球孢白僵菌
拉丁學(xué)名:Beauveria bassiana
類別:昆蟲病原真菌
在分類上屬于子囊菌門(Ascomycota)，盤菌亞門(Pezizomycotina)，糞殼菌納(Sordariomycetes)，肉座菌目(Hypocreales)，蟲草科(Cordycipitaceae)，白僵菌屬(Beauveria)。球孢白僵菌是國內(nèi)外廣泛用于害蟲生物防治的殺蟲真菌之一，被認(rèn)為是最具開發(fā)潛力的一種昆蟲病原真菌。
球孢白僵菌是廣譜性殺蟲真菌，國內(nèi)外研究人員利用球孢白僵菌防治玉米螟、松毛蟲、小蔗螟、盲椿、谷象、柑桔紅蜘蛛和蚜蟲等農(nóng)林害蟲。特別是對(duì)玉米螟和松毛蟲的生物防治，在國內(nèi)已作為常規(guī)手段連年使用。由于球孢白僵菌能有效地控制蟲口數(shù)量，同時(shí)不傷害其他天敵昆蟲和有益生物，完全符合有害生物綜合治理的宗旨，同時(shí)由于其容易大量生產(chǎn)，防治成本較有競爭力，因而其具有廣泛的應(yīng)用前景。
球孢白僵菌作為模式的昆蟲病原真菌，是真菌--昆蟲互作研究的重要模式種。中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院和浙江大學(xué)的科學(xué)家在國際率先完成球孢白僵菌的基因組研究，發(fā)現(xiàn)球孢白僵菌同蛹蟲草的進(jìn)化關(guān)系非常近，但由于主要無性繁殖為主，導(dǎo)致兩在基因組結(jié)構(gòu)上存在顯著差別 。球孢白僵菌基因組編碼有大量的次級(jí)代謝基因簇(secondary metabolic gene clusters)，與此相對(duì)應(yīng)，球孢白僵菌能夠合成非核糖體多肽類的白僵菌素(beauvericin)、類白僵菌素(bassianolide，又稱作球孢交酯)和白僵菌環(huán)三肽(beauverilide)，以及苯醌類的卵孢霉素(oosporein)等。生物合成機(jī)理及昆蟲生物測(cè)定研究表明，白僵菌素、類白僵菌素和卵孢霉素等均具有殺蟲活性，其中卵孢霉素能夠抑制昆蟲的細(xì)胞免疫及體液免疫而促進(jìn)白僵菌的感染殺蟲過程 。功能基因組研究揭示了不同基因在白僵菌感染致病及環(huán)境抗逆過程中的作用與功能;遺傳改造研究通過過表達(dá)內(nèi)源或外源基因，顯著提高了球孢白僵菌的殺蟲效率或環(huán)境抗逆能力 。
球孢白僵菌在液體、固體培養(yǎng)基上均能生長發(fā)育良好，并產(chǎn)生不同類型的孢子，分別為芽生孢子(blastospores)和分生孢子(conidia)。在液體培養(yǎng)條件下，球孢白僵菌產(chǎn)生芽生孢子。芽生孢子細(xì)胞壁薄，抗逆性能差，容易失活。
在固體培養(yǎng)條件下，球孢白僵菌產(chǎn)生分生孢子，分生孢子細(xì)胞壁厚，通常條件下比芽生孢子更具有生物穩(wěn)定性。球孢白僵菌分生孢子的表面具有粗糙的皺折，它是一種β-胡蘿卜醇的聚合物，能增強(qiáng)分生孢子對(duì)不良環(huán)境的抵抗力，而芽生孢子表面是光滑的，所以對(duì)不良環(huán)境的抵抗力就更差。因?yàn)榍蜴甙捉┚稚咦颖妊可咦泳哂袑?duì)環(huán)境更強(qiáng)的抵抗力，而且在對(duì)許多農(nóng)林害蟲的防治上是更為有效的侵染體，所以在應(yīng)用上一般使用分生孢子。對(duì)于球孢白僵菌的發(fā)酵工藝，國內(nèi)外許多工作者進(jìn)行了長期不懈的探索，先后經(jīng)歷了液體深層發(fā)酵、固態(tài)發(fā)酵和液固兩相發(fā)酵。
液體深層發(fā)酵(submerge fermentation, SmF)是指微生物在液態(tài)的培養(yǎng)基中的發(fā)酵過程。對(duì)于球孢白僵菌來說，液態(tài)發(fā)酵主要產(chǎn)生的是芽生孢子和菌絲。利用此方法生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)便利，生物量大。工業(yè)生產(chǎn)上曾嘗試?yán)靡后w發(fā)酵生產(chǎn)芽生孢子，然而，研究表明芽生孢子活力低、不耐貯藏，難以應(yīng)用于實(shí)際。于是有些研究者通過改變培養(yǎng)基配方、添加微量元素和選育合適菌株等手段進(jìn)行液體發(fā)酵條件下生產(chǎn)分生孢子的研究。研究發(fā)現(xiàn)，綠僵菌以及白僵菌液生分生孢子的形成與培養(yǎng)基組成、微量元素和維生素的關(guān)系密切?？傊?，由于液生分生孢子在產(chǎn)量、毒力及貯藏期等方面仍存在至今無法解決的難題，以至無法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際。
固態(tài)發(fā)酵(solid state fermentation, SSF)是指利用自然底物做碳源及能源，或利用惰性底物做固體支持物，其體系無水或接近于無水的發(fā)酵過程。固體發(fā)酵是目前公認(rèn)的獲得真菌孢子的最好方法，不僅產(chǎn)量高，而且質(zhì)量好。在固體發(fā)酵中得到的孢子特性明顯好于那些來自液體深層發(fā)酵得到的芽生孢子，它們對(duì)干旱條件更具抗性，而且在干燥的環(huán)境中更穩(wěn)定。
固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)昆蟲病原真菌的分生孢子已在許多國家取得了很大的進(jìn)步，人們利用固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)球孢白僵菌、金龜子綠僵菌等重要昆蟲病原真菌的分生孢子。分生孢子具有抗逆性好，活力強(qiáng)，易保存等優(yōu)點(diǎn);但缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長，容易造成雜菌污染。多年來，固體發(fā)酵是球孢白僵菌工業(yè)生產(chǎn)采用的主要方式。我國研制和開發(fā)了球孢白僵菌固體發(fā)酵的多種方法，并得到了大量的應(yīng)用。
最初國內(nèi)主要以室內(nèi)淺盤、室外大床式和塑料袋培養(yǎng)等土法生產(chǎn)球孢白僵菌，這種方法以廉價(jià)的農(nóng)副產(chǎn)品麩皮和谷殼為主要原料，無需復(fù)雜的設(shè)備，生產(chǎn)方法簡單易行，且成本低，適于就地生產(chǎn)、就地使用，但生產(chǎn)周期長，污染率高，產(chǎn)品質(zhì)量低下且不穩(wěn)定，特別是產(chǎn)品粉碎、包裝過程中生產(chǎn)車間粉塵濃度高，可引起操作工人的過敏反應(yīng)。
后來針對(duì)以上存在的缺點(diǎn)進(jìn)行了一系列改進(jìn)，取得了突破性進(jìn)展，并降低了成本。然而，這些生產(chǎn)工藝大多是基于傳統(tǒng)的開放式固體淺盤發(fā)酵，不僅容易造成發(fā)酵中雜菌污染，而且溫度、濕度等培養(yǎng)條件難以控制，隨氣溫變化的影響較大，生產(chǎn)的孢子粉在不同批次間的生理狀態(tài)參差不齊，產(chǎn)品質(zhì)量不一致，所以難以滿足商品化生產(chǎn)和制劑加工需要。
昆蟲病原真菌的侵染體既可以通過液體深層發(fā)酵來生產(chǎn)，也可以通過固態(tài)發(fā)酵來生產(chǎn)。因此，把兩者結(jié)合起來的液固兩相發(fā)酵是解決昆蟲病原真菌生產(chǎn)難題最有效的方法。
液固兩相發(fā)酵(liquid-solid biphasic fermentation)對(duì)于昆蟲病原真菌的生產(chǎn)來說是指首先通過液體發(fā)酵快速生產(chǎn)大量菌絲或芽生孢子，再接種到固體營養(yǎng)或惰性基質(zhì)上進(jìn)行固體發(fā)酵，使其產(chǎn)生最接近自然接種體形態(tài)的氣生分生孢子。它結(jié)合了液體深層發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵，充分發(fā)揮了兩者的長處，又避免了兩者的缺點(diǎn)。該方法克服了單純液體發(fā)酵生產(chǎn)的芽生孢子環(huán)境穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，最大限度地利用了固體表面上產(chǎn)生氣生分生孢子的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)縮短了菌絲生長周期，生產(chǎn)方法簡便，原料易得，能耗成本低。因此被廣泛用于昆蟲病原真菌分生孢子的生產(chǎn)。
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