白僵菌(Beauveriaspp .)是目前世界上研究和应用最多的病原真菌之一 ,近年来也是热门生物农药的研究课题。白僵菌 Beauveria 因其较广的寄主范围、较强的致病性和适应性等特点,逐渐成为农林害虫生物防治中应用最为广泛的生物杀虫剂之一。
白僵菌的寄生范围极广, 可寄生15个目149个科的700多种昆虫及蜱螨类 , 根据野外调查昆虫的越冬情况发现,因白僵菌致病而死的昆虫占真菌致病总数的21%。球孢白僵菌(Beauveria bassiana)是一种广谱性昆虫病原真菌,其致病性强,杀虫范围广 。首个以球孢白僵菌Beauveria bassiana为主要有效成分的生物制剂二十世纪在美国注册登记,而后各类白僵菌生物制剂不断涌现,目前全球以球孢白僵菌为有效成分的制剂占全部真菌杀虫剂的33.9% ,我国已登记的11种真菌杀虫剂中有6种为球孢白僵菌产品。
虽然球孢白僵菌得到了广泛的应用,但仍存在击倒害虫时间长和防治效果易受环境影响等缺点。
生物学特征
白僵菌是在自然界广泛存在的子囊菌类虫生真菌,同时还能随着植物的生长进行传播。以有丝分裂孢子进行增殖,其孢子在接触害虫后产生芽管侵入虫体,在虫体内大量繁殖,代谢产物对昆虫体内角质层、细胞膜以及细胞核等细胞器产生不利影响,最终导致害虫因代谢紊乱而死。
白僵菌可寄生鳞翅目、鞘翅目、同翅目、膜翅目等 700 多种昆虫和部分蜱螨类,是广谱性虫生真菌。同时白僵菌还具有较强的选择性,对瓢虫、食蚜虻和草蛉等侵染攻击能力较弱,从而有利于保护天敌昆虫,降低对昆虫生态群落的破坏。白僵菌对害虫致病能力受到菌株、宿主及环境因子等影响。白僵菌虽然侵染多种昆虫,但不同菌株对害虫寄生具有一定的专一性。环境条件对白僵菌致病力有一定的影响。曹艺潇和刘爱萍测试了不同温度、湿度下白僵菌对草地螟Loxostege sticticalis幼虫的致病力,结果表明: 在温度为 26 ℃ 时的致死中时( LT50 ) 最短,死亡率最高; 相对湿度越高,草地螟幼虫死亡率越高,相对湿度为 95% 时,死亡率达100%。
作用机理
白僵菌的分生孢子可随气流和水流向周围环境扩散, 当与昆虫相遇时, 便附着在昆虫的外表皮上。分生孢子和昆虫表皮都具有很强的疏水性 ,两者接触时,由共同的疏水作用而引起介导吸附的发生。分生孢子被吸附以后 ,可在昆虫体壁上分泌一些粘性物质---附着孢, 使其进一步固着在昆虫外表皮上。昆虫的体表有充足的营养成分(如棉铃虫体表的氨基酸和葡糖胺), 可满足分生孢子营养生长的需要。在适宜温度和湿度的条件下, 孢子即吸水膨胀,约经过8～12h 便萌发。从孢子的端部或侧面生出1～2条芽管。在芽管伸出时便分泌多种水解酶。芽管借助自己分泌的水解酶、代谢酶和菌丝的机械压力等因素的联合协调作用 ,穿透寄主体壁,进入血腔中。
昆虫接触从昆虫的体壁、气门 、节间膜、气孔及 伤口等外部途径侵入;另外一种是在昆虫取食,呼吸时,通过消化道、呼吸道等内部途径侵入。如白僵菌对茶丽纹象甲 (Myllocerinus aurolineatus Voss)的侵染, 幼虫是孢子萌发后直接侵染体壁、气门、节间膜等 , 而成虫则是通过吞食大量孢子,孢子进入体内萌发而感染。马尾松毛虫在高温高湿条件下, 主要是通过体壁感染白僵菌, 而在低温低湿条件下 ,消 化道感染白僵菌的百分率提高;库蚊(Culexspp.)幼虫以呼吸道感染白僵菌为主 ,成虫则以体壁感染白僵菌为主。
芽管就在血腔中进行营养生长, 产生芽生孢子,芽生孢子也可直接长成菌丝, 菌丝不断生长, 侵入昆虫的各个器官,逐渐充满昆虫的整个血腔 , 使昆虫正常的体液循环受到阻碍, 造成生理饥饿 ,并会引起组织细胞的机械破坏。同时菌丝在生长过程中会分泌毒素和代谢产物(如白僵菌素和草酸盐类等),使昆虫血液的理化性质发生变化 ,从而使昆虫的代谢机能发生改变, 正常的生理及代谢功能也发生紊乱,最终因不能维持正常的生命活动而死亡。
靶标昆虫
目前,白僵菌已经广泛运用于二斑叶螨Tetranychus urticae、烟粉虱Bemisia tabaci、蓟马Frankliniella occiden- talis、亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis、思茅松毛虫Dendrolimus kikuchii等农林害虫防治。
发现过程
白僵菌在180多年前作为家蚕病原物第一次被报道。当然,那时候人们还不叫这种病原物为白僵菌。在菌物分类还没有发展的年代里,人们认为这种″病原物″是有害的,因为它对家蚕养殖业造成巨大打击。
1912年,建立白僵菌属后,白僵菌的属内种不断增加。白僵菌可以存在于多种生态环境中。从现在的报道可以看到白僵菌可在土壤中及植物根际存活；也可以内生于植物；最多的是作为昆虫病原物在昆虫上被发现报道。白僵菌以腐生菌丝或休眠的繁殖体存在于土壤或内生于植物中,直到它在周围的微环境中黏附到合适的寄主上。
昆虫致病真菌的研究始于18世纪80年代初,主要是出于对欧洲蚕养殖业的疾病管理的需要。一开始的研究发现,白僵菌是引起蚕僵化病的病原,而进一步的研究证实,白僵菌也可能感染其他昆虫,这也激发了人们使用白僵菌控制害虫的想法。但之前尝试用昆虫病原物来防治昆虫的想法和实践被逐渐发展起来的化学农药所阻滞。直到近年来生物农药的不断发展,白僵菌重新又走到台前。据统计,2002年到2007年,全球范围内共有171种基于昆虫致病真菌的产品已注册为商业真菌杀虫剂,其中关于白僵菌的产品有63 种,占到38%。
2015年起我国颁布一系列倡导生物防治和绿色防控的法令,这些法令的颁布为解决这一系列问题提供强大动力。
国内登记
国内有球孢白僵菌母药登记共6个。
球孢白僵菌的制剂主要是可湿性粉剂和悬浮剂。还有可分散油悬浮剂和颗粒剂。
主要由于为茶小叶蝉,玉米螟, 美国白蛾,草地贪夜蛾等虫害的防治。
生产工艺
固态发酵
多年来,固态发酵是白僵菌工业生产采用的主要方式。特别是在我国,关于白僵菌的固态 发酵,研制和发展了多种方法,并得到了大量的应用。研究初期也就是;.世纪六七十年代主要以室内浅盘式、室外大床式、塑料袋培养等土法生产。这种方法以廉价易得的农副产品下脚 料麸皮和谷壳为主要原料,无需复杂设备,方法简单易行,且成本低,适合就地生产、就地使用。但生产周期长、污染率高、产品质量低下且不稳定,特别是产品粉碎、包装过程中,生产车间粉 尘浓度高,引起操作工人的过敏反应。
液固双相发酵
目前,应用于白僵菌规模化工业生产效果较好的要数液固双相发酵法,即首先经几级液态发酵制得大量白僵菌芽生孢子或菌丝体,再将其接种于固体料上继续培养,以获得分生孢子, 然后经旋风分离收集纯孢粉。湖南省微生物所以浓培养基液体深层发酵培养白僵菌菌丝体,载体快速产孢工艺是在一般双相培养工艺上的改进。 该工艺缩短了生产周期,减轻了培养后期的杂菌污染,甚至载体可不作消毒处理,从而节省了人力和能源消耗。
目前遇到的问题
1.蚕对球孢白僵菌非常敏感, 在桑田附近应禁止使用。
2.球孢白僵菌作为生物制剂, 其在长途运输过程中容易失活,特别在高温或低温环境下容易造成不可逆的失活。限制了其使用和运输环境。
3.由于生物农药本身存在见效慢、杀虫不彻底和操作繁琐等问题,其与其他杀虫剂,如苏云金芽孢杆菌的复配,很好的解决了这个问题。
总结
白僵菌虽然具有分布广、寄生害虫种类多、对害虫天敌无害、生产成本低等诸多优点,但从选种、培育到利用生产的白僵菌菌剂在自然环境中进行病虫害防治,仍然面临诸多问题。从生物防治的发展趋势来看,白僵菌作为一种重要的昆虫病原真菌,其制剂的应用开发潜力巨大。但由于复杂多样的自然环境为病虫害提供天然庇护所,单一利用白僵菌生物制剂往往很难收到很好的防治效果,未来需要结合多种防治措施对病虫害进行防治。
在害虫综合防治及有机农业的生产中, 白僵菌将会起到重要的作用, 但由于其使用的局限性,仍然不能代替化学农药的使用。其不同剂型的研究和复配的开发仍然是其发展的重点。菌种退化则是其必须面对的问题。
参考文献
白僵菌杀虫剂生产工艺研究状况与展望 刘 健等 中国生物防治 2003
球孢白僵菌对昆虫致病机理的研究进展 田志来等 安徽农业客户 2008
白僵菌属分类研究进展 郭东升等 西北农业学报 2019
白僵菌与苏云金芽胞杆菌水悬浮剂研制及田间防治玉米螟研究 毛 刚等 玉米科学 2018