微生物農藥課件

1、1 第第4 4章章 現代微生物現代微生物 農藥農藥 細菌殺蟲劑細菌殺蟲劑 殺蟲抗生素殺蟲抗生素 真菌殺蟲劑真菌殺蟲劑 病毒殺蟲劑病毒殺蟲劑 原生動物殺蟲劑原生動物殺蟲劑 微生物殺線蟲劑微生物殺線蟲劑 2 微生物農藥是利用微生物及其基因產生或表達的各種生物活性微生物農藥是利用微生物及其基因產生或表達的各種生物活性 成份，制備出用于防治植物病蟲害、環(huán)衛(wèi)昆蟲、雜草、鼠害，以成份，制備出用于防治植物病蟲害、環(huán)衛(wèi)昆蟲、雜草、鼠害，以 及調節(jié)植物生長的制劑的總稱。及調節(jié)植物生長的制劑的總稱。 EPA：微生物、轉微生物基因的工程植物。：微生物、轉微生物基因的工程植物。 微生物農藥具有以下優(yōu)點： （1）對病蟲

2、害防治效果好，對人畜安全無毒，不污染環(huán)境， 無殘留； （2）對病蟲的殺傷特異性強，不傷害天敵和有益生物，能保 持生態(tài)平衡； （3）生產原料和有效成分屬天然產物，它可回歸自然，保證 可持續(xù)發(fā)展； （4）可用生物技術和基因工程的方法對微生物進行改造，不 斷提高性能和質量； （5）多種因素和成分發(fā)揮作用，害蟲和病原菌難以產生抗藥 性。 3 4.1 微生物殺蟲劑微生物殺蟲劑 按殺蟲劑的來源，微生物殺蟲劑可分為：細菌殺蟲劑、細菌殺蟲劑、 殺蟲抗生素、真菌殺蟲劑、病毒殺蟲劑、原生動物殺蟲殺蟲抗生素、真菌殺蟲劑、病毒殺蟲劑、原生動物殺蟲 劑、昆蟲病原線蟲制劑和微生物殺線蟲劑劑、昆蟲病原線蟲制劑和微生物殺線蟲

3、劑等類型。 4.1.1 細菌殺蟲劑細菌殺蟲劑 細菌殺蟲劑主要包括：蘇云金芽孢桿菌殺蟲劑、球形 芽孢桿菌殺蟲劑、金龜子芽孢桿菌殺蟲劑和緩病芽孢桿 菌殺蟲劑等。 4.1.1.1 蘇云金芽孢桿菌（蘇云金芽孢桿菌（Bt） 蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis），是能形成芽 孢的革蘭氏陽性桿菌，在芽孢形成的同時可形成具有殺 蟲活性的、由蛋白質組成的伴胞晶體 。Bt對鱗翅目、雙 翅目、鞘翅目昆蟲以及原生動物門、螨類等類群中的一 些種類有活性 。 4 Bacillus thuringiensis （蘇云金芽孢桿菌) 5 Plutella xylostella （小菜蛾）（小菜蛾） H

4、eliothis armigera （棉鈴蟲）棉鈴蟲） 6 Mode of action 7 l1901年日本的石渡繁胤分離到猝倒芽孢桿菌 l1911年Berliner分離到類似的桿菌，并命名為蘇云金芽孢桿 菌 l1938年第一種商品化的蘇云金芽孢桿菌殺蟲劑在法國得到應 用 l二十世紀90年代以來，第二代細胞工程殺蟲劑和第三代基因 工程殺蟲劑相繼投入市場 （一）蘇云金芽孢桿菌的殺蟲成分 按其存在的部位，可分為： 外毒素：外毒素：該菌在生長過程中分泌到胞外的代謝產物 內毒素：內毒素：亦稱為晶體毒素，是以蛋白質晶體結構的形式存在 于細胞內，并隨芽孢囊的破裂和芽孢的釋放而釋放到胞外， 是主要的殺蟲毒

5、素。 8 活性物質活性物質 -外毒素（磷脂酶C）：一種熱不穩(wěn)定的對昆蟲腸道有破壞 作用的酶。 -外毒素(thuringiensin) 即蘇云金素，是一種熱穩(wěn)定的外毒 素。通常在營養(yǎng)生長階段產生并分泌到胞外。 -內毒素：伴胞晶體毒素，有一至幾種殺蟲晶體蛋白組成的 特異性的晶格結構。 -外毒素：對昆蟲的毒力還不確定。 ZwA（Zwittermicin A) ：一種抗生素物質，對植物病原細 菌和真菌有抑菌作用，同時對Bt殺蟲晶體蛋白毒素有協(xié)同 殺蟲活性。 營養(yǎng)期殺蟲蛋白(VIP)：對小地老虎、甜菜夜蛾等昆蟲有殺 蟲活性。 芽孢：可增強其他毒素，特別是-內毒素的殺蟲活性。 9 1989年 Hofte

6、和 Whiteley 根據晶體蛋白的氨基酸序列和殺蟲譜 的不同，將已發(fā)表的42種晶體蛋白分為5群14亞類。 cryI為鱗翅目特異性，cry為鱗翅目和雙翅目特異性， cry為鞘翅目特異性，cry為雙翅目特異性。 cyt基因。 1996年，Crickmore為首的著名學者組成的殺蟲晶體蛋白基因 命名委員會，提出了蘇云金芽孢桿菌殺蟲晶體蛋白按氨基 酸的序列同源性進行分類的新分類系統(tǒng)。 截至到2003年11月，已報道分離292種各種不同的殺 蟲基因，這些基因被分為42個不同的基因簇。 10 95% 11 （三）重要的亞種和殺蟲基因 1. 庫斯塔克亞種（HD-1）和cry1A殺蟲晶體蛋白基因：對鱗翅目昆

7、蟲有特 異性的殺蟲活性。大多數含有cry1Aa、 cry1Ab和 cry1Ac，其中cry1Ac 基因是毒力最高的基因。 將cry1Ac基因插入到能在植物維管束定植的內生細菌的基因組中，通 過細菌繁殖產生殺蟲毒素蛋白，提高對玉米螟的防治效果。 2. 鲇澤亞種和cry1C基因：鲇澤亞種含有特征性的cry1C基因，是對灰翅 夜蛾等害蟲毒力最高的基因。 3. 擬步行甲亞種和cry3A基因：擬步行甲亞種主要用于防治鞘翅目昆蟲。 該亞種含有cry3A基因，用于重組微生物和轉基因植物，防治鞘翅目昆 蟲。 4. 以色列亞種和殺蚊毒素蛋白基因：防治伊蚊、庫蚊和按蚊等蚊蟲。該 亞種含有至少cry4A、 cry4

8、B、 cry11A和cyt1A四個殺蟲基因， Cyt1A晶 體蛋白對其他基因的產物具有協(xié)同殺蚊作用。 5. 對動植物寄生線蟲有毒的基因：主要是cry5和cry6等。殺線蟲劑。 12 4.1.1.2 球形芽孢桿菌（球形芽孢桿菌（ (Bacillus sphaericus, Bs） 1965年Kellen等首次分離。為好氧的產芽孢細菌， 普遍存在于世界各地的土壤和水生環(huán)境中，對蚊幼蟲特 別是庫蚊具有高毒力。 主要活性成份： 自身產生的一至多個具蛋白質晶格結構的伴胞晶體， 含有兩種主要蛋白質，分別為51kDa和42kDa，單獨對幼 蟲沒有毒性，卻都是產生毒性所必需的。這種毒素稱為 二元毒素（bina

9、ry） 。 晶體在中腸的堿性pH環(huán)境中溶解，二元毒素51kDa 和42kDa分別加工成43kDa和39kDa蛋白。毒蛋白結合于 中腸上皮細胞，導致幼蟲進食受到抑制，最終導致死亡。 毒素通過對敏感幼蟲細胞中特定蛋白的ADP-核糖基 化發(fā)揮作用。 13 4.1.1.3 金龜子芽孢桿菌金龜子芽孢桿菌 （Bacillus popilliae） 各類金龜子科甲蟲的病原菌 ，殺蟲機制是通過細菌 在血管內的快速繁殖，引起敗血癥，而使幼蟲致死。 金龜子芽孢桿菌使用的局限性是宿主太專一，商業(yè) 化獲得芽孢的唯一途徑是細菌在金龜子幼蟲中生長。 14 殺蟲抗生素是指一類由微生物（主要是放線菌）產生 的，具有殺蟲活性的

10、次級代謝產物，簡稱“殺蟲素”。 l大環(huán)內酯類抗生素：大環(huán)內酯類抗生素：阿維菌素、伊維菌素、?，斁?、 Spinosad、梅嶺霉素、瀏陽霉素 l聚醚類抗生素：聚醚類抗生素：莫能菌素、鹽霉素、馬杜拉霉素 4.1.2.1 阿維菌素阿維菌素 （Avermectin） 阿維菌素是十六元 大環(huán)內酯類抗生素 15 R1 R2 阿維菌素 A1a Me 阿維菌素 A1b Me 阿維菌素 A2a Me 阿維菌素 A2b Me 阿維菌素 B1a H 阿維菌素 B1b H 阿維菌素 B2a H 阿維菌素 B2b H 阿維菌素的結構阿維菌素的結構 16 目標昆蟲： 阿維菌素對螨類、線蟲和昆蟲有很高的殺蟲活性，其中 包括

11、鱗翅目、鞘翅目、半翅目、雙翅目、膜翅目和同翅 目等有害農作物昆蟲。 作用機理是： 刺激無脊椎動物釋放-氨基丁酸抑制神經傳導的物 質，使寄生蟲處于麻痹狀態(tài)，終至死亡。 應用： 廣泛用于與各種化學農藥和生物農藥的復配，以加強生 物農藥的殺蟲效果和降低化學農藥的使用量。 阿維菌素、伊維菌素、甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽阿維菌素、伊維菌素、甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽 、乙酰氨、乙酰氨 基阿維菌素、多拉霉素基阿維菌素、多拉霉素 17 4.2.2 瀏陽霉素（瀏陽霉素（Liuyangmycin，Polynactin） 瀏陽霉素屬大環(huán)四內酯類化合物，有A、B、C三個組 份，其中C組份的殺螨活性最高。 瀏陽霉素是一種低毒

12、、低殘留的廣譜殺螨劑，對環(huán)境 污染輕微，對天敵昆蟲安全，并且對抗性螨類仍然有效。 18 19 真菌殺蟲劑種類很多，其中以白僵菌、綠僵菌、擬青 霉的應用面積最大。 真菌殺蟲劑與其他生物殺蟲劑相比，具有某些類似化 學殺蟲劑的觸殺作用，對刺吸式口器的害蟲起到獨特的 防治效果。其缺點是作用比較慢，侵染過程長，效果受 環(huán)境影響大。 4.3.1 白僵菌白僵菌 在分類上絲孢綱絲孢目叢梗孢科白僵菌屬 （Beauveria），該屬有兩種：球孢白僵菌（Beauveria bassiana）和卵孢白僵菌（Beauveria tenella），其中前者 較常見。 白僵菌的分生孢子粉致病力強，不污染環(huán)境，易于 培養(yǎng)生產

13、。白僵菌對多種農林害蟲具有致死作用，大面 積用于防治松毛蟲、玉米螟和水稻葉蟬等害蟲。 20 4.3.2 綠僵菌綠僵菌 金龜子綠僵菌(Metarhizium anisopliae)分類上屬于叢梗 孢科，主要用于防治地下害蟲、天牛、飛蝗、蚊幼蟲等。 另外，對蠐螬亦有明顯的防治效果，表現出較好的開發(fā) 利用前景。 病毒殺蟲劑的應用在微生物殺蟲劑中僅次 于Bt和殺蟲 抗生素。 桿狀病毒占所有已知感染昆蟲病毒的60%以上。 應用最多的桿狀病毒有核型多角體病毒（NPV）、質 型多角體病毒（CPV）和顆粒體病毒（GV）。 病毒殺蟲劑優(yōu)點：病毒殺蟲劑優(yōu)點：宿主特異性強，能在害蟲群體內流行， 持效作用長等明顯的特

14、點。 病毒殺蟲劑缺點：病毒殺蟲劑缺點：殺蟲范圍太窄、生產困難和作用速度較 慢等缺點。 21 包涵體：即單個或多個病毒粒子被包圍在一個由蛋白質構成的結 構中， 包涵體作用：有效地保護病毒顆粒不受損傷，并且在離開蟲體數 年后仍可保持侵染活性。 病毒包涵體通常以取食過程進入昆蟲的消化管，經堿性昆蟲消化 液裂解后釋放出病毒粒子，這些病毒粒子進一步侵染昆蟲體內 的各種細胞，直至造成昆蟲死亡。 核型多角病毒：是世界衛(wèi)生組織和糧農組織推薦使用的一 種生物殺蟲劑，它對人、植物和害蟲的天敵均無危害， 是目前應用最為成功的昆蟲病毒。 質型多角體病毒：人們發(fā)現它不僅能侵染幼蟲，而且能經 由卵傳染給昆蟲的子代，這點在

15、病毒的應用上具有十分 重要的作用。 核型多角體病毒、質型多角體病毒主要用于棉鈴蟲、 小菜蛾和森林害蟲尺蠖的防治。 22 蝗蟲微孢子蟲（Nosema locustae）： 是目前唯一商品 化的原生動物殺蟲劑，可以防治草原蝗蟲，可使亞洲小車蝗、 寬須蟻蝗、白邊痂蝗和皺膝蝗。 特點：既能在短時期內迅速壓低蟲口密度，又能引起流 行病，達到長期控制種群的目的。 昆蟲病原斯氏屬（Steinernema）和異小桿屬 （Heterhabditis）線蟲是目前國際上新型的生物殺蟲劑。 特點：寄主范圍廣，對寄主主動搜索能力強，特別是對 土棲性及鉆蛀性害蟲，對人畜、環(huán)境絕對安全，并有能人工 大量培養(yǎng)的優(yōu)點。 作用機

16、理： 主要是昆蟲病原線蟲斯氏線蟲屬和異小桿線蟲屬的共生 細菌致病桿菌和發(fā)光桿菌以線蟲為載體侵入昆蟲血腔，在昆 蟲血腔內繁殖，產生毒素，引起昆蟲死亡。 23 線蟲的危害十分嚴重，每年給農作物造成相當于1000 億美元的損失。在我國危害農業(yè)最嚴重的是根結線蟲和包 囊線蟲。 微生物殺線蟲劑主要包括： 食線蟲真菌 抗生素（如阿維菌素、甲胺基阿維菌素） 穿刺巴斯桿菌（Pasteuria）。 24 4.6.1食線蟲真菌食線蟲真菌 是植物寄生線蟲生物防治中極其有用的生物資源。 1978年，法國的Cayrol用粗狀節(jié)叢成功防治雙孢蘑菌絲孢線 蟲（Ditylenchus myceliophagus） 擬青霉(淡

17、紫擬青霉)，采用液固兩相法生產活孢子，用于防治 大豆孢囊線蟲和煙草根結線蟲，還可以促進作物的生長， 提高產量 。 機理：較高的殺蟲活性，有類似生長素和細胞分裂素的作 用。 厚垣輪枝霉ZK7：通過液體深層，用于防治煙草根結線蟲。 25 穿刺巴斯桿菌（Pasteuria penetrans），可專一性寄生于根 結線蟲等多種植物寄生線蟲，控制有害線蟲的蟲口密度。 該細菌目前不能通過發(fā)酵商業(yè)化生產，仍然采用活體 線蟲進行繁殖。 根結線蟲的發(fā)育受穿刺巴斯 德氏柄菌的抑制 穿刺巴斯桿菌的芽孢 26 4.2.1 井岡霉素井岡霉素 （Validamycin） 對水稻紋枯病菌（Pellicularia Sasa

18、kii）有顯著防治作 用 作用機理： 通過影響紋枯病菌菌絲伸長而降低紋枯病菌的致病力， 它對紋枯病菌無致死作用，因而不具備對抗性菌的篩選 作用。 顯著優(yōu)點：顯著優(yōu)點： 持效期長，耐雨水沖涮。持效期可長達2030天；一 旦被菌絲吸附，雨水難以沖掉。 發(fā)酵效價高，應用成本低。目前大罐發(fā)酵水平，有效 組分最高可達1700018000ug/ml 未發(fā)現抗藥性 27 28 4.2.2 公主嶺霉素公主嶺霉素 具有廣譜抗植物病原菌作用 對禾谷類的黑穗病、水稻惡苗病、稻曲病的防效顯著， 效果達95%以上; 不吸水鏈霉菌公主嶺新變種 （Steptomyces ahygroscopicus subsp. gong

19、zulinensis）產生的代謝產物 。 4.2.3 春雷霉素春雷霉素 特別適用于水稻稻瘟病的 防治 ，也適用于蔬菜、水果、 豆類、糖甜菜、咖啡等作物的 真菌或細菌病害 。 29 白粉病、炭疽病、枯萎病、紋枯病等有很好的防效 。 又名農抗751 ，防治作物細菌性病害，如白菜軟腐病、 黃瓜角斑病、水稻白葉枯病等。 30 目前，利用微生物源開發(fā)的微生物除草劑有二類： 一類是利用放線菌生產的抗生素除草劑，例如雙丙氨膦； 另一類是利用病原真菌生產的孢子除草劑。 4.3.1 雙丙氨膦雙丙氨膦 谷氨酰胺合成酶抑制劑 ，導致植物體內氨的結累常用于非耕地和 果園等防除一年生和某些多年生雜草在土壤中的半衰期（D

20、T50）為 2030天。 左側是沒有噴灑雙 丙氨膦除草劑的煙 草種植物和雜草一 起生長的情況； 右側是噴灑后的情 況，只留下煙草種 植物。圖片提供： Monsanto.Co 31 l雙丙氨膦的制備方法雙丙氨膦的制備方法 ： l 吸水鏈霉菌 SF-1293 l特殊培養(yǎng)液中28C下振搖96h l培養(yǎng)物離心 l濾液用活性炭脫色 l色譜柱分離 l制得雙丙氨膦 32 4.3.2 孢子除草劑孢子除草劑 由雜草病原真菌生產的活孢子和適宜的助劑組成 作用機理：孢子直接穿透寄主表皮，進入寄主組織， 產生毒素，使雜草出現病斑并逐步蔓延，破壞植物的正 常生長，導致雜草死亡 。 孢子除草劑的工業(yè)化生產 1、液體發(fā)酵生

21、產孢子 盤孢菌屬，用液體發(fā)酵可生產大量分生孢子 。 不少具開發(fā)應用前景的雜草病原菌在液體發(fā)酵條件下 只產生菌絲體而不能產生孢子 2、液體固體聯(lián)合發(fā)酵生產孢子 先液體發(fā)酵生產菌絲體，然后在固體培養(yǎng)基上發(fā)酵利 用菌絲體生產大量孢子。 33 3、劑型 孢子除草劑的劑型有粉劑和油劑等 舉例：Collego的劑型為粉劑，由孢子粉（A）和水合 物表面活性劑（B）組成，實際是“一劑二個包裝” 的組合劑。 34 4.4.14.4.1赤霉素赤霉素 赤霉素是一種天然的植物生長調節(jié)劑 ，調節(jié)植物生 根、發(fā)芽和結果等過程 ，刺激水稻、棉花和麻類等作物 的生長發(fā)育 ，廣泛使用于雜交水稻制種、柑桔保果、棉 花保鈴、蔬菜及幼林的生長 。 在國際市場幾年來，需求量一直維持在25噸以上， 價值約10億美元； 我國2000年注冊的生產企業(yè)有23家，產值約 有10億元，并有大量的出口。 35 l赤霉素是一類四環(huán)雙 萜羧酸化合物 l主要活性物質有GA3 、 GA4 、GA7和GA9等 l其中GA3是使用的最 多的赤霉