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见《我国西北干旱地区森林土壤中苏云金芽孢杆菌生态分布》
http://www.garden.sh.cn:85
我国西北干旱地区森林土壤中
苏云金芽孢杆菌生态分布
王学聘，戴莲韵， 杨光滢， 张万儒
摘要： 对地处我国西北干旱地区新疆、甘肃、宁夏三省(区)内的11个自然保护区——哈纳斯、小叶白蜡、天山云杉、野核桃、塔里木、东大山、贺兰山、六盘山、崆洞山、兴隆山、莲花山等自然保护区采集的260个森林土壤样品，进行了生态因子调查；分析了土壤pH、含水量、水解N、有效P、速效K、全N、有机质；研究了芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌数量和种类生态分布。共分离苏云金芽孢杆菌42株，其出土率和分离率分别为11.53%和2.18%。
关键词： 自然保护区； 森林土壤； 芽孢杆菌； 苏云金芽孢杆菌； 生态分布； 西北干旱地区
中图分类号： S714.336
文献标识码： A
文章编号：1001-1498(1999)05-0467-07
The Ecological Distribution of Bacillus thuringiensis
of the Northwest Arid Region in China
WANG Xue-pin1， DAI Lian-yun2， YANG Guang-ying1， ZHANG Wan-ru1
(1.The Research Institute of Forestry,CAF,Beijing 100091，China；
2.The Research Institute of Forest Ecology，Environment and Protection，CAF，Beijing 100091，China)
Abstract： The 260 forest soil samples were collected from 11 natural reserves of the northwest arid region in China. The soil pH，moisture content，hydrotytic N，efficient P，availabe K， total N， and organic matter of the soils were determined. The ecological factor of 11 natural reserves were also investigated. The number and distribution of both Bacillus and Bacillus thuringiensis were surveyed.The 42 strains of B.thuringensis were isolated from the soil samples.The ratio of the number of the soil samples containing B.thuringensis to number of total soil samples tested is 11.53％. The ratio of the number of B.thuringensis isolated to the number of sporoforming Bacillus examed is 2.18％.
Key words： natural reserve； forest soil； Bacillus；Bacillus thuringiensis； ecological distribution; northwest arid region
苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis Berliner（简称B.t.）)是目前害虫生物防治、植物抗虫育种中研究较为深入，应用较为广泛，经济效益、生态效益和社会效益较明显的一类微生物。不仅其杀虫剂已广泛应用于农、林、卫生害虫的生物防治，而且，利用B.t.杀虫毒蛋白基因构建的转化载体对植物进行转化，已培育出抗虫棉花（Gossypium sp.）烟草（Nicotiana tabacum L.）、蔬菜以及杨树（Populus sp.）等抗虫品种〔1〕。因此研究苏云金芽孢杆菌生态学和地理分布对发现新资源，筛选高效、广谱、新型B.t.杀虫剂菌株，以及发现新杀虫毒素蛋白基因均有着十分重要的理论意义和实践价值。早在60年代初，人们已注意和提出了B.t.生态学和地理分布问题，Delucca、Ohta、李荣森、戴莲韵等〔2～5〕相继对美国、日本、中国部分农田土壤和未开垦的森林土壤以及中国东部季风区不同森林立地带森林土壤中B.t.资源及生态分布进行了研究，不仅发现了许多新资源，同时证明了苏云金芽孢杆菌是土壤中分布较广泛的一类细菌。作者在完成我国东部季风区8个森林立地带13个自然保护区森林土壤中苏云金芽孢杆菌生态分布研究的基础上〔5〕，1997～1998年对我国西北干旱地区3个森林立地带的11个自然保护区森林土壤中苏云金芽孢杆菌生态分布又进行了研究，现报道如下。
1 材料和方法
1.1 自然概况
根据张万儒等〔6〕中国森林立地分类系统，土壤样品采集选自地处我国西北干旱地区新疆、甘肃、宁夏3个省(区)11个自然保护区林下土壤。11个自然保护区的主要自然概况和地理分布见表1。
1.2 土壤样品采集方法
采用随机踏采的方法，采自西北干旱地区11个自然保护区林下土壤0～5 cm土层，其样品数见表1。
表1 11个自然保护区的主要自然概况
采 集 地 点 气温＞10 ℃
的时间/d 土 壤 类 型 主 要 植 被 及 林 型 采 集 土 样
海拔高/m 土样数/个
新疆布尔津县哈纳斯新疆
落叶松（Larix sibirica
Ledeb.）自然保护区 105～180 山地灰色森林土 草类-灌木-新疆落叶松林 1380 10
山地灰色森林土 草类-新疆落叶松林 1600～2000 10
山地灰色森林土 苔草-新疆落叶松林 1600～2100 10
山地灰色森林土 藓草-草类-新疆冷杉、新疆落叶松林 2200 10
新疆伊犁喀什河小叶白蜡
(Fraxinus bungeana
DC.)自然保护区 105～180 沙质轻盐土 小叶白腊林 740 20
新疆巩留县库尔德宁天山
云杉（Picea tianshanica
Rupr.）自然保护区 105～180 山地灰褐色森林土 中生草类-天山云杉林 1330 5
山地灰褐色森林土 河谷-溪旁-阔叶林-天山云杉林 1470 10
山地灰褐色森林土 中旱生灌木-草类(鸢尾)-天山云杉林 1520 5
山地灰褐色森林土 欧洲鳞毛蕨-天山云杉林 1620 5
山地灰褐色森林土 锦鸡儿(灌木)-草类-天山云杉疏林 1980 5
土地灰褐色森林土 草类-匍匐圆柏-天山云杉林 2400 10
新疆巩留县野核桃(Juglans regia L.)自然保护区 105～180 灰褐色森林土 野核桃林 1270 20
新疆塔里木(尉犁、轮台)胡杨(Populus euphratica Oliv.)自然保护区 181～225 胡杨林土 荒漠胡杨林 800 20
甘肃张掖县祁连山青海云杉（Picea crassifolia.
Kom.）自然保护区 181～225 山地灰褐色森林土 藓类-青海云杉林 2950 10
山地灰褐色森林土 草类-灌木-青海云杉林 3050 10
宁夏石咀山市贺兰山自然保护区 181～225 褐土 油松、山杨混交林 2000 7
褐土 山杨纯林 2200 7
山地灰褐色森林土 青海云杉林 2500 6
宁夏固原、隆德县六盘山自然保护区 181～225 褐土 油松、辽东栎、杨桦次生林 2000 20
甘肃平凉市崆洞山自然保护区 181～225 褐土 油松、辽东栎林 2000 20
甘肃榆中县兴隆山自然保护区 181～225 褐土 辽东栎、杨桦落叶阔叶林 2200 20
甘肃临潭、康乐县莲花山自然保护区 181～225 褐土 阔叶林、灌木林 2500 20
注：苔草(Carex spp.)，新疆冷杉(Abies sibirica Ledeb.)，鸢尾(Iris tectorum Maxim)，欧洲鳞毛蕨(Dryopteris fibrilosa Clarke Hand.-Mazz)，锦鸡儿(Caragana sp.)，匍匐圆柏(Sabina sp.)，野核桃(Juglans cathayensis Dode.)，青海云杉(Picea crassifolia Kom.)，油松(Pinus tabulaeformis Carr.)，山杨(Populus davidiana Dode)，辽东栎(Quercus liaotungensis Koidz.)，桦(Betula spp.)，杨（Populus spp.）。
1.3 芽孢杆菌及苏云金芽孢杆菌的数量分析
芽孢杆菌及苏云金芽孢杆菌的数量分离方法见参考文献〔7〕。苏云金芽孢杆菌的出土率和分离率均以同一自然保护区、同一类型土壤为单位，按戴莲韵〔5〕报道的计算公式计算。
1.4 土壤pH、含水量及养分测定
见参考文献〔6，7〕。
1.5 苏云金芽孢杆菌亚种鉴定及杀虫活性测定
主要采用形态特征和11项生理生化特性鉴定。其方法见参考文献〔8〕。对鳞翅目(Lepidoptera)的杨扇舟蛾(Clostera anachoreta Fabricius)，鞘翅目(Coleoptera)的榆兰叶甲(Pyrrhalta aenscens Firmaire)幼虫的室内生物测定方法见参考文献〔6，7〕。
2 结果与分析
2.1 11个自然保护区森林土壤中芽孢杆菌数量分布与其生态因子的关系
表2表明：芽孢杆菌在西北干旱地区11个自然保护区森林土壤中分布广泛，其数量变化范围为每克干土1.37×106～14.12×106个，其中新疆塔里木和巩留库尔德宁天山云杉自然保护区数量最少，分别为每克干土1.37×106个和2.40×106个，而甘肃祁连山和崆峒山自然保护区数量最多，分别为每克干土11.98×106个和14.12×106个。11个自然保护区土壤pH均为中性偏碱，对芽孢杆菌数量的影响无明显规律性；土壤含水量及化学物质的分析结果表明：甘肃崆峒山及新疆塔里木(胡杨)自然保护区芽孢杆菌总数高或低与土壤水解N、全N及有机质含量的高低有一定关系。其余自然保护区各因子之间无明显的规律性。
表2 11个自然保护区森林土壤中芽孢杆菌数量与其生态因子的关系
自然保护区 土壤类型 土 壤 化 学 物 质 每克干土
中芽孢杆
菌数量/
个×106
pH 含水量/
(g.kg－1) 水解N/
(mg.kg－1) 有效P/
(mg.kg－1) 速效K/
(mg.kg－1) 全N/
(g.kg－1) 有机质/
(g.kg－1)
新疆哈纳斯自然保护区 山地灰色森林土 5.8～6.9
205.34
295.42
7.08
236.25
4.321
86.36
6.30
新疆小叶白蜡自然保护区 沙质轻盐土 7.4～8.3 41.21 268.70 10.38 768.00 3.926 78.40 4.68
新疆巩留县库尔德宁天山云杉自然保护区 山地灰褐色森林土 6.5～7.5 437.89 298.89 12.93 362.50 7.10 141.72 2.40
新疆巩留县野核桃自然保护区 灰褐色森林土 7.2～7.8 57.79 364.20 11.33 948.00 5.860 117.20 5.30
新疆塔里木自然保护区 胡杨林土 7.9～8.7 127.83 62.40 4.72 690.00 1.424 22.00 1.37
甘肃张掖县祁连山自然保护区 山地灰褐色森林土 8.2～8.6 247.27 152.20 9.25 594.00 6.99 139.70 11.98
宁夏石咀山市贺兰山自然保护区 褐土，山地灰褐色森林土 7.9～8.3 641.55 304.93 15.17 488.00 6.28 128.13 4.82
宁夏固原、隆德县六盘山自然保护区 褐土 7.1～8.1 285.82 220.40 7.17 804.00 3.431 68.60 9.88
甘肃平凉市崆峒山自然保护区 褐土 7.4～8.1 467.25 355.00 6.80 462.00 7.283 145.70 14.12
甘肃榆中县兴隆山自然保护区 褐土 7.7～8.4 109.34 256.50 7.74 366.00 3.776 75.40 3.37
甘肃临潭、康乐县莲花山自然保护区 褐土 7.4～8.1 102.15 228.20 5.48 375.00 3.957 75.50 4.42
2.2 苏云金芽孢杆菌的出土率和分离率
表3表明：(1)新疆塔里木(胡杨)及宁夏六盘山自然保护区，未分离到苏云金芽孢杆菌。(2)甘肃莲花山和新疆哈纳斯自然保护区苏云金芽孢杆菌分离率较高，分别为4.58%和3.49%。(3)西北干旱地区11个自然保护区苏云金芽孢杆菌平均出土率和分离率分别为11.53%和2.18%。这一结果均较我国东部季风区13个自然保护区14.32%和4.21%偏低〔6〕。
表3 11个自然保护区芽孢杆菌及苏云金芽孢杆菌数量分布
自 然 保 护 区 采集土
样数/
个 每克干
土芽孢
杆菌菌
落数/
个×106 观察芽
孢杆菌
菌落
数/个 苏云金芽孢杆菌B.t.
出现B.t.
的土样
数/个 分离出
的B.t.
数/个 比例① 出土
率/% 比例② 分离
率/%
新疆哈纳斯自然保护区 40
6.19
229 7
8
7／40 17.5
8／229 3.49
新疆小叶白蜡自然保护区 20 4.68 250 4 6 4／20 20.0 6／250 2.40
新疆巩留县库尔德宁天山云杉自然保护区 40 2.40 111 3 3 3／40 7.5 3／111 2.70
新疆巩留县野核桃自然保护区 20 5.30 246 3 7 3／20 15.0 7／246 2.84
新疆塔里木自然保护区 20 1.37 61 0 0 0／20 0 0／61 0
甘肃张掖县祁连山自然保护区 20 11.98 232 1 1 1／20 5 1／232 0.04
宁夏石咀山市贺兰山自然保护区 20 4.82 81 1 1 1／20 5 1／81 1.23
宁夏固原、隆德县六盘山自然保护区 20 9.88 120 0 0 0／20 0 0／120 0
甘肃平凉市崆峒山自然保护区 20 14.12 167 2 2 2／20 10 2／167 1.19
甘肃榆中县兴隆山自然保护区 20 3.37 209 4 4 4／20 20 4／209 1.91
甘肃临潭、康乐县莲花山自然保护区 20 4.42 218 5 10 5／20 25 10／218 4.58
平均值(或合计) 260 6.23 1 924 30 42 30／260 11.53 42／1 924 2.18
①出现B.t.土样数/分离土壤样品数，②分离B.t.数/观察芽孢杆菌数
2.3 苏云金芽孢杆菌种类鉴定及杀虫活性测定
苏云金芽孢杆菌在我国西北干旱地区11个自然保护区森林土壤中亚种形成特征见图版Ⅰ，11项生理生化特性鉴定的初步结果及对杨扇舟蛾幼虫和榆兰叶甲幼虫的杀虫活性测定结果分别列入表4和表5。根据苏云金芽孢杆菌形态特征和11项生理生化特性对42株B.t.菌株鉴定结果表明，属于苏云金亚种(B.t. subsp.thuringiensis Berliner，1915)的1株占分离总数的2.4%；库尔斯塔亚种(B.t. subsp.kurstaki Barjac ＆ Lemi lle，1970)的共5株占11.9%；加拿大亚种(B.t. subsp.canadensis Barjac ＆ Bonnefoi，1972)的共9株占21.4%；九州亚种(B.t. subsp.kynshuensis Ohba and Aizawa，1979）的共4株占9.5%；山东亚种(B.t. subsp.shandongiensis王瑛等，1986)的共9株占21.4%。待定菌株共14株占33.3%。其分布情况，除新疆塔里木(胡杨林)和宁夏六盘山未分离到B.t.菌株外其余自然保护区均有分布，其中新疆哈纳斯和甘肃莲花山自然保护区分布最广泛。对两种害虫杀虫活性测定结果表明：对杨扇舟蛾幼虫高效菌种为6株，占分离株的14.3%，对榆兰叶甲幼虫无明显杀虫活性。
图版Ⅰ 苏云金芽孢杆菌伴孢晶体和芽孢扫描电镜形态特征图(2 200～3 500 ×)：1.ha1,2.ha2,3.ha3,4.ha5,5.ha6,
6.xiao12,7.Tian15,8.Tian16,9.ye19,10.ye21,11.Dong25,12.he26,13.Kong28,14.Xing29,15.Xing31,
16.Xing32,17.Lian36,18.Lian37,19.Lian38,20.Lian39
表4 苏云金芽孢杆菌亚种在11个自然保护区森林土壤中的分布
苏云金芽孢
杆菌亚种名称
(B.t.subsp.) 自 然 保 护 区 总数/株 占总数
比例/%
哈纳
斯 小叶
白蜡 天山
云杉 野核
桃 塔里
木 东大
山 贺兰
山 六盘
山 崆峒
山 兴隆
山 莲花
山
thuringiensis 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2.4
kurstaki 2 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 5 11.9
canadensis 2 0 0 5 0 0 0 0 0 0 2 9 21.4
kyushucnsis 0 3 0 0 0 0 0 0 0 1 0 4 9.5
shandongiensis 2 0 0 1 0 0 0 0 1 1 4 9 21.4
(待 定) 2 2 1 2 0 0 0 0 1 2 4 14 33.3
表5 11个自然保护区森林土壤中苏云金芽孢杆菌种类及杀虫活性
自然保
护 区 菌号 生 理 生 化 特 性 生 物 测 定
V.P
反应 卵磷
脂酶 水杨
苷 解朊
作用 色素
形成 蔗糖
利用 脲酶
产生 水解
七叶灵 甘露
糖利
用 水解
淀粉 纤维
二糖 亚种名称
B.t. subspecies 杨扇舟蛾幼虫
3 d死亡率/% 榆兰叶甲幼虫
死亡率/%
哈纳斯 ha1 ＋ － ＋ ＋ － ＋ － ＋ － ＋ ＋ 待 定 0 20
ha2 + + + + - - + + - + + kurstaki 90 0
ha3 + + + + - - - + - + + shandongiensis 0 0
ha4 + + + + - + - + - + + cunadensis 0 10
ha5 + + + + - + - + - + + cunadensis 0 10
ha6 + + + + - - + + - + + kurstaki 100 0
ha7 + + + + - - - + - + + shandongiensis 0 0
ha8 - + + + - - - + - + + 待 定 0 0
小叶白蜡 Xiao9 - + + + - - - + + + + 待 定 0 10
Xiao10 + + + + - + - + + + + thuringiensis 0 0
Xiao11 + + + + - - - + + + + kyushuensis 0 0
Xiao12 - + + + - - - + - + + 待 定 50 0
Xiao13 + + + + - - - + + + + kyushuensis 0 0
Xiao14 + + + + - - - + + + + kyushuensis 10 20
天山云杉 Tian15 - + + + - + - + - + + 待 定 0 40
Tian16 + + + + - + - + - + + kurstaki 100 0
Tian17 - + + + - + - + - + + 待 定 0 0
野核桃 Ye20 + + + + - - - + -
+ + shandongiensis 0 10
Ye21 + + + + - + - + - + + canadensis 0 0
Ye22 + + + + - + - + - + + canadensis 20 10
Ye23 + + + + - + - + - + + canadensis 0 0
Ye24 + + + + - + - + - + + canadensis 0 0
东大山 Dong25 + + + + - - + + - + + kurstaki 90 0
贺兰山 He26 + + + + - - + + - + + kurstaki 100 0
崆峒山 Kong27 - + + + - - - + - + + 待 定 0 10
Kong28 + + + + - - - + - + + shandongiensis 0 0
兴隆山 Xing29 - + + + - - - + - + + 待 定 0 10
Xing30 + + + + - - - + - + + shandongiensis 0 0
Xing31 + + + + - - - + + + + kyushuensis 0 10
Xing32 - + + + - - - + + + + 待 定 0 0
莲花山 Lian33 + + + + - - - + - + + shandongiensis 20 0
Lian34 + + + + - - - + - + + shandongiensis 60 0
Lian35 + - + + - - - + - + + 待 定 0 0
Lian36 - + + + - - - + - + + shandongiensis 0 0
Lian37 + + + + - - - + - + + shandongiensis 0 25
Lian38 + + + + - + - + - + + canadensis 0 0
Lian39 + + + + - + - + - + + canadensis 0 0
Lian40 - + + + - - - + - + + 待 定 0 0
Lian41 + - + + - - - + - + + 待 定 0 0
Lian42 + - + + - - - + - + + 待 定 0 0
塔里木 0
六盘山 0
3 结 论
(1)通过对我国西北干旱地区11个自然保护区森林土壤中芽孢杆菌和苏云金芽孢杆菌生态分布的研究，进一步证明这类细菌在森林土壤中分布广泛，其数量分布规律与其所处生态环境的水、热、养分组成等综合生态因子密切相关。
(2)苏云金芽孢杆菌在我国西北干旱地区的出土率和分离率分别为11.53%和2.18%，均低于美国科罗拉多州未开垦的森林土壤和我国东部季风区13个自然保护区森林土壤的平均出土率和分离率(12.5%和4.21%)，而与日本18个县136个森林土样的分离率2.7%相接近。
(3)苏云金芽孢杆菌在西北干旱地区出现的优势亚种为加拿大亚种及山东亚种，经鉴定尚有14株菌为未知亚种，是否新亚种有待进一步研究。
(4)西北干旱地区分离的42株苏云金芽孢杆菌对鳞翅目的杨扇舟蛾幼虫杀虫死亡率在50%以上有8株，其中5株杀虫死亡率在90%以上，为苏云金芽孢杆菌杀虫剂提供了高效菌株。
基金项目：国家自然科学基金资助项目(39670603)。
作者简介：王学聘(1937-)，男，北京市人，研究员。
作者单位：王学聘 杨光滢 张万儒 中国林业科学研究院林业研究所，北京 100091；
戴莲韵 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，北京 100091
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收稿日期：1999-02-10