《昆虫病原真菌》PPT课件.ppt
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1、昆虫 病原真菌一、概述二、白僵菌三、白僵菌的生殖(一)无性生殖(二)准性生殖四、白僵菌的入侵和致病机理五、白僵菌的致病性和毒力六、白僵菌的生产(一)固体发酵培养法(二)简易生产法(三)产品质量检测七、菌种的分离、复壮和纯化八、白僵菌杀虫剂的应用,一、概 述 真菌(fungi)是最早被发现引起昆虫疾病的微生物,原因是它们生长在宿主的表面,明显可见。真菌也是首先被研究制成杀虫剂的微生物,并以其特殊的营养方式、独特的入侵方式和可靠的宿存机制在害虫的综合治理中表现出强大的生命力。真菌是微生物的一个重要类群,约有10万余种。杀虫真菌目前世界上已记载的约有100属,800多种,并且数量还在不断地增加,杀虫
2、真菌大部分是兼性或专性病原体,它们的生长和繁殖在很大程度上受外界条件限制。近20年来,真菌的生理学和生态学方面的研究取得了新的进展,使得杀虫真菌防治害虫的效果显著提高,成为微生物杀虫剂的重要组成部分。杀虫真菌具有一般真菌的共同特征,由单细胞或者多细胞组成,缺少光合作用所必需的叶绿素,其营养方式是依靠分解有机物而吸收有机物供给的能量和营养物质。真菌具有细胞壁,是真核生物(eucaryote),除少数真菌存在的游动孢子可以运动之外,是典型的不运动生物。大多数杀虫真菌由分枝状菌丝(hypha)组成,菌丝由发芽的孢子(spore)发育而来,许多菌丝在一起组成菌丝体(mycelium)。真菌主要依靠孢子
3、繁殖,孢子既有可能是无性孢子,又有可能是有性孢子。,二、白 僵 菌 被白僵菌寄生的昆虫,虫体坚硬,体表长有白色菌丝层,通常称为“白僵病”或“硬化病”,白僵菌的杀虫范围达700多种。白僵菌的菌丝呈白色、淡黄色,偶尔呈淡肉色,疏松,绒毛状,菌丝长且较细,直径为1.5m-2m。分生孢子梗单生或合轴分枝,再育产孢。产孢细胞常着生于短的柄细胞(stalk cell)上,通常呈球形、柱形、瓶形、直或弯,末端变细,抽长成“之”字形。最常见的杀虫白僵菌有两个种,即球孢白僵菌(Beauveria bassiana)和卵孢白僵菌(B.tenella)。这两个种的区别是:球孢白僵菌的分生孢子呈球形或近球形,大小为(
4、2m-3m)(2m-2.5m),柄细胞与产孢细胞成簇生长。卵孢白僵菌又名布氏白僵菌((B.brongniartii)或纤细白僵菌(B.tenella),其分生孢子98%为椭圆形,大小(2.5m-4.5m)(2m-2.5m),如果有柄细胞则相当纤细,很少成簇生长。,三、生殖1、无性生殖(asexual reproduction)白僵菌可通过分生孢子、芽生孢子、节生孢子、内生孢子、厚壁孢子和菌丝体断裂等多种方式进行无性生殖。生活史的类型是多型性的,在不同的培养条件下产生不同类型的孢子。白僵菌上述六种类型无性生殖的过程是:(1)分生孢子(conidium)分生孢子梗是多核的,在顶端延伸成瓶梗时,一个
5、细胞核拉长,进到瓶梗的顶端,此时顶端膨大成分生孢子,最后分生孢子和瓶梗连接处以缢缩的方式分离,瓶梗的内层和外层细胞壁都参与了分生孢子的形成,而分生孢子梗内的核又不断分裂,随着原生质的运动向瓶梗顶端移动。在28培养时,接种3.5h-4h孢子就开始萌发,8h萌发孢子逐渐增多,15h即进入萌发高峰。从分生孢子萌发,长成菌丝体,再形成新一代的分生孢子,最快需23h,72h后分生孢子即大量产生。(2)芽生孢子(blastospore)白僵菌在液体发酵培养或在昆虫体腔内增殖时产生大量的芽生孢子,芽生孢子由菌丝体或萌发后以出芽的方式产生,细胞核1至多个,脱落后只要条件适宜即可萌发产生短菌丝,以芽生的方式又产
6、生下一代芽生孢子。培养前期形成的芽生孢子圆形。,在28的人工培养条件下,分生孢子接种后15h,芽生孢子就开始形成,30h逐渐增多,49h达最高峰。芽生孢子壁薄,生活力弱,但在昆虫体内发育时能吸收大量的水分并产生有毒的红色卵孢霉素,该毒素是昆虫致死的重要因素。(3)节生孢子(knotspore)菌丝长到一定时期,横隔膜的中胶层发生自溶,一个一个细胞脱落下来,即成一个节生孢子。有的节生孢子由数个细胞构成,可以由菌丝向下逐渐形成,也可以在菌丝中间形成。(4)内生孢子(endospore)内生孢子球形或椭球形,在菌体壁内形成,随后菌丝的内外壁发生自溶,内生孢子散落出来。(5)厚壁孢子(thick-wa
7、ll spore)厚壁孢子由菌丝体、芽生孢子等在营养条件不良或有杂菌污染时形成。首先,菌丝体细胞增大,贮藏的颗粒物增多,在老的壁内又增生新壁,单生或串生,间生或顶生,在条件适宜时又可萌发成菌丝。若温度等条件比较适宜,产生壁孢子就少。(6)菌丝断裂 菌丝断裂有两种类型:第一,菌丝体内的原生质一段一段的集中,以后从空的地方断掉;第二,在生活条件不适时,菌丝螺旋状生长,然后从弯曲处断裂,断掉的每一段菌丝起孢子的作用。,2、准性生殖(parasexuality)白僵菌的准性生殖过程大致有三步:异核体的形成,二倍体的形成和单倍化。白僵菌可通过不同的接合方式产生异核体(heterokaryotic myc
8、elium),异核体内不同基因型的核融合,进行准性生殖。其一种方式是:两个具异型核的分生孢子,萌发长出菌丝,而相邻的壁发生溶解现象,一个菌丝的原生质和细胞核流入另一个菌丝之内,发生细胞核和原生质的融合现象,形成了一个二倍体的接合子。这个二倍体接合子叫局部接合子。局部接合子形成后,另一个只具空腔的菌丝则消解退化。局部接合直接萌发成二倍体的菌丝体。或者数代后再经减数分裂单倍化。另一种方式是:两个具有展开核的分生孢子产生接合管,相通后,一个细胞核通过接合管进入另一孢子内和其中的一个核相接合,形成了一个二倍体的合子。接合后那个只剩空腔的孢子,壁自溶消解。与其它真菌一样,白僵菌准性生殖时,二倍体的单倍化
9、,不是通过减数分裂而是在普通有丝分裂过程中发生染色体逐步丢失行为来实现的。白僵菌的有性生殖在自然情况下很少发生,在人工培养条件下没有特殊的诱导方法,也难以形成。因此,准性生殖是白僵菌发生遗传变异,产生新品系的重要方式。,四、白僵菌的入侵和致病机理 1、入侵途径 白僵菌感染昆虫主要是经过皮肤。分生孢子借助气流、雨水或虫体互相接触,传到健康昆虫的体表。当空气中湿度较大时,分生孢子极易粘附在昆虫体上,然后通过皮肤小气孔、毛孔或创伤部位侵入。此外还发现白僵菌可能通过消化道入侵体腔。因此,与其它病原相比,白僵菌有更多的机会侵入虫体,使昆虫感染致病。2、入侵过程 白僵菌的分生孢子与敏感宿主接触后,在一定的
10、条件下开始感染昆虫,感染周期中有一个典型的四步入侵的过程,即分生孢子附着、萌发、芽管穿透、营养生长等。吸附(attachment)萌发前的孢子通过非特异性的被动过程吸附于昆虫外表皮上。这个阶段有没有特异性的化学作用尚未最后确定。白僵菌的分生孢子有一个干燥的亲水性的表面,能与宿主外表皮的表面相互作用。有人报道,白僵菌分生孢子的表面具有某种凝集素(hemagglutinin),而糖类(葡萄糖、葡萄糖胺、N-乙酰葡萄糖)能竞争性地抑制这种凝集素的活性。如果将分生孢子用糖类进行予处理,则处理后的分生孢子对宿主的亲和性会大大降低。,萌发(germination)吸附在昆虫体表的分生孢子,在高湿和适温条件
11、下,开始吸水膨胀,约经8h-12h即行萌发,从孢子的端部或侧面伸出1-2根芽管。宿主表皮的组分不仅对分生孢子的吸附有重要作用,而且对分生孢子芽管的萌发有着刺激作用,并能为其生长提供营养。试验证明外表皮在提高分生孢子的萌发率方面起到了一些作用。N-乙酰葡萄糖、几丁质、淀粉、长链脂肪酸等都能刺激白僵菌分生孢子的萌发。用硅柱层析对外表皮的粗提物进行层析分离并作体外测定发现,甾醇、甘油二酯和极性脂类物质所刺激的萌发率与原始抽提物质类似。而无机的和有机的氮都能为芽管生长提供营养。芽管穿透 芽管侵入体腔的过程与酶和机械的作用有关。白僵菌分生孢子萌发时产生的一系列表皮分解酶,如蛋白质酶、几丁质酶、水解脂酶等
12、,分别降解表皮上相应的成分。由于这些酶的联合作用,使昆虫的表皮溶解,正常的片层结构被破坏,芽管因此可以靠机械的力量穿透表皮,伸入体腔之中。,营养生长(vegetative growth)侵入体腔内的芽管,在血淋巴中或部分组织中繁殖,由发芽管形成菌丝,稍经伸长即产生芽生孢子。菌丝表面存在的半乳糖残基能有效地排除昆虫的血球凝集素,从而大大降低昆虫血细胞对白僵菌的吞噬作用。此外,菌丝生长时产生的毒素也能抑制血细胞的防卫反应。在营养丰富、水分充足的体腔内,菌丝生长旺盛,穿插于体腔的各组织、器官之间。有的菌丝钻入组织细胞内,特别是脂肪组织内,使细胞内的原生质和核被消耗,细胞萎缩,虫体各组织终被破坏。菌丝
13、生长到一定时期,便按垂直方向长出分枝,并且在菌丝的上端或旁边形成筒形孢子,筒形孢子成熟以后,就与原来菌丝分离,直接长成菌丝。这种新生长的菌丝及原来的菌丝在虫体内又可再生长形成筒形孢子,直接长成新的菌丝。如此不断增殖,充满了整个昆虫体内,侵入肌肉,损坏虫体运动机能。筒形孢子和菌丝弥漫在体液中,不但妨碍了昆虫血液循环,而且菌丝的代谢产物,如草酸盐类在血液中大量积累,引起血液理化性质改变,使宿主新陈代谢紊乱而死亡。,3、病症和组织病理 病症 白僵菌杀死昆虫之后,刚开始虫体还是柔软的,后来因为菌丝猛烈地夺取虫体内的水分,使被寄生的昆虫尸体干硬。菌丝吸尽体内养分之后,便沿着虫体的气门间隙和各环节间膜,伸
14、出体外,生成气生菌丝,然后其顶端再产生分生孢子。这时便可看见虫体上披着白色的茸毛,即为气生菌丝和分生孢子。组织病理 组织病理学研究表明,白僵菌在虫体内寄生能引起几乎所有的组织出现病理变化。菌丝在体腔内生长,首先使血淋巴发生变化。主要表现在血细胞成团地包围菌丝,形成肉芽肿(granuloma),这是血细胞的防卫反应,但由于菌丝抑制血细胞防卫反应的反应,血细胞核和细胞质被破坏,出现空泡。由于白僵菌生长过程中产生了很多有机酸,使昆虫体液血淋巴pH降低,同时菌丝的迅速生长和繁殖,还引起血淋巴中蛋白质含量降低,而其它代谢产物增多。此外菌丝生长吸收大量的水分之后使血淋巴部分浓缩粘滞性变大,从而阻碍了血淋巴
15、循环。,在血淋巴中菌丝生长极快,不久充满整个体腔,并且菌丝很粗,几乎为气管中菌丝的两倍。菌丝在血淋巴中增殖到一定程度之后,就侵入脂肪体细胞。正常的3龄-4龄幼虫脂肪体小,呈不规则的带状,分布于近体壁的四周,脂肪体的细胞核和细胞膜清晰可见。正常老熟幼虫的脂肪体大,占据体腔的绝大部分。脂肪滴甚多,细胞核较难辨认。3龄-4龄幼虫脂肪体被菌丝侵染之后。细胞很快解体,而老熟幼虫中脂肪体病变发生较迟,一般发生在感染第6d以后。在脂肪体发生病变以后,其它组织的病变也相继发生。正常中肠有基底膜、中肠上皮细胞和围食膜三层结构,感染以后中肠的基底膜不完整,上皮细胞和肠腔都充满菌丝。气管受菌丝感染后,菌丝在其中充分
16、生长,长得长而且细,受菌丝的影响气管逐渐解体。马氏管病变后原来厚而完整的管壁被破坏,幼虫肌肉组织被破坏成断片状,横纹模糊。正常幼虫的体壁由外表皮和体壁上皮细胞组成,菌丝刚入侵幼虫时,芽管不留在体壁而进入体腔之中,故在感病前期难在体壁中发现菌丝。菌丝在侵染了体腔内各组织之后,便开始蔓延到外表皮中,此时能在外表皮中看到少量的菌丝。当体腔内组织完全解体之后,外表皮中充满了菌丝,有些菌丝开始伸出体外。,五、致病性和毒力 白僵菌的毒力和致病性与病原体、宿主和环境三要素有关。1、病原体 白僵菌是人们研究最多的虫生真菌之一,它分布非常广泛,筛选分离的株系也很多。已有许多试验证明从不同宿主和不同地理区域分离的
17、白僵菌存在酯酶型和血清型上的差异,这些差异又反应了菌株毒力上的差异,在分析白僵菌的酯酶图谱多型的原因时,有人提出这与遗传变异(如突变、杂交、准性生殖)以及生命(宿主、自溶、异溶)和非生命(温度、湿度)因素的选择过程有关。因此,白僵菌的致病力并不是不变的,经人工培养的白僵菌,生长力会减弱,毒力下降,这可能是因为白僵菌的准性生殖发生体细胞重组,或人工培养改变了它的寄生生活环境所引起的。因此生产白僵菌时必须经常复壮以保持它的致病力。能否完成入侵的每一步即吸附、萌发、穿透、营养生长,是衡量白僵菌毒力高低的重要标志,其中一步完成不好,致病力就明显减弱。此外,病原体的数量及其稳定性,也与毒力密切相关。感染
18、的成功必须有一定数量的孢子作保证。家蚕接触白僵菌分生孢子的有效剂量为250个/幼虫,在这个剂量以上,感染率随孢子剂量的增加而增加。据报道,白僵菌分生孢子对温度的耐受能力较好,纯分生孢子在低于70温度下烘烤4h,其发芽率不受影响。分生孢子在冷而干燥的条件下保存多年仍能萌发。一般情况下,白僵菌孢子在21经几个月就会失去活性,而在8时,可保持1年的活性。,2、宿主 宿主对白僵菌的感受性也有差别。某些地下害虫例如西方五用鳃角金龟子(Melolontha melolontha)对卵孢白僵菌比较敏感,而对我们普遍应用的球孢白僵菌感受性要差一些。现在还没有足够的资料说明昆虫对白僵菌产生了免疫力。宿主的感受性
19、也与其发育阶段有关。据报道昆虫在蜕皮时最易受白僵菌的侵染,鳞翅目昆虫的幼虫较卵、蛹和成虫易受感染,而幼虫又以低龄期最敏感。如在剂量和温湿度相同的条件下白僵感染马尾松毛虫的效果,3龄幼虫死亡43%,4龄幼虫死亡20%,5龄则死亡极少。在昆虫的生长发育过程中,凡营养不良,或因环境条件不适而使营养消耗过度,以致影响昆虫的正常生理活动的个体,易受白僵菌感染。以幼虫越冬的昆虫由于越冬前后表皮几丁质的渗透性不同也使白僵菌的致病性有差别。昆虫体腔内的条件,包括pH、营养成分、含氧量同样影响到白僵菌的致病力。一般pH合适,通氧好和营养成分高的体液,菌丝生长旺盛,故毒力要强。3、环境在昆虫种群中能否形成白僵菌流
20、行病,受物理条件(如温度、湿度、光、风等)、化学条件和生物条件的影响。(1)温度 白僵菌的生活温度范围是0-40,最适温度是22-26。然而在平均温度远低于最适温度的环境条件下,白僵菌也能杀死越冬昆虫。,(2)湿度 湿度对于分生孢子的萌发极为重要。白僵菌分生孢子萌发的最适条件是94%的相对湿度和28的温度,以100%的湿度最为适宜,90%以下则不利于孢子的萌发,过于干燥对孢子生活力有不良影响。例如干燥处理后,孢子萌发率明显下降,如处理423小时的孢子完全不能萌发。因此湿度直接影响着孢子的萌发和真菌病在自然界的流行。据报道,白僵菌在潮湿的树皮中能杀死波纹小蠹(Scolytus multistri
21、atus)92%的幼虫,而在干燥环境的树皮中仅能杀死4%的幼虫。(3)光 不同光质对分生孢子产生不同的效应,在可见光中,波长较短的蓝绿光(500nm以下)比波长较长的红黄光(565nm以上)更利于孢子的形成。一般的散射阳光对白僵菌孢子的萌发有促进作用,可提高萌发率4倍-5倍或更多。孢子暴露在直射阳光下150h仍不完全丧失活力,在90h内直射阳光对孢子的生活力反而有刺激作用,在90h以上,孢子生活所逐渐衰弱。紫外线对白僵菌有一定的杀伤作用,但不同株的白僵菌对紫外线的忍耐力有明显的差别。(4)pH值 白僵菌的分生孢子在间均能萌发,pH2.4或pH10.0则不萌发,以pH4.4时的萌发率最高,萌发也
22、最快。菌丝在生长旺盛,孢子产生以pH6最好。,六、白僵菌的生产(一)固体发酵培养法 1、固体发酵培养法的工艺流程。原菌种 斜面菌种 二级液体种子 三级固体扩大培养 干燥 粉碎过筛 质量检测,加填充剂 成品包装2、斜面菌种培养基配方(任选一种)及斜面菌种的制备硝酸钠0.2%、磷酸二氢钾0.02%、硫酸镁0.02%、硫酸亚铁0.001%、淀粉1%、蔗糖2%、琼脂2%;花生饼3%(取煮出液过滤)、蛋白胨0.2%、磷酸二氢钾0.02%、硫酸镁0.02%、蔗糖3%、琼脂2-2.5%;马铃薯2%(去皮、切碎、取煮出液过滤)、蔗糖2%、琼脂2%。以上配方加水量均为100%、自然pH值。按以上配方配好培养基后
23、,每支试管倒入5mL培养基,高压蒸汽灭菌,取出将培养基摆成斜面,在无菌的条件下接种。接种后的斜面培养基放于24-28恒温箱内培养,开始一二天应着重检查有无细菌生长。如见斜面上有粘稠具光泽的菌膜出现,则此支斜面应弃去。三四天后如无其他杂菌污染,则会布满白色的白僵菌菌丝。继续培养至20d-24d,肉眼观察结合镜检无杂菌时,斜面菌种的制备便算完成。,3、二级液体培养二级种子扩大培养的培养基如下:洗米水培养基(500g水洗500g大米);花生饼粉3%(取煮出液过滤)、蔗糖3%、蛋白胨0.2%、磷酸二氢钾0.02%、硫酸镁0.02%、水100%。二级培养接种量应尽量大一些,一支斜面菌种约接4-5瓶,也可
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