浅析云南松毛虫肠道菌群资源及其生物防治策略

张棋麟 江宇航

摘 要：云南松毛虫是枯草夜蛾科中的一种危害松类针叶的害虫总称。云南松毛虫幼虫以啃食针叶为害，轻者导致针叶成片枯黄，重者形似火烧，严重影响森林树木的生长，并对周围群众的生产、生活造成了不良的影响。云南松毛虫虽为大多数人所厌恶，但其肠道内存在着丰富的菌群资源。因此，本文以云南松毛虫生物学特性为立着点，进一步阐述云南松毛虫肠道菌群资源及其生物防治策略。为云南松毛虫的防治和进一步开发肠道菌群资源提供参考。

关键词：云南松毛虫;生物学特性;肠道菌群资源;生物防治

云南松毛虫（Dendrolimushoui Lajonquiere），属鳞翅目（Lepidoptera），松毛虫属（Dendrolimus）中的最大个体松毛虫，龄期较长，主要分布于我国海拔高于1600～3000m的云南、四川、广东、福建、贵州等省份。在我国境内云南松毛虫主要危害云南松、思茅松、马尾松、海南松等松林针叶类植被。因此，研究如何有效防止云南松毛虫幼虫啃食针叶、嫩枝，影响树木生长的防治措施显得尤为重要。再者，云南松毛虫蕴含着丰富的自然资源，自身蛋白质含量占总干重的50%以上，拥有丰富的蛋白质资源。且许多研究表明：云南松毛虫肠道菌群能够产生多种水解酶（纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶）[1]。这些有益肠道菌群在云南松毛虫整个生长周期中发挥着重要作用。因此，或许可以通过研究云南松毛虫自身及其肠道菌群资源，进一步推动云南松毛虫的生物防治。这也对于挖掘云南松毛虫肠道菌群资源奠定理论基础，也为安全、有效防治云南松毛虫、成害害提供一种新思路。

1 云南松毛虫的生物学特性

云南松毛虫一生需要经历从卵-蛹-幼虫-成虫四个发展阶段，不同生长周期其体长、体表颜色、外观形状等形特征也在发生许多改变。例如，在蛹时期，体长大约为29～49mm，呈纺锤形，蛹体颜色由初蛹时的翠绿色可逐渐发展为红褐色，最后变成灰白色，在此阶段幼虫仅腹部能够自由活动且形成的茧上有毒毛;在卵时期，体长直径约为1.8mm，呈圆形，表面有3条白色细丝环形花纹;在幼虫时期，体长直径约为6.0～9.0mm，在此生长阶段，体表颜色由刚孵出时的浅黑色，随日龄变化颜色不断加深直至6-7日龄时可发展成为黑褐色[2]。与此同时，不同阶段的云南松毛虫生活史不同，在卵时期，主要以该状态越冬可持续长达半年之久;在蛹时期，首先在茧内化蛹，但并非所有顶蛹均能化蛹，化蛹率一般为60%，且此时期可持续43～49d;在幼虫时期，幼虫可取食嫩叶和嫩梢，据统计，一头云南松毛虫幼虫从初孵到成熟，采食新鲜针叶可达125g左右，同时，幼虫表现出一定的群居性，整个时期历时约为100～155d;在成虫时期，多在夜间羽化，羽化得到的雌雄占比约为1.4∶1，羽化10d后便可进行交尾，交尾成功后可进行产卵，每次最多为50多粒。产卵后的成虫当天死亡，因此，成虫的整个周期仅为1-18d[1]。

2 云南松毛毛虫的肠道菌群资源

2.1 云南松毛虫肠道产蛋白酶菌群资源

云南松毛虫在成虫阶段自身蕴含着丰富的蛋白质、脂肪、总糖等物质，含量分别依次可达到68%、30%、17.83%，特别是在蛹时期，其体内蛋白质含量最高大于45%。云南松毛虫拥有如此高的蛋白酶含量，在其整个生命周期中蛋白质可分解转换供给生长发育。因此，云南松毛虫体内必然存在着直接或间接分解蛋白类物质的蛋白酶。蛋白酶是一类作为催化蛋白质分解为蛋白胨、多肽以及游离氨基酸的重要水解酶，可广泛应用于医药、造纸、清洁剂、食品、酿造、化妆品等领域。随着人们对微生物所蕴含的酶资源展开深层次的研究，发现其产生的蛋白酶酶学性质稳定、产量高、成本低廉，特别是某些昆虫肠道菌群所产生的蛋白酶。云南松毛虫虽作为我国的一种歷史性害虫，其肠道中或蕴含着丰富的蛋白酶资源。例如，孙佑赫等人[3]曾采用酪蛋白平板法从松毛虫肠道中分离获得16株产蛋白酶的菌株。通过比较透明圈大小和测定酶活力，筛选出了一株高产蛋白酶的菌株2N01，经进一步比对分析将这株菌为霍氏肠杆菌。同时该菌株的产酶的最适培养温度、pH分别为40℃和8.0，且培养72h后达到最大酶活力，为50.07U/mL。虽然，目前尚未有有研究直接报道云南松毛虫肠道产蛋白酶的肠道微生物菌群，但已在其松毛虫属昆虫肠道中挖掘得到蛋白酶资源。因此，或许云南松毛虫肠道中也存在类似于霍氏肠杆菌等肠道产高活性蛋白酶细菌，其具有极为重要的产蛋白酶来源研究价值。

2.2 云南松毛虫肠道产纤维素酶菌群资源

纤维素是自然界中分布最广、含量最多的可再生资源，是植物光合作用产生的初级代谢产物。可广泛应用于食品、纺织品、清洁剂和纸张制造等多个行业。同时由于云南松毛幼虫主要是以蚕食云南松、柳杉等树木的针叶、嫩枝来影响重要林木的生长，其肠道中拥有丰富的产纤维素酶微生物资源。相比云南松毛虫肠道产蛋白酶微生物资源的研究较为匮乏而言，云南松毛虫肠道内产纤维素酶菌群研究较为成熟。孙天佑等人[4]就云南松毛虫肠道内产纤维素酶细菌进行研究，筛选获得了28株产纤维素酶细菌。这些产纤维素酶菌株分别属于约克氏菌属细菌、肠杆菌属、克雷伯氏杆菌属和芽孢杆菌属。同时筛选获得一株高活性的产蜡状芽孢杆菌，经进一步研究，发现其最适温度为35℃，最适pH值为7.0，在连续发酵70h左右时纤维素酶活达到最高为19.24U/mL。与此同时，江宇航等人也从云南松毛虫肠道中发现两株产纤维素酶真菌，他们利用采刚果红染色法筛选出的2株降解纤维素真菌，产生的纤维素酶在pH5.0～9.0时均有较高活性，且酶活性在pH=7.0时显著高于其他酸碱度条件。因此，不难发现云南松毛虫肠道内菌群具有丰富的降解纤维素酶资源，为工业生产提供了一种新的产纤维素酶后备开发资源。

2.3 云南松毛虫肠道产脂肪酶菌群资源

肪肪酶是一种能催化天然油脂水解的天然活性酶类物质。广泛应用于食品、医药、洗涤剂和皮革中。脂肪酶可在油水界面上催化甘油三酯降解为甘油和游离脂肪酸，同时还能够催化脂化作用、酸解等一系列反应。随着脂肪酶的应用领域日渐拓宽、市场规模逐步扩大，显示出了广阔的应用前景。由于松毛虫长期采食多种松类树木的针叶，对于松油脂有着特殊的消化系统。因此，云南松毛虫肠道内可能存在着特殊的产脂肪酶微生物菌群。安曼云等人[5]就曾对云南松毛虫肠道细菌产脂肪酶进行过初步研究，它们利用常规细菌培养和酶学方法，研究云南松毛虫肠道内产脂肪酶的细菌及产酶特性，为云南松毛虫肠道菌群资源开发产脂肪酶提供了理论依据。研究结果表明，云南松毛虫幼虫肠道有193株产脂肪酶的菌株，涉及到了3个菌属，分别为假单胞菌属、克雷伯氏菌属和芽孢杆菌属，同时发现菌株P-50为一株高活性的产脂肪酶菌株，其最适作用温度、pH分别为35℃和8.0，为一类中温产碱性脂肪酶菌。因此，云南松毛虫肠道内的微生物也具有丰富的产脂肪酶资源。目前，虽已有学者挖掘获得了产脂肪酶等肠道微生物菌株，但其尚未开展对厌氧或除pH温度等因素以外的酶学特性展开更为深入地研究。因此，云南松毛虫肠道微生物菌群资源中仍可能蕴含着一些尚未发掘的产脂肪酶微生物菌群资源，有待人类进一步发掘。

3 云南松毛虫的生物防治策略

云南松毛虫作为我国的一种具有极其危害树木生长的重大害虫，其不仅影响云南松，而且还对其他类型的马尾松、黑松、杨树等树种也有极大地危害。初龄期的云南松毛虫主要以幼虫的方式生存，随着日龄见长，逐渐危害树木生长，严重时可导致树木枯死。不仅如此，云南松毛虫如不进行有效防治，会致使生活在林区的人群由云南松毛虫引起的相关症状疾病，这些疾病常见的临床表现为，手足奇痒，严重者可引起出现四肢肿痛等现象的出现，对人体健康影响极大。因此，如何有效防止云南松毛虫成灾成害已成为许物昆虫学家的研究热点[6]。目前，主要采用防治策略为人工防治、物理机械防治、化学防治、生物防治等，但生物防治措施相比其他防治措施而言，具有高效低毒、绿色安全、不杀伤天敌等诸多优点。现在，采用的生物防治措施主要是利用白僵菌、苏金杆菌、信息素引导、招引益鸟、中药材提取物苦参碱等多种方法对云南松毛虫进行防治。有研究表明，白僵菌、苏云金杆菌配制成不同浓度的悬浮液，饲喂感染3龄云南松毛虫幼虫，可在2～3d内便可有效杀灭云南松毛虫幼虫[7]。同时，有学者提出结合云南松毛虫肠道有益肠道菌群，例如芽孢杆菌属、假单胞菌属、和克雷伯氏菌属等多肠道有益菌群可作为生物防的新治思路。

4 结语

云南松毛虫虽作为我国的一大森林害虫，但从营养学和资源学的角度来看，它具有极大的开发利用价值。同时，云南松毛虫肠道菌群资源丰富，具有多种产水解酶（纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶等）的菌群资源。这些资源应用于实际工业生产中，将为饲料生产、食品加工、化学能源等提供有价值的微生物菌种资源。同时，肠道有益菌群有望为成云南松毛虫新的防治作用靶标，进一步推动有效防治云南松毛虫的防治策略蓬勃发展。

参考文献

[1] 李红梅.云南松毛虫的生物学特性及资源利用研究进展[J].玉溪师范学院学报，2006（3）：43-46.

[2] 杨欢，申艳，邓水生，等.云南松毛虫防治技术概述[J].生物灾害科学，2017，40（4）：231-234.

[3] 孙佑赫，周开艳，熊智.松毛虫肠道产蛋白酶菌株的筛选鉴定及培养条件研究[J].中国农学通报，2012，28（16）：18-21.

[4] 孙佑赫，周开艳，熊智.云南松毛虫肠道产纤维素酶菌株的筛选鉴定及酶学性质[J].华北农学报，2012，27（1）：254-258.

[5] 安曼云，焦丽丽，伊炜，等.云南松毛虫肠道中产脂肪酶菌的研究[J].江苏农业科学，2017，45（10）：91-93.

[6] 畢正能.云南省云南松主要虫害及其防治[J].陕西林业科技，2014（3）：111-114.

[7] 王瑞钊，刘亨平，吴君英，等.苏云金杆菌和白僵菌对云南松毛虫的生物活性测定[J].福建林业科技，1996（4）：45-47.