發(fā) 現(xiàn) 

早在1901年,一個叫做石渡的日本細(xì)菌學(xué)家就在患病的家蠶幼蟲上得到了一種桿狀芽孢菌,并在1905年發(fā)表的另一報告中稱之為″碎倒芽孢桿菌″。 后來在1911年的德國,一個叫蘇云金的小城鎮(zhèn)上 ,一種叫地中海粉螟的倉儲害蟲危害頻繁, 倉庫里成蟲飛舞, 面粉中幼蟲大快朵頤。直到一只離奇死亡的粉螟幼蟲引起了生物學(xué)家貝爾內(nèi)(Berliner)的注意,隨后他從這些患病的地中海粉螟幼蟲體內(nèi)分離到另一株類似的細(xì)菌之后,1915年才正式將此昆蟲病原細(xì)菌命名為蘇云金芽孢桿菌(Bacillus thuringiensis, Bt)1938年,第一個蘇云金芽孢桿菌商品制劑Sporeine在法國問世,并在地中海粉螟的防治中得到了應(yīng)用?？茖W(xué)家們最終證實(shí)蘇云金桿菌對于鱗翅目、膜翅目、直翅目、鞘翅目等 130多種害蟲都具有殺蟲活性。

 殺蟲原理 

蘇云金桿菌殺蟲作用的主要成分是孢子形成過程中產(chǎn)生的伴孢晶體 ( CIPS ) , 它是單基 因表達(dá)的產(chǎn)物。伴孢晶體經(jīng)敏感昆蟲口服后, 在中腸堿性環(huán)境中, 被降解為活性的多肽片斷的毒性片斷包含三個不同的結(jié)構(gòu)域。一般認(rèn)為結(jié)構(gòu) I 參與孔道的形成 , 結(jié)構(gòu)域 Ⅱ決定毒素與受體的特異性結(jié)合, 結(jié)構(gòu)域Ⅲ主要調(diào)節(jié)毒素的活性, 再與中腸受體蛋白結(jié)合 , 形成細(xì)胞膜通道, 破壞滲透膜, 引起細(xì)胞溶解 , 最終導(dǎo)致蟲體死亡 。

目前 , 全世界共分離到50000株蘇云金桿菌,分為62種血清型和亞種。這些血清型和 亞種分別具有不同的殺蟲基因,加上每一種蘇云金芽孢桿菌可同時含有多種殺蟲基因 , 從而 使蘇云金芽孢桿菌的殺蟲活性具有多樣性。

 生產(chǎn)工藝 

蘇云金桿菌并非來源于人工合成,是從自然界中得到,蘇云金桿菌廣泛分布于世界各地,從熱帶雨林到北極凍土帶,從土壤、昆蟲尸體、植物體表面、貯藏物或倉庫灰塵、污水等基質(zhì)上均可分離到該菌。據(jù)估計(jì),目前世界上約有6000余個蘇云金芽孢桿菌分離株。

蘇云金桿菌制劑的生產(chǎn)主要包括三個步驟,一是發(fā)酵過程,包括菌種的選育、發(fā)酵培養(yǎng)基及工藝選擇與優(yōu)化,主要目的是培養(yǎng)殺蟲晶體蛋白與芽孢,二是殺蟲有效成分的濃縮與回收三是劑型化。其中,發(fā)酵過程是整個生產(chǎn)工藝的前提與關(guān)鍵。

蘇云金桿菌對營養(yǎng)的要求不嚴(yán)。它不僅在全部是可溶性營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基中能良好生長,而且在含固量高的液體培養(yǎng)基中也能生長得很好,蘇云金桿菌對營養(yǎng)條件要求不高,能在多種氮源、碳源和無機(jī)鹽組成的營養(yǎng)基中生長增殖。氨基酸對蘇云金桿菌的生長起著重要的作用,一般來說,多數(shù)菌株只需要一種氨基酸作為外源性氨基酸來完成細(xì)胞生長及芽孢、晶體的合成。

蘇云金桿菌可利用碳氮源豐富的工業(yè)廢水進(jìn)行生產(chǎn),可以節(jié)約能源,降低了生產(chǎn)成本,而且在治理環(huán)境的同時變廢為寶。

 全球?qū)＠季?nbsp;

蘇云金桿菌作為生物農(nóng)藥中最被關(guān)注,同時也是應(yīng)用最廣泛的品種。 其在全球的專利布局,自然在生物農(nóng)藥中最具有代表性；

全球共計(jì)申請?zhí)K云金桿菌相關(guān)專利9167件,其中加拿大,歐專局,澳大利亞,日本,印度,韓國,德國,中國,美國等申請數(shù)量均在100件以上。其中中國的專利申請數(shù)量為2269件,而美國的專利申請數(shù)量為4404件。

可以關(guān)注的是傳統(tǒng)生物農(nóng)藥的重要研發(fā)國家之一: 西班牙只有13個相關(guān)的專利申請。

而全球蘇云金桿菌相關(guān)專利申請最多的國家美國,其占了全球申請數(shù)量的近乎一半。但需要關(guān)注的是在這4404件專利中,3300件左右是植物新品種相關(guān)專利,也就是我們通常說的轉(zhuǎn)基因作物相關(guān)專利。

在所有的蘇云金相關(guān)專利申請中： 基因編輯相關(guān)專利144件；菌株篩選相關(guān)專利288件；應(yīng)用&方法相關(guān)專利2775件,最多的作物品種專利為3326件。

蘇云金桿菌關(guān)于基因編輯的專利共計(jì)申請了144件。主要是保護(hù)具有殺蟲活性的蛋白氨基酸序列的編碼基因片段。

1.基因編輯

如：專利CN101717437B,申請人為：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所。專利名為：蘇云金芽孢桿菌Cry9E基因,蛋白及其應(yīng)用。該專利保護(hù)了具有殺蟲活性的蛋白氨基酸序列的編碼基因片段。同時也給出了靶標(biāo)害蟲為小菜蛾和玉米螟。

2.菌株(菌株篩選)

 蘇云金桿菌關(guān)于菌株篩選相關(guān)的專利共計(jì)申請了288件,主要是篩選具有殺蟲活性的次級代謝產(chǎn)物的菌株。包括不同的溫度,環(huán)境以及培養(yǎng)基等因素的影響。包括從相關(guān)培養(yǎng)菌落,昆蟲,植物等環(huán)境中提取。

3.應(yīng)用&方法

應(yīng)用和方法也是蘇云金桿菌相關(guān)專利的重要組成部分,全球共計(jì)申請2775個相關(guān)專利,包括防治常見鱗翅目害蟲,如棉鈴蟲,小菜蛾等,也包括一些線蟲,螨蟲等常見農(nóng)業(yè)害蟲。

另外也有蘇云金桿菌相關(guān)農(nóng)藥制劑制備的方法。其處理污水,以及除臭等也是重要應(yīng)用方面。

4.作物品種(玉米,大豆等)

作物品種是蘇云金桿菌的專利布局最重要的方面,共計(jì)有3326件相關(guān)專利,占了總專利申請數(shù)量的三分之一左右。

主要是棉花,大豆,油菜等作物的導(dǎo)入BT的轉(zhuǎn)基因品種,但其主要申請人和專利權(quán)人非常集中,主要專利權(quán)人為：孟山都股份有限公司,先鋒國際良種公司等。

轉(zhuǎn)基因作物新品種最主要的申請人為先鋒國際良種和孟山都公司,兩者共計(jì)申請了2245件,占到所有相關(guān)作物品種專利的2/3以上。

 總 結(jié) 

蘇云金桿菌是目前應(yīng)用時間最長,同時也最廣泛的生物農(nóng)藥之一。其最主要的專利或者研發(fā)方向目前來看仍然是在應(yīng)用和使用方法方面。 而需要關(guān)注的是相關(guān)的轉(zhuǎn)基因作物的品種專利是跨國種業(yè)公司用于壟斷轉(zhuǎn)基因作物市場以及相關(guān)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的重要方法之一。