苏云金杆菌研究的历史和现状
第l6卷第3期
20O0年8月
黄石高等专科学校
JOURNALOFHUANGSHIPOL'rnCHNIc∞LLD3E
Vl6No3
Aug2000
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苏云金杆菌研究的历史和现状
荣一兵
(武汉教育学院生物系武汉430010)
摘要本文综述了苏云金杆菌(B.t.)的发现和其主要研究成果，展现了其美好的应用前景.
关键词苏云金杆菌占-内毒素杀虫谱
分类号:]蒂码：文章编号:1008—8245[2000103—0033—03
苏云金菌是一种重要的杀虫微生物，在微生物防治害虫的实践中占有极为重要的地位.人们对于
苏云金菌的研究，正是随着它在防治害虫中的成功而逐渐发展起来的.
为了叙述的方便，我们将对苏云金杆菌的整个研究划分为三个阶段，实际上其研究内容不能截然分
割，而是相互交织在一起的
1起步阶段(1901~1952年)
1901年，日本学者石渡繁胤(S.Ishiwata)在<；大日本蚕丝会报)上，第一次报道了1898年发现家蚕
(如"bmor1)患软化病急剧死亡的现象，被称之为"猝倒病"，并从虫尸体液中分离出一所谓的猝倒细
菌(Sortbax'teria).用培养的芽孢和菌体分别喂食家蚕，均能使家蚕致死.按现在的分
类系统，该菌就
是现在苏云金杆菌猝倒变种(Bacillustkuringiensisr,sort)，属于血清型4a,4b.
石渡繁胤的发现，标志着日本蚕病学已脱离从西欧的引进阶段，达到独自作出贡献的阶段，同时，也
成为苏云金杆菌研究的起点.接着，石渡繁胤(1905)发表了《论"猝倒"芽孢杆菌>(onthe"sort0"Bacil一
1)等论文，描述了它的形态和培养特征，再次证明了对象蚕幼虫的毒杀效果.1908年，岩渊(I
wabuchi)正式使用猝倒芽孢杆菌(Bacillussotto)的菌名.
I3ediner(1911)在《粮业杂志>；上报道了，德国苏云金省(Thtiingen)的一个面粉厂1909年寄出的一批
染病的地中海粉螟中分离出一种杆菌,1915年4月，他详细描述了该菌的形态和培养特征.并定名为苏
云金杆菌(Bacillusthuringiensis).他指明苏云金杆菌含伴孢晶体(Parasporacryst1)，但不曾说明伴孢
晶体有杀虫的作用Bediner所定名的苏云金杆菌按现在的分类系统，应该是苏云金杆菌苏云金变种
(&"sthuringiozsisr.加ingiensis)，属于血清型l.
虽然猝倒芽孢杆菌最先发现，日本作为一个养蚕国只考虑到它对蚕的致病性，却未注意到利用它防
治害虫.在欧洲，发现苏云金杆菌对一些害虫有致病性后，就把它作为防虫的潜在措施进行了研究.但
是，早期试验的不稳定结果，一度对应用的前途失去了，信心.从1920年到1930年，大量论文又肯定了
它作为生物防治剂防治玉米螟的效果.Stanhaus1951用苏云金杆菌的培养物防美洲苜粉蝶，也获得了
鼓舞人心的结果.1938年，第一个苏云金杆菌商品制剂Sporeine，在法国问世，并用于防治地中海粉螟.
从1920年到1950年这一段时期内，有许多人曾用苏云金杆菌进行防治害虫的田
问试验.但直到
5O年代，才发现了苏云金杆菌的杀虫活性物质.
收稿日期:2000一O5一O8
作者简介：男讲师
.
黄石高等专科学校2000丝
2认识本质和实用化阶段(19531976年)
1953年,Hanr~y第一次发现苏云金杆菌的杀虫活性与伴孢晶体有关.随后,Hannay 和Fitz—James
1955年证实，伴孢晶体是一种蛋白质.以伴孢晶体为中心，进行了微生物学，生物化学，形态结构，致病
机理等一系列的研究，表明伴孢晶体蛋白伴随着芽孢的形成而形成.各种伴孢晶体形态结构虽有不同,
但所含氨基酸成分差异不大.晶体蛋白只是一种原毒素(Protoxin)，它只有经昆虫肠液或碱性条件下消
化，激活，才能形成毒性肽.
到5O年代末，相继发现了苏云金杆菌产生的其它几种毒素.Helmpel于1967年将它们划分为四
类，即a一外毒素，口_外毒素(苏云金素),7-外毒素，内毒素(伴孢晶体蛋白消化激活后产生的毒性肽).
苏云金杆菌杀虫毒素的本质被揭示后，又证实了活芽孢数与毒力不一定相关.Bonnefoi等1958年
描述全面反映毒力的生物测定办法.1966年，在荷兰的Wageningen举行的昆虫病理学和微生物防
治国际会议上,E-61被推荐为国际标准品，其效价被指定为l000国际单位/毫克(IU/mg)，其标准试虫
为地中海粉螟，首次为苏云金杆菌制剂标准化提出了统一的规格.
1958年，美国第一个商品制剂Thuricide投^市场，粮食药品管理司(FDA)批准暂行
免除容许量限
度,1960年正式批准，并允许在2O多种作物上防治23种害虫.
Du[~mge1970年筛选出比当时生产菌株毒力高20～200倍的HD-I菌株.由于HD-I 菌株对夜蛾
科害虫毒力较高，很快取代了美国各公司的生产菌株.此后，苏云金标菌制剂在全世界范围内得到了广
泛的应用.据统计，到8o年代末，全世界至少有30种制剂，年产量约8000吨.
我国研究和应用苏云金杆菌起步晚,5O年代末才从国外引种苏云金标菌,60年代投入工业化生产.
但发展相当快，据统计，在7O年代，我国的苏云金制剂年产量就达1000吨以上，部分产品出口到泰国,
新加坡及我国的台湾，香港等地
在这个时期内，分类问题逐步得到完善.1057年stainhaus等主张把苏云金杆菌作为独立种，为此,
《伯杰明细菌鉴定手册)第七版，正式把苏云金杆菌列为独立种;1958年,Heimpel 和Angus第一次提出
苏云金杆菌亚种的概念;1973年.Bariac和Bonnefoi提出了以鞭毛抗原的血清反应为主要依据的分类系
统;1974年《伯杰明细菌鉴定手册)第八版正式列出了苏云金杆菌种以下分亚种. 3开拓研究视野及全面发展阶段(1977)
如果把HD-I菌株的分离看作是苏云金杆菌实用化的转折点，那么，对双翅目蚊幼虫有特异敏感性
的以列变种菌株(subsp.israelensisBt.i1897)的分离(Goldberg和Marglit,1977)就成为苏云金杆菌
开拓性研究的起点.以列亚种的发现，打破了长期以来认为苏云金杆菌只对鳞翅目昆虫有效的固有
观念，不仅把应用目标扩充到医学领域，还为研究不同毒力菌株的特异性提供了启迪.以此为契机，对
鞘翅目幼虫有毒效，而对鳞翅目和双翅目幼虫无毒效的新菌种——拟步行甲亚种(subsp,tenebriouis),
buchi于l982年从前联邦德国分离出，它属H8a8b型.而从美国分离的圣地亚哥亚种(6.m"diego)产生
的伴孢晶体蛋白毒素，至少对2O多种鞘翅目昆虫有毒性
值得一提的是自70年代以来，我国科技工作者分离到j，不少苏云金杆菌株.已报导了国际上发表
过的22个血清型中的12个，另有两个新的血清型，其中由华中师范大学汪耀南等分离Bti.1897菌
株对蚊幼虫的毒效作用明显高于B.tj1897.
Dulnmge博士于1974～1981年组织国际台作，以确定319菌株对2O种昆虫的杀虫谱.在研究过
程中，他们发现一些菌株对某一特定昆虫比HD-I菌株具有更高的活性，这对于发展实用的杀虫剂有重
要的意义.更进一步的研究表明，杀虫谱是由伴孢晶体的种类，活化方式和目标昆虫上皮细胞的类型决
定的
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Zakha.
ryan等l976年最先提出，质粒可能对伴孢晶体的编码起作用.接着,Debabov等和Ga[ushka
等1977年证实，苏云盒杆菌含有质粒，它与伴孢晶体的形成有关.从而激起了苏云盒杆菌遗传学研究
的热潮.通过转化，转异，接台，融合等传递系统，使控制伴孢晶体形成的基因不仅在苏云盒杆菌亚种之
间，而且在不同种细菌之间，甚至与高等植物进行了转移或克隆，并获得了表达. 1981年,Schnept和Whiteley首次将HD-1菌株伴孢晶体的基因克隆到大肠杆菌中，并得到表达;
l987年，美国Monsanto公司用自己构建的Sev载体系统转移Kurstaki的内毒索基