细菌农药是指利用细菌或其代谢产物针对农作物病虫害进行抑制或杀灭的生物菌剂,是生物农药中重要种类之一。有效成分为具有杀虫抑菌生物活性的、无核膜的原核细胞构成的微生物农药。按照其功能主要分为杀虫剂和杀菌剂,前者用于杀灭或防治多种农作物的靶标害虫,如常见的苏云金芽孢杆菌可湿性粉剂;后者主要用于防控或抑制农林作物病害如抑病的枯草芽孢杆菌悬浮剂和拌种剂。由于其具有毒性低、对人畜安全,不污染环境等优点,在现代农业生产中经常被使用。
常见细菌杀虫剂的主要品种有:苏云金芽孢杆菌(Bt)、球形芽孢杆菌(Bs)、金龟子芽孢杆菌(Bp)。常见细菌杀菌剂的主要品种有:枯草芽孢杆菌(Bs)、荧光假单胞杆菌(Bf)。在这些细菌农药品种中,研究最深入、产业化做得最好的是苏云金芽孢杆菌、阿维菌素和甲基阿维菌素杀虫剂、防治多种病害的枯草芽孢杆菌细菌农药;在肥料、饲料和水体修复上也有应用。球形芽孢杆菌是一种用于防治蚊子幼虫(孑孓)的细菌农药,它与苏云金芽孢杆菌以色列亚种配合使用效果较好。
苏云金芽孢杆菌(Bt)是一种有芽孢的杆状细胞。菌体呈粗杆状,周身生有鞭毛。苏云金芽孢杆菌主要通过其自身产生的一种杀虫晶体蛋白(Insecticidal crystal proteins, ICPs)来完成杀虫过程。苏云金芽孢杆菌制剂是目前世界上产量最大、使用最广的微生物杀虫剂,我国生产始于20世纪60年代,至今已经发展到80多个生产厂家,每年生产约3×104t产品,在20多个省、自治区、直辖市用于防治棉、粮、果、蔬、林等作物上的20多种害虫,使用面积达到5.3×106thm2以上。目前我国Bt领域内的研究开发工作正在向寻找新杀虫基因、构建优良杀虫菌株、改善工艺流程和提高产品质量等方面开展广泛的合作研究,利用分子生物学技术对现有高效菌种进行分子育种也越来越普遍,此外还针对不同的害虫,进行不同杀虫菌株的筛选,开发不同防治对象的Bt新剂型。基于Bt 毒蛋白的细菌杀虫剂是目前世界范围内使用最广泛的一个细菌杀虫剂,具有优良的胃毒杀虫活性。但仍存在一些不足。首先,细菌杀虫剂喷洒在植物表面有效成分容易被雨水冲刷或被紫外光降解而影响防治效果。而且Bt毒蛋白基因的抗虫谱较窄,它只对某一种或几种害虫具有毒杀作用;第三,随着转 Bt 毒蛋白基因植物的大面积种植,给昆虫造成很高的选择压力,可能会使昆虫对此毒蛋白产生抗性。因此,仍然需要对大田种植转基因作物后的昆虫数量加以密切监测,以便跟踪了解抗性昆虫的产生频率。
除了苏云金芽孢杆菌外,还有一批具有杀虫防病潜力的生防细菌菌剂正在研究之中。
日本金龟子芽孢杆菌和致病芽孢杆菌。日本金龟子芽胞杆菌以及致病芽孢杆菌能使蛴螬分别产生 A 型乳状病和B型乳状病。第一个日本金龟子芽孢杆菌制剂 Doom于1950年在美国登记,成为该国政府批准登记的第一个生物防治制剂。由于日本金龟子芽孢杆菌和缓病芽孢杆菌尚不能在人工培养基上生长形成有侵袭力的芽孢,因此商品制剂 Doom,Jademic,Grub,Attack 及 Milky-spore 等都是采用幼虫活体培养的方式来生产的从而限制了该菌的推广应用。
双酶梭状芽孢杆菌。1996年Barloy等报道从一种对蚊科幼虫有强杀灭作用的双酶梭状芽胞杆菌菌株Bifermentans subsp.malaysia(CHl8)中获得一个毒素蛋白基因cmb71,该基因编码的蛋白与苏云金杆菌晶体蛋白保守区同源性较强。1998年 Barloy 等又报道cmb71基因下游分离到3个毒蛋白基因。基因 cmb72编码的蛋白与苏云金芽胞杆菌晶体蛋白保守区同源性也较强,另两个基因 cmb 17.1和cmb17.2 编码的毒蛋白与烟曲霉(Aspergillus fumigatus)溶血素有 44.4% 同源性。cmb基因的应用有待于今后高效表达系统的建立。
嗜线虫致病杆菌。这是一种可与斯氏线虫科线虫共生的肠杆菌科致病杆菌属细菌,对多种害虫有致死作用。已经确定某些种类的杀虫成分包括小分子、脂多糖和蛋白质。Smigielski 等在 1995 年公开的一个专利中曾公布从嗜线虫致病杆菌Xenorhabdune -matophilus A24 中获得一个1.2kb 的基因,可编码一个30kDa 的杀虫毒蛋白,注射数μL含该蛋白的发酵液即可使大蜡螟幼虫死亡。尽管目前发现致病杆菌的杀虫作用与多种因素有关,但初步研究表明不同菌株的蛋白粗提物对玉米螟、棉铃虫有不同程度的饲毒活性,据此推测在同属其它种类细菌中可能还存在一些新的杀虫蛋白基因类型。
发光杆菌。发光杆菌可与异小杆线虫科线虫共生。1993年该属从嗜线虫致病杆菌属中分出,目前仅此一种。现已分离到具有不同程度的杀虫活性的菌株。在1998年公开的一项专利和随后发表的几篇论文中,报道了发光杆菌菌株Photobacterium.luminescens W-14中存在4个编码毒蛋白复合体的基因簇tca,tcb,tcc和tcd,其中tca和tcd编码的高分子量复合体蛋白Complexd对烟草天蛾等害虫有较强的饲毒活性。此毒蛋白为外分泌型,其活性作用部位为害虫中肠。而Ragni等在1998年公开的另一项专利中则报道异发光杆菌P.luminescensXP01的杀虫活性成分为非外分泌型物质。将上述杀虫蛋白基因转入大肠杆菌后,可用抗体检出表达蛋白,但未显示出饲毒活性,据分析可能是表达蛋白未加工修饰成活性蛋白和未分泌至胞外所致。
嗜虫沙雷氏菌(Serratia entomophila)。肠杆菌科沙雷氏菌属细菌有十余种,分布于土壤、水或动植物体内,其中一些种类对某些鳞翅目、鞘翅目、直翅目、双翅目和膜翅目害虫有致死作用。Upadhyaya等用转座子诱变方法研究了对新西兰草地蛴螬有致死作用的嗜虫沙雷氏菌S.entomophila菌株,发现名为amb-1的基因簇(8.6kb)所编码的蛋白中,一个44kDa蛋白与杀虫作用有关。现已证实具有杀虫作用的沙雷氏菌对哺乳动物和环境较为安全,但在大量使用这类细菌防治虫害或开发利用其杀虫基因之前,还需要做许多基础研究工作。
部分内容来源:《现代生物农药100问》细菌微生物农药(杨自文)