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微生物農藥在環境保護中的應用PPT下載

素材編號:
394254
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PowerPoint
素材格式:
.ppt
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yangyiner
上傳時間:
2020-01-11
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1 MB
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生物課件PPT
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微生物農藥在環境保護中的應用PPT

微生物農藥在環境保護中的應用PPT免費下載是由PPT寶藏(wangzhantj.cn)會員yangyiner上傳推薦的生物課件PPT, 更新時間為2020-01-11,素材編號394254。

這是微生物農藥在環境保護中的應用PPT,包括了概述,微生物農藥的特點,細菌類微生物農藥,病毒類農藥,真菌類微生物農藥,微生物產生的植物生長調節類農藥,微生物除草劑,細菌殺蟲劑的種類等內容,歡迎點擊下載。

第三章   微生物農藥
現代概念的微生物農藥是指以活體微生物或者以微生物的代謝產物來作為農藥,不僅是指殺蟲活性,還包括殺菌、除草和植物生長調節活性等。
微生物農藥的概念可進一步擴展,定義為用來防治病、蟲、草等有害生物的微生物活體及其代謝產物和轉基因產物,并可以制成商品上市流通的微生物源制劑。
因此按功能作用來分,有殺蟲、殺菌、除草和植物生長調節劑4大類;按有效成分分為:抗生素類、細菌類、真菌類、病毒類、原蟲類、線蟲類、微生物產生的植物生長調節劑類等七大類。
轉微生物基因的植物,應該視為活體的植物農藥,但活性成分是來自于微生物的。
線蟲,有人也把這類動物列為微生物農藥,實際上線蟲是屬于動物類的。動物界的線蟲門,有4萬多種,1981才有人提出應用線蟲防治害蟲,因此,研究比較少。
原蟲,又叫原生動物,是單細胞動物或有單細胞組成的群體。傳統上屬于動物界,1980年以后屬于原生生物界的一個亞界。也可以看成是微生物,目前已知有3-4萬種,寄生在昆蟲體內的就有1500多種,如錐蟲、滴蟲、變形蟲、微孢子蟲等。
從已上市的生物制劑對防治目標對象的作用機理來看,微生物農藥最終起作用的物質基本都為具有一定化學結構的生物化學物質,如Bt和抗蟲棉的(內毒素蛋白),白僵菌的白僵素,病毒分泌的酶,以及防治病蟲草害的抗生素和植物生長調節劑等,都具特定的化學結構。
按擴展概念來計算,我國微生物農藥的產量或防治面積已占農藥總產量或防治面積的l0%左右,如井岡霉素一個品種的年產量(100%有效成份0.4萬噸),就占殺菌劑總產量(4.5萬噸)的9%左右,加上其它品種如阿維菌素、赤霉素、Bt、農抗120、多氧霉素、白僵菌及一些病毒制劑的產量,它們占農藥總產量的比例已接近l0%。
  2  微生物農藥的特點
(1)對人畜安全、對病蟲害的特異性強,不殺傷天敵和有益生物;
(2)易被其它生物或自然因素所分解破壞,在環境中不易積累,對使用環境的污染少;
(3)作用效果一般比較緩慢,作用機理比較復雜,常常有多種因素和成分發揮作用,害蟲和病原物難以產生抗性。
(4)可進行規模化生產,生產原料大多為農副產品,來源廣,易生產;
(5)各種品種生產工藝相似、設備相同,建一個工廠就可生產多品種。
(6)可利用現代生物技術和基因工程技術對微生物和毒力基因進行改造,不斷改進性能和提高質量。
3 細菌類微生物農藥
我國對以Bt為主的細菌類農藥品種的研究開發,一直比較活躍。如對Bt,除研究其作用機理、發酵工藝外,還研究Bt的工程菌和轉Bt殺蟲基因的植物。目前Bt制劑的生產廠家已達64家,年產量8萬多噸(制劑),年應用面積達到5千萬畝次以上;轉Bt基因的農作物并產業化的品種已有抗蟲棉和抗蟲玉米、水稻等,年推廣應用面積達到300萬畝左右。
除Bt外,開發成功的細菌制劑還有亞寶(枯草桿菌)、力寶(假單胞桿菌)、增產菌(蠟質芽胞桿菌)、康地蕾得(多粘類芽孢桿菌)等。
4 病毒類農藥
我國病毒資源豐富,“七五”、“八五”期間研究出了十幾株具有較好開發應用前景的病毒株,其中棉鈴蟲核多角體病毒已登記注冊,并形成年產百噸制劑的生產線,“九五”期間注冊登記了斜紋葉蛾多角體病毒和粘病毒,使用面積每年達到百萬畝以上。
2002年,武漢大學生命科學學院與武大綠洲生物技術有限公司合作,研制成功的6個“武大綠洲菜園系列”病毒殺蟲劑,分別是菜青蟲、小菜蛾、棉鈴蟲、甜菜夜蛾、苜蓿銀紋夜蛾的顆粒體和核多角體病毒
利用生物工程技術獲得的基因修飾及含有增效蛋白因子的病毒株系已處于開發生產階段,從而使昆蟲病毒產品的作用譜更廣、防治效果更好。
5 真菌類微生物農藥
昆蟲病原真菌有700多種,而其中只有10余種用于害蟲防治。目前,已經有50多個真菌殺蟲劑品種。
我國開展真菌制劑的研究開發已有30多年的歷史,其中以白僵菌為最。
目前雖然還未開發成功白僵菌制劑產品,但每年應用白僵茵防治松毛蟲和玉米螟等的面積達1000萬畝次以上。
本霉菌已開發成功,取得農藥登記注冊,用于防治蔬菜灰霉病具有較理想的效果和應用前景(主要有哈次木霉T. harzianum對立枯病、菌核病等有效)。
目前,處于小試和中試階段的真菌制劑還有綠僵菌(防治蝗蟲),淡紫擬育霉(防治植物線蟲)、毒力蟲霉(防治蚜蟲)和蠟蚧輪枝菌(防治白粉虱)等。
球孢白僵菌的研究也取得很大進展,主要是增強了球孢白僵菌侵染昆蟲體壁過程中降解昆蟲體壁蛋白酶和幾丁質酶的能力。
6  微生物產生的植物生長調節類農藥
我國開展植物生長調節劑研究的歷史可追溯到50年代初,從5406細胞分裂素土法生產到赤霉素的開發成功和大面積應用,表明植物生長調節劑在我國農業生產中發揮了重要的作用。
特別是赤霉素促進雙季雜交水稻的分蘗、齊穗、早熟的作用,使其需求量急增,生產廠家達到40多個,成為植物生長調節劑中的當家品種。
目前開發成功的由微生物產生的植物生長調節劑品種還有細胞分裂素、脫落酸等。
8 微生物除草劑
比較復雜,現在人們的概念是可以象農藥一樣防治特定的農田雜草的微生物。
現在已經在國外廣泛應用的微生物除草劑已經有10多種,但從登記的情況來看,主要是微生物的代謝產物,如:Fusarium solani,主要是用來防治大豆和棉花田的除草劑
我國1963年即開發出真菌(黑盤孢目炭疽病屬)魯保一號,防治菟絲子;1978年利用鏈霉菌新種篩選出的農抗除草劑A和B,具有選擇性除草和高效防治水稻白葉枯病的雙重作用。
 微生物殺蟲藥劑
 1 細菌性殺蟲劑概述
   細菌殺蟲劑的種類
細菌殺蟲劑(Bacterial insecticide)是利用對某些昆蟲有致病或致死作用的殺蟲細菌所含有的活性成分或菌體本身制成的,用于防治和殺死目標昆蟲的生物殺蟲制劑。
殺蟲細菌主要來自芽孢桿菌科Bacteriaceae、假單孢菌科Pseudomonadaceae、腸桿菌科Enteaobacteriaceae、乳桿菌科Lactobacillaceae 和微球菌科Micrococcaceae等細菌類群。
目前已知的殺蟲細菌約有100多種,但被研制出產品并投入使用的主要是其中的4種,即蘇云金芽孢桿菌(Bacillus thuringiensis)、球形芽孢桿菌(Bacillus sphaericus) 、日本金龜子芽孢桿菌(Bacillus popilliae)和緩病芽孢桿菌(bacillus lentimorbus)。前兩種屬兼性殺蟲芽孢桿菌,它們既能在人工培養基上生長,亦能在昆蟲體內繁殖;后2者屬專性殺蟲芽孢桿菌,它們一般要在昆蟲寄主體內才能生長并形成有侵染力的芽孢。另外,也有少數其它芽孢桿菌及個別芽孢的細菌發展成產品。
2 蘇云金桿菌類殺蟲劑
McConnell等(1959)發現Bt的部分菌株在發酵過程中可產生一種熱穩定的β-外毒素(蘇云金素),并證明該物質具有一定的殺蟲活性。
Heimpel于1967年將蘇云金桿菌產生的幾種毒素它們劃分為四類,即α—外毒素、β—外毒素(蘇云金素)、γ—外毒素、δ—內毒素(伴孢晶體蛋白消化激活后產生的毒性肽)。
Zakharyan等1976年最先提出,質粒可能對伴孢晶體的編碼起作用。接著,Debabov等和Galushka等1977年證實,蘇云金桿菌含有質粒,它與伴抱晶體的形成有關。從而激起了蘇云金桿菌遺傳學研究的熱潮。通過轉化、轉導、接合、融合等傳遞系統、使控制伴孢晶體形成的基因不僅在蘇云金桿菌亞種之間,而且在不同種細菌之間,甚至與高等植物進行了轉移或克隆,并獲得了表達。
 1981年,Schnept和Whiteley首次將HD-1菌株伴孢晶體的基因克隆到大腸桿菌中,并得到表達。
1987年,美國Monsanto公司用自己構建的Sev載體系統轉移Kurstaki的內毒素基因,獲得抗鱗翅目害蟲的番茄轉化株。
到目前為止,已分離出4萬多個Bt菌種,報道了51個血清型(根據菌體細胞鞭毛抗原的特異性結合生理生化特性的區別特征分出血清型) ,50多個亞種,已克隆出60多個毒素基因,我國目前已經報道有17個血清型26個亞種。
δ—內毒素基因的克隆與表達
不同基因型殺蟲譜不同,毒蛋白的大小及形狀也不一樣。根據殺蟲譜的不同,將殺蟲基因分成四大類,統稱為cry基因,用羅馬數字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等來命名,分別代表幾類殺蟲范圍。在每一類型下根據氨基酸序列的同源性,又分為 A,B,C等不同的基因型。在同一基因型下根據限制性內切酶的酶譜和分子量的大小,又分為a,b,c等不同的基因亞型。其分類如下:
cryI基因:編碼分子量130000-140000 Da的晶體蛋白.cryI蛋白在芽孢形成過程中累積在棱形的伴胞晶體中,蛋白的毒性部分位于N端段.cryI基因又可分為cryIA(a、b、c)、cryIB、cryIC和cryID六種基因,對于所有cryI基因來說,基因的5‘端編碼毒性蛋白,而3’端對于編碼蛋白的毒性不是絕對需要的。
cryII基因:編碼65000Kd的毒素蛋白(又稱P2蛋白),這類蛋白形成立方形的伴胞晶體。
cryII基因與其它cry基因的同源性很有限。
cryIII基因:為對鞘翅目幼蟲有毒性的擬步甲亞種和蘇云金桿菌ZG2158菌株所特有,它們都為血清型H8a8b。
cryⅣ基因編碼對雙翅目昆蟲有特異毒性的橢圓形伴孢晶體。cryⅣA, 135 KD; cryⅣB,128 KD; cryⅣC,78 KD;  cryⅣD, 72 KD, cryⅣA和 cryⅣB基因在結構上與cryⅠ相似,毒性核心區段為53—78KD,位于原毒素蛋白的N端.
δ-內毒素蛋白基因的克隆與表達
1981年,Schnepf和 Whiteley首先對斯庫塔克亞種的HD-1菌株晶體毒素蛋白基因進行克隆;主要是在大腸桿菌HB101中得到表達;
1987年Whiteley等對8個亞種的晶體毒素蛋白基因在大腸桿菌或枯草芽孢桿菌中得到表達;
Sekar和Carlton(1985)將以色列亞種的伴孢晶體基因轉入到巨大芽孢桿菌,得到產不規則行晶體的菌株VB131,該菌株形成芽孢的培養物能100%殺死蚊幼蟲。可能在基因克隆與表達過程中會表現出毒性增加的現象。
5 δ-內毒素蛋白基因的遺傳操縱
1986年,Shivakumar等將庫斯塔克亞種的晶體毒素蛋白克隆到枯草芽孢桿菌中,克隆的片段上有晶體毒素蛋白基因的啟動子,轉錄時,晶體毒素基因是用自身的 啟動子,在菌體形成芽孢前的營養體時期表達了晶體蛋白。這表明,晶體毒素蛋白基因的表達可從芽孢形成的控制中解脫出來。
1987年,王憲和范云六通過庫斯塔克亞種HD-1菌與以色列亞種的原生質體的融合,得到了既殺鱗翅目又殺雙翅目幼蟲的穩定融合子。這表明可以對其毒素蛋白基因進行遺傳操縱。
Obukowics等學者在1986年將cryⅠA(b)基因經轉座子Tn5介導引入到植物的假單孢桿菌中,使植物具有抗蟲性,從而創造了第一代Bt轉基因抗蟲植物。這也是 Bt毒蛋白基因使植物獲得抗蟲性的最早報道。真正的Bt毒蛋白轉基因植物是第二代Bt抗蟲植物。
第一個成功的例子是由比利時的植物遺傳系統公司在1987年6月報道的,他們用農桿菌介導法成功地將完整地cryⅠ(b)基因和3′,5′端缺失后只保留5′端編碼毒蛋白核心區的不同長度的cryⅠ(b)基因導入煙草獲得了抗煙草天蛾的轉基因煙草植株。自那時起,人們在Bt殺蟲晶體蛋白基因的修飾和改造,表達裁體的構建,植物遺傳轉化方法及抗蟲轉基因植物的培育等方面有了大量的研究,
Perlak等(1991)比較野生Bt毒蛋白基因和高等植物結構基因的DHA序列發現其含較多的AT堿基和ATTTA重復序列,便采用Kunkle的DNA點突變法,對野生型Bt毒蛋白基因[CRYAD]的AT富含區進行點突變,改變了63個Nt,使CC的含量從37%增加到41%,ATTA重復序列從13個減少到7個,改變編碼9.5%,故使轉Bt基因植物中δ-內毒素提高10倍.
又通過不改變原Aa編碼的前提下改變DNA,使390個堿基對60%密碼子改變,使GC含量增加到49%,但不含ATTA序列。這樣全修飾后的Bt毒蛋白基因導入植物后,使植株體內的各毒素含量提高100倍,并表現出較強的殺蟲效果,199I年用這種修飾過的Bt毒蛋白基因導入棉花而育成的轉基系在11個點次的田間接種試驗中殺蟲效果強。其棉鈴蟲和煙青蟲的為害率不到1%,紅鈴蟲在百鈴中的活幼蟲數僅0.3頭,而對照的棉鈴蟲和煙青蟲為害率幾乎為100%,紅鈴蟲在百鈴蟲中的活幼蟲數為25一50頭。
1993年Fujimsto等對cryA(b)進行了廣泛的修飾,在水稻中得到高效表達。Adang等用經過修飾的cryⅢA轉化馬鈴薯, Koziel等用經過修飾的Cry1A(b)轉化玉米,都得到高表抗蟲效果的轉基因植物。到目前為止.國內外已有許多實驗室和科研單位用不同的Bt毒基因和轉化方法獲得50多種不同的抗蟲植物。有的已進入大田試驗和商品化生產階段。
到1997年,全世界已發放Bt轉基因玉米品種11個,棉花和馬鈴薯品種各5個,主要種植于8個國家和地區,其中美國的種植面積最大。我國也從1991年起開始了Bt cryⅠA殺蟲基因的部分改造和全合成,并導入棉花、煙草、甘藍等25種以上植物獲得成功。目前全世界已獲得50多種不同的抗蟲轉基因植物,技術趨向成熟,成果向商品化、實用化階段深入,并開展大規模的田間推廣試驗。從1995年起,cryⅠA類轉基因玉米、棉花和馬鈴薯已商品化,性狀有單劑引的抗玉米螟、抗棉鈴蟲和抗馬鈴薯甲蟲,還有玉米和棉花的多基因抗蟲+抗除草劑性狀。
我國Bt轉基因植物中,轉Bt基因的抗蟲棉花得到了商品化生產;其中浙江大學原子核農業研究所誘變育種中心通過與加拿大渥太華大學合作,在國際上率先利用農桿菌介導法于1994年成功的地獲得了轉cryⅠA(b)Bt基因的水稻,并于1998年6月通過農業部批準進行環境釋放試驗。1998年9月通過鑒定,成為國際上最有希望最早實現商品的水稻品種。
2002年荷蘭國際植物研究中心與保加利亞plovdiv大學聯合將cryⅠBa和cry Ⅰla組合起來,形成一種混合毒素,并在馬鈴薯上得以表達,可以對馬鈴薯甲蟲和歐洲玉米螟進行控制。
3 其它細菌殺蟲劑
3、1球形芽孢桿菌
迄今已分離到各種球形芽孢桿菌的菌株近700株,但有毒菌株較少,它們分屬于總共48個血清型中的10個血清型。球形芽孢桿菌有毒菌株對庫蚊、按蚊有較高毒力,對伊蚊幼蟲的毒力則不及蘇云金芽孢桿菌以色列亞種的菌株,對蚋則無毒力。但由于球形芽孢桿菌的芽孢和晶體在環境中持效期較長,并有可能在環境中再循環,因此對球形芽孢桿菌高毒菌株的篩選及制劑研究從80年代中后期開始受到重視。我國生產了Bs-10,C3-41等乳劑,曾在野外大面積用于蚊幼蟲的防治。
球型芽孢桿菌對蚊幼蟲的致病性或致死作用是通過毒素或與孢子囊體有關的毒素或芽孢實現的。
在產生伴孢體的菌株中,伴孢體具有最大的殺蟲活性。
BS毒素與BT的內毒素的作用方式有相似之處,即都需要酶的激活才能對細胞有毒性,但BS毒素的受體是糖蛋白,而BT內毒素的受體是磷脂
球型芽孢桿菌高度的致病力、較長的持效期和在污水期中仍有較強的殺蟲活性,被世界衛生組織列為最有希望的生物殺蟲劑之一。
3.2 日本金龜子芽孢桿菌和緩病芽孢桿菌
日本金龜子芽孢桿菌以及緩病芽孢桿菌能使蠐螬產生A型乳狀病和B型乳狀病。第一個日本金龜子芽孢桿菌制劑Doom 于1950年在美國登記,成為該國政府批準登記的第一個生物防治制劑。由于日本金龜子芽孢桿菌和緩病芽孢桿菌尚不能在人工培養基上生長形成有侵染力的芽孢,因此商品制劑Doom,Japidemic,Grub,Attack及 Milky-spore等都是采用幼蟲活體培養的方式來生成的。迄今這2種菌尚未能在人工培養基上發酵生產,已成為大規模生產的主要障礙。
近年來國外試圖克隆金龜子芽孢桿菌和緩病芽孢桿菌的殺蟲活性蛋白的編碼基因并導入其它受體菌中進行表達,這為進一步開發利用此菌提供了新的途徑。
4、細菌殺蟲劑存在的問題及展望
伴隨抗蟲基因工程進展,其在應用方面潛在的問題也日益顯露,主要表現在以下幾個方面:
首先,Bt殺蟲晶體蛋白的抗蟲譜較窄,而限制了其抗蟲基因工程中的應用,雖然已分離到眾多的Bt毒蛋白基因,其抗蟲譜幾乎覆蓋了所有的鱗翅目害蟲,但具體而言,每一種Bt毒蛋白基因的抗蟲譜卻十分有限,或只對某個種或某些種有抗性。針對這個問題,在Bt毒蛋白基因工程研究中已提出了兩種解決辦法。
其次,由于轉基因植物給昆蟲提供了—個連續恒定的選擇壓,使昆蟲在群體水平上產生了耐藥性。Van montage博士指出:“轉Bt毒蛋白基因植物如欲取得實用價值,則必須解決害蟲易對其產生耐藥性的問題”。為此,目前已有多種策略甚至幾種方法綜合運用來防止昆蟲抗性的產生。
第三是Bt毒蛋白基因在植物體內的沉默與甲基化、轉基因的拷貝數、插入受體植物果包體位點及轉基因是否與受體植物中有同源基因等有關。使其表達水平低。目前人們已設計了幾種對策。
第四,Allison等認為Bt毒蛋白可能成為轉Bt毒蛋白基因植物最嚴重的生態危機。有關轉Bt殺蟲晶體蛋白基因植物潛在的生態危險;已引起生態學家生物學家和農學家們的密切關注,這方面的研究已成為熱點,有關轉基因植物對生態環境和食物安全性的影響已進行了不少研究,積累了一大批有價值的資料。但目前已商品化的轉Bt殺蟲晶體蛋白基因植物對生態環境產生危險性的報道末見報道。
第五.不少文獻報道了轉基因植物會產生一系列性狀變異。吳剛等研究發現,轉cryⅠA(b),cryⅠA(c)Bt毒蛋白基因的水稻株系在株高、穗長、單粒重、面粒重和結實率等方面都顯著降低,而單株有效分數增多,生育進程推遲,落粒性增強。所以.選擇優質表型且具較強殺蟲的轉基因植物,對于創造優良性狀的抗蟲植物至關重要。
細菌殺蟲劑的應用有兩條途徑,一條是直接應用,另一條是通過基因工程技術得以實現其增加效果的可能性。
轉基因植物工程是一項應用性極強的研究,它使短時間內培育出抗蟲植物品種成為可能,同時正在進行田間試驗的性狀中,多基因抗蟲性狀也屢次出現。將Bt基因,特殊的抗病基因等優良品質基因集聚于同一品種。相信不久的將來,人們會實現培育抗蟲作物,減少環境污染,保護人類健康的美好愿望。但有關的安全性問題一刻也不能忽視。
 

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