形毛圓線蟲（Trichostrongylus colubriformis）等線蟲蟲卵。用庫斯塔克亞種的粉劑和液劑拌飼料防治兔的球蟲病，獲得了明顯的驅(qū)蟲效果與增重效果。
能殺死乳突類圓線蟲（Strongyloides papillosus）絲蟲病型美國(guó)白燈蛾以及捻轉(zhuǎn)血矛線蟲（Haemonchus contortus）蟲卵L1、L2和L3的蘇云金芽孢桿菌菌株后又發(fā)現(xiàn)蘇云金芽孢桿菌伴孢晶體蛋白對(duì)羊捻轉(zhuǎn)血矛線蟲成蟲有作用，菌株YBT-1953的晶體蛋白經(jīng)靜脈注射或肌肉注射后，可驅(qū)除羊體內(nèi)捻轉(zhuǎn)血矛線蟲的成蟲，且靜脈注射與肌肉注射的驅(qū)蟲效果相似。此外發(fā)現(xiàn)蘇云金芽孢桿菌晶體毒素對(duì)體外培養(yǎng)的日本血吸蟲童蟲的毒力，并發(fā)現(xiàn)對(duì)動(dòng)物體內(nèi)的日本血吸蟲有作用，且靜脈注射晶體蛋白的療效最好，許朝暉等則通過實(shí)驗(yàn)初步證明了晶體毒素對(duì)體內(nèi)、體外血吸蟲成蟲均有定的毒力，從而拓寬了蘇云金芽孢桿菌的殺蟲脒譜，為其在血吸蟲病防治上的應(yīng)用提供了可能。
殺蟲劑優(yōu)點(diǎn)
1.對(duì)人畜無毒，使用安全。蘇云金芽孢桿菌的蛋白質(zhì)毒素在人和家畜、家禽的胃腸中不起作用。
2.選擇性強(qiáng)，不傷害天敵。蘇云金芽孢桿菌只特異性地感染一定種類的昆蟲，對(duì)天敵起到保護(hù)作用。
3.不污染環(huán)境，不影響土壤微生物的活動(dòng)，是一種干凈的農(nóng)藥。
4.連續(xù)使用，會(huì)形成害蟲的疫病流行區(qū)，造成害蟲病原苗的廣泛傳播，達(dá)到自然控制蟲口密度的目的。
5.沒有殘毒，生產(chǎn)的產(chǎn)品可安全食用，同時(shí)，也不改變蔬菜和果實(shí)的色澤和風(fēng)味。
6.不易產(chǎn)生抗藥性，這只是相對(duì)而言。人類與有害昆蟲的斗爭(zhēng)，是極其艱苦和復(fù)雜的，最近已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了抗藥性的報(bào)道，但不象化學(xué)農(nóng)藥產(chǎn)生的那么快。
安全性
國(guó)際上推廣應(yīng)用的轉(zhuǎn)基因抗蟲玉蜀黍?qū)?/a>多為表達(dá)Cry1Ab或Cry1F晶體蛋白等，這類蛋白是專一性的高效殺蟲脒蛋白，當(dāng)鱗翅目昆蟲的幼蟲如玉米螟取食后會(huì)穿過其圍食膜并與腸道上皮細(xì)胞的特異性受體結(jié)合，形成穿孔，細(xì)胞因失去滲透平衡死亡，最后導(dǎo)致害蟲死亡。由于只有鱗翅目害蟲的腸壁細(xì)胞上含有這類蛋白的有效結(jié)合位點(diǎn)，而其他昆蟲和動(dòng)物腸道上皮細(xì)胞則沒有，因此其殺蟲作用具有高度專一性，只對(duì)“靶標(biāo)昆蟲”鱗翅目害蟲有效，同時(shí)對(duì)這些害蟲的天敵，如捕食性天敵七星瓢蟲、草蛉、蜘蛛和其他有益昆蟲如蜜蜂屬等是安全的，并得到了大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明。因此，轉(zhuǎn)蘇云金芽孢桿菌基因抗蟲玉蜀黍?qū)?/a>可作為玉米害蟲綜合治理的一項(xiàng)重要措施與防治害蟲的其他方法如生物防治協(xié)調(diào)使用，從而建立高效、可持續(xù)、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)、可操作性強(qiáng)的玉米害蟲綜合治理體系。
注意事項(xiàng)
在田間應(yīng)用上，要確保殺蟲劑質(zhì)量，要滿足蘇云金芽孢桿菌迅速生長(zhǎng)的溫度條件，溫度越高，致病力越強(qiáng)。要避開強(qiáng)烈日光，因?yàn)樽贤饩€對(duì)蘇云金芽孢桿菌會(huì)造成傷害，最好在下午4點(diǎn)以后施藥。此外還必須注意目的害蟲的生活習(xí)性和敏感性，寄主作物和環(huán)境條件及增效劑的應(yīng)用等。例如，防治鉆蛀害蟲應(yīng)在卵孵化盛期，施藥2次-3次，特別是對(duì)螟蟲，防治效果好。螟蟲一旦蛀入莖中，防治效果就差。防治玉米螟，必須嚴(yán)格掌握在玉米心葉末期用藥，方能收到良好效果。防治棉鈴蟲，應(yīng)掌握在排卵高峰后2天～3天施藥，效果顯著。群眾有治蟲不見蟲，打卵不打蟲的防治經(jīng)驗(yàn)。這樣，美國(guó)白燈蛾孵化時(shí)，一咬破卵殼就把殺蟲劑吃到了肚里，很快中毒死亡。蘇云金芽孢桿菌殺蟲劑殘效期一般可達(dá)7天～10天。施藥后如果降雨，雨水會(huì)沖掉藥液，應(yīng)該重新噴灑。
參考資料 >
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關(guān)于政協(xié)十三屆全國(guó)委員會(huì)第四次會(huì)議第4069號(hào)（科學(xué)技術(shù)類165號(hào)）提案答復(fù)的函.中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部.2025-09-16
探訪湖北唯一國(guó)家植保微生物種質(zhì)資源庫.湖北省人民政府.2025-09-16