- อนุกรมวิธาน
- สัณฐานวิทยา
- ลักษณะทั่วไป
- วงจรชีวิต
- พิษ
- ใช้ในการควบคุมศัตรูพืช
- กลไกการออกฤทธิ์ของสารพิษ
- บาซิลลัสทูรินซิส
- บาซิลลัสทูรินซิส
- ผลกระทบต่อแมลง
- อ้างอิง
Bacillus thuringiensisเป็นแบคทีเรียที่อยู่ในกลุ่มแบคทีเรียแกรมบวกจำนวนมากเชื้อก่อโรคบางชนิดและอื่น ๆ ที่ไม่เป็นอันตรายโดยสิ้นเชิง เป็นแบคทีเรียชนิดหนึ่งที่ได้รับการศึกษามากที่สุดเนื่องจากมีประโยชน์ในการเกษตร
ประโยชน์นี้อยู่ที่ความจริงที่ว่าแบคทีเรียชนิดนี้มีลักษณะเฉพาะในการสร้างผลึกในช่วงการสร้างสปอร์ที่มีโปรตีนซึ่งกลายเป็นพิษต่อแมลงบางชนิดที่เป็นศัตรูพืชที่แท้จริงสำหรับพืชผล
ผลึกของสารพิษ B. thuringiensis โดย Jim Buckman ได้รับเครดิตและผู้อัปโหลดต้นฉบับคือ PRJohnston (w: en: รูปภาพ: Bacillus thuringiensis.JPG), ผ่าน Wikimedia Commons
ลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของบาซิลลัสทูรินซิสคือความจำเพาะสูงไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์พืชและสัตว์รวมถึงการตกค้างน้อยที่สุด คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้สามารถวางตำแหน่งตัวเองเป็นหนึ่งในตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการรักษาและควบคุมศัตรูพืชที่ระบาดในพืชผล
การใช้แบคทีเรียนี้ประสบความสำเร็จเป็นที่ประจักษ์ในปีพ. ศ. 2481 เมื่อสารกำจัดศัตรูพืชชนิดแรกที่ผลิตโดยใช้สปอร์ จากนั้นประวัติความเป็นมาก็ยาวนานและผ่านมาบาซิลลัสทูรินจิเอนซิสได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในตัวเลือกที่ดีที่สุดในการควบคุมศัตรูพืชทางการเกษตร
อนุกรมวิธาน
การจำแนกอนุกรมวิธานของ Bacillus thuringiensis คือ:
โดเมน:แบคทีเรีย
ไฟลัม: Firmicutes
คลาส: Bacilli
คำสั่ง: Bacillales
วงศ์: Bacillaceae
สกุล:บาซิลลัส
ชนิด: Bacillus thuringiensis
สัณฐานวิทยา
เป็นแบคทีเรียรูปแท่งปลายมน พวกเขานำเสนอรูปแบบการแฟลเจลเลชันที่ผิดปกติโดยแฟลกเจลลากระจายไปทั่วผิวเซลล์
มีขนาดยาว 3-5 ไมครอนกว้าง 1-1.2 ไมครอน ในวัฒนธรรมทดลองของพวกเขาจะสังเกตเห็นโคโลนีทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3-8 มม. มีขอบปกติและมีลักษณะเป็น "แก้วกราวด์"
เมื่อสังเกตภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะสังเกตเห็นเซลล์ที่ยืดออกโดยทั่วไปรวมกันเป็นโซ่สั้น ๆ
แบคทีเรียสายพันธุ์นี้สร้างสปอร์ที่มีลักษณะเป็นทรงรีและอยู่ตรงกลางของเซลล์โดยไม่ทำให้เกิดการเสียรูป
ลักษณะทั่วไป
ประการแรก Bacillus thuringiensis เป็นแบคทีเรียแกรมบวกซึ่งหมายความว่าเมื่อผ่านกระบวนการย้อมสีแกรมจะได้สีม่วง
ในทำนองเดียวกันมันเป็นแบคทีเรียที่มีความสามารถในการตั้งรกรากในสภาพแวดล้อมต่างๆ เป็นไปได้ที่จะแยกมันออกจากดินทุกประเภท มีการกระจายตัวทางภูมิศาสตร์อย่างกว้างขวางพบได้ในแอนตาร์กติกาซึ่งเป็นหนึ่งในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตรมากที่สุดในโลก
มีการเผาผลาญที่ใช้งานอยู่สามารถหมักคาร์โบไฮเดรตเช่นกลูโคสฟรุกโตสไรโบสมอลโตสและทรีฮาโลส นอกจากนี้ยังสามารถไฮโดรไลซ์แป้งเจลาตินไกลโคเจนและ N-acetyl-glucosamine
ในหลอดเลือดดำเดียวกัน Bacillus thuringiensis เป็น catalase positive ซึ่งสามารถย่อยสลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ให้เป็นน้ำและออกซิเจนได้
เมื่อเจริญเติบโตบนอาหารเลี้ยงเชื้อในเลือดจะมีการสังเกตรูปแบบของการแตกของเม็ดเลือดแดงของเบต้าซึ่งหมายความว่าแบคทีเรียนี้สามารถทำลายเม็ดเลือดแดงได้ทั้งหมด
เกี่ยวกับข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับการเจริญเติบโตต้องมีอุณหภูมิตั้งแต่ 10 - 15 ° C ถึง 40 -45 ° C ในทำนองเดียวกัน pH ที่เหมาะสมอยู่ระหว่าง 5.7 ถึง 7
Bacillus thuringiensis เป็นแบคทีเรียประเภทแอโรบิกที่เข้มงวด ต้องอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนเพียงพอ
ลักษณะเด่นของ Bacillus thuringiensis คือในระหว่างกระบวนการสร้างสปอร์จะสร้างผลึกซึ่งประกอบด้วยโปรตีนที่เรียกว่าเดลต้าท็อกซิน ภายในสองกลุ่มนี้ได้รับการระบุ: Cry และ Cyt
สารพิษนี้สามารถก่อให้เกิดการตายของแมลงบางชนิดซึ่งเป็นศัตรูพืชที่แท้จริงสำหรับพืชชนิดต่างๆ
วงจรชีวิต
B. thuringiensis มีวงจรชีวิตสองขั้นตอน: หนึ่งในนั้นมีลักษณะการเจริญเติบโตของพืชและอีกขั้นคือการสร้างสปอร์ ประการแรกเกิดขึ้นในสภาวะที่เอื้อต่อการพัฒนาเช่นสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยสารอาหารประการที่สองอยู่ในสภาพที่ไม่เอื้ออำนวยโดยมีการขาดแคลนสารตั้งต้นอาหาร
ตัวอ่อนของแมลงเช่นผีเสื้อด้วงหรือแมลงวันเป็นต้นเมื่อกินอาหารบนใบไม้ผลไม้หรือส่วนอื่น ๆ ของพืชสามารถกินเอนโดสปอร์ของแบคทีเรียบีทูรินซิสได้
ในระบบทางเดินอาหารของแมลงเนื่องจากมีลักษณะเป็นด่างโปรตีนที่ตกผลึกของแบคทีเรียจะละลายและเปิดใช้งาน โปรตีนจับตัวกับตัวรับในเซลล์ลำไส้ของแมลงสร้างรูพรุนที่มีผลต่อสมดุลของอิเล็กโทรไลต์ทำให้แมลงตาย
ดังนั้นแบคทีเรียจึงใช้เนื้อเยื่อของแมลงที่ตายแล้วในการกินอาหารการเพิ่มจำนวนและการสร้างสปอร์ใหม่ที่จะติดเชื้อใหม่
พิษ
สารพิษที่ผลิตโดย B. thuringiensis มีการกระทำที่เฉพาะเจาะจงสูงในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังและไม่เป็นอันตรายในสัตว์มีกระดูกสันหลัง การรวม Parasporal ของ B. thuringensis มีโปรตีนที่หลากหลายซึ่งมีกิจกรรมที่หลากหลายและเสริมฤทธิ์กัน
B. thuringienisis มีปัจจัยที่ก่อให้เกิดความรุนแรงหลายประการซึ่งรวมถึงนอกเหนือจากเดลต้าเอนโดทอกซิน Cry and Cyt แล้วยังมีสารพิษอัลฟาและเบต้าบางชนิดไคติเนสเอนเทอโรทอกซินฟอสโฟลิเปสและเฮโมลิซินซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเป็นเอนโทโมพาโทเจน
ผลึกโปรตีนที่เป็นพิษของ B. thuringiensis ถูกย่อยสลายในดินโดยการกระทำของจุลินทรีย์และสามารถทำให้เกิดการแผ่รังสีจากแสงอาทิตย์ได้
ใช้ในการควบคุมศัตรูพืช
ศักยภาพทางกีฏวิทยาของ Bacillus thuringiensis ได้รับการใช้ประโยชน์อย่างมากในการคุ้มครองพืชผลมานานกว่า 50 ปี
ต้องขอบคุณการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพและความก้าวหน้าทำให้สามารถใช้พิษนี้ผ่านสองเส้นทางหลัก ได้แก่ การผลิตสารกำจัดศัตรูพืชที่ใช้กับพืชโดยตรงและการสร้างอาหารดัดแปลงพันธุกรรม
กลไกการออกฤทธิ์ของสารพิษ
เพื่อให้เข้าใจถึงความสำคัญของแบคทีเรียชนิดนี้ในการควบคุมศัตรูพืชสิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าสารพิษโจมตีร่างกายของแมลงอย่างไร
กลไกการออกฤทธิ์แบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอน:
การละลายและการแปรรูปของโปรทอกซิน : ผลึกที่แมลงกินเข้าไปจะละลายในลำไส้ โดยการกระทำของโปรตีเอสที่มีอยู่จะถูกเปลี่ยนเป็นสารพิษที่ออกฤทธิ์ สารพิษเหล่านี้ข้ามสิ่งที่เรียกว่าเยื่อบุช่องท้อง (เยื่อหุ้มป้องกันของเซลล์ของเยื่อบุผิวในลำไส้)
การผูกมัดกับตัวรับ : สารพิษจับกับไซต์เฉพาะที่อยู่ใน microvilli ของเซลล์ลำไส้ของแมลง
การแทรกเข้าไปในเมมเบรนและการก่อตัวของรูขุมขน : Cry โปรตีนแทรกเข้าไปในเมมเบรนและทำให้เกิดการทำลายเนื้อเยื่อทั้งหมดผ่านการสร้างช่องไอออน
Cytolysis : การตายของเซลล์ในลำไส้ สิ่งนี้เกิดขึ้นผ่านกลไกหลายอย่างซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีที่สุดว่าเป็นเซลล์ออสโมติกและการหยุดทำงานของระบบที่รักษาสมดุล pH
บาซิลลัสทูรินซิส
เมื่อตรวจสอบความเป็นพิษของโปรตีนที่เกิดจากแบคทีเรียแล้วจะมีการศึกษาการใช้ประโยชน์ในการควบคุมศัตรูพืชในพืช
มีการศึกษามากมายเพื่อตรวจสอบคุณสมบัติในการฆ่าแมลงของสารพิษที่เกิดจากแบคทีเรียเหล่านี้ เนื่องจากผลการตรวจสอบในเชิงบวกทำให้บาซิลลัสทูรินจิเอนซิสกลายเป็นยาฆ่าแมลงทางชีวภาพที่ใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลกเพื่อควบคุมศัตรูพืชที่สร้างความเสียหายและส่งผลเสียต่อพืชต่างๆ
ที่มา: Pixabay.com
สารฆ่าแมลงที่ใช้บาซิลลัสทูรินจิเอนซิสมีการพัฒนาอยู่ตลอดเวลา จากกลุ่มแรกที่มีเฉพาะสปอร์และคริสตัลไปจนถึงกลุ่มที่เรียกว่ารุ่นที่สามที่มีแบคทีเรียรีคอมบิแนนท์ที่สร้างสารพิษบีทีและมีข้อดีเช่นการเข้าถึงเนื้อเยื่อของพืช
ความสำคัญของสารพิษที่เกิดจากแบคทีเรียนี้ไม่เพียง แต่มีผลกับแมลงเท่านั้น แต่ยังต่อต้านสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ เช่นไส้เดือนฝอยโปรโตซัวและทรีมาโทด
สิ่งสำคัญคือต้องชี้แจงว่าสารพิษนี้ไม่เป็นอันตรายโดยสิ้นเชิงในสิ่งมีชีวิตประเภทอื่น ๆ เช่นสัตว์มีกระดูกสันหลังซึ่งเป็นกลุ่มที่มนุษย์อยู่ เนื่องจากสภาพภายในของระบบย่อยอาหารไม่เหมาะสำหรับการเพิ่มจำนวนและผลของมัน
บาซิลลัสทูรินซิส
ต้องขอบคุณความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีโดยเฉพาะการพัฒนาเทคโนโลยีรีคอมบิแนนท์ดีเอ็นเอทำให้สามารถสร้างพืชที่มีภูมิคุ้มกันทางพันธุกรรมจากผลกระทบของแมลงที่สร้างความหายนะให้กับพืชผล พืชเหล่านี้รู้จักกันโดยทั่วไปว่าเป็นอาหารดัดแปลงพันธุกรรมหรือสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม
เทคโนโลยีนี้ประกอบด้วยการระบุลำดับยีนที่เข้ารหัสการแสดงออกของโปรตีนที่เป็นพิษภายในจีโนมของแบคทีเรีย ยีนเหล่านี้จะถูกถ่ายโอนไปยังจีโนมของพืชที่จะทำการบำบัดในภายหลัง
เมื่อพืชเติบโตและพัฒนามันจะเริ่มสังเคราะห์สารพิษที่บาซิลลัสทูรินจินซิสผลิตขึ้นก่อนหน้านี้จากนั้นก็จะได้รับภูมิคุ้มกันต่อการกระทำของแมลง
มีพืชหลายชนิดที่ใช้เทคโนโลยีนี้ ในจำนวนนี้ ได้แก่ ข้าวโพดฝ้ายมันฝรั่งและถั่วเหลือง พืชเหล่านี้เรียกว่าข้าวโพด bt ฝ้าย bt เป็นต้น
แน่นอนว่าอาหารดัดแปลงพันธุกรรมเหล่านี้ได้สร้างความกังวลให้กับประชากร อย่างไรก็ตามในรายงานที่เผยแพร่โดยสำนักงานสิ่งแวดล้อมของสหรัฐอเมริการะบุว่าจนถึงปัจจุบันอาหารเหล่านี้ยังไม่แสดงถึงความเป็นพิษหรือความเสียหายใด ๆ ทั้งในคนหรือในสัตว์ชั้นสูง
ผลกระทบต่อแมลง
ผลึกของ B. thuringiensis ละลายในลำไส้ของแมลงที่มี pH สูงและโปรทอกซินและเอนไซม์และโปรตีนอื่น ๆ จะถูกปล่อยออกมา ดังนั้นโปรทอกซินจึงกลายเป็นสารพิษที่จับกับโมเลกุลของตัวรับเฉพาะบนเซลล์ของลำไส้
สารพิษของ B. thuringiensis ก่อให้เกิดการหยุดยั้งของแมลง, อัมพาตของลำไส้, อาเจียน, ความไม่สมดุลในการขับถ่าย, การสลายตัวของออสโมติก, อัมพาตทั่วไปและความตายในที่สุด
เนื่องจากการกระทำของสารพิษความเสียหายร้ายแรงเกิดขึ้นกับเนื้อเยื่อในลำไส้ซึ่งขัดขวางการทำงานของมันส่งผลต่อการดูดซึมสารอาหาร
ลำไส้ของ 'Caenorhabditis elegans' ที่ติดเชื้อ 'Bacillus thuringiensis' ที่มา: www.researchgate.net
มีการพิจารณาว่าการตายของแมลงอาจเกิดจากการงอกของสปอร์และการแพร่กระจายของเซลล์พืชใน hemocele ของแมลง
อย่างไรก็ตามคิดว่าการตายจะขึ้นอยู่กับการกระทำของแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในลำไส้ของแมลงมากกว่าและหลังจากการกระทำของสารพิษ B. thuringiensis พวกเขาจะสามารถทำให้เกิดภาวะโลหิตเป็นพิษได้
สารพิษของ B. thuringiensis ไม่มีผลต่อสัตว์มีกระดูกสันหลังเนื่องจากการย่อยอาหารในช่วงหลังเกิดขึ้นในอาหารที่เป็นกรดซึ่งสารพิษจะไม่ถูกกระตุ้น
มีความจำเพาะสูงในแมลงโดยเฉพาะที่รู้จักกันในชื่อ Lepidoptera ถือว่าไม่เป็นอันตรายสำหรับ entomofauna ส่วนใหญ่และไม่มีการกระทำที่เป็นอันตรายต่อพืชนั่นคือไม่เป็นพิษต่อพืช
อ้างอิง
- Hoffe, H. และ Whiteley, H. (1989, June). โปรตีนคริสตัลฆ่าแมลงของ Bacillus thuringiensis การทบทวนทางจุลชีววิทยา. 53 (2). 242-255
- Martin, P. และ Travers, R. (1989, ตุลาคม). ความอุดมสมบูรณ์และการแพร่กระจายทั่วโลกของจุลชีววิทยาประยุกต์และสิ่งแวดล้อมของบาซิลลัสทูรินซิส 55 (10) 2437-2442
- Roh, J. , Jae, Y. , Ming, S. , Byung, R. และ Yeon, H. (2007) Bacillus thuringiensis เป็นเครื่องมือเฉพาะที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพสำหรับการควบคุมแมลงศัตรูพืช วารสารจุลชีววิทยาและเทคโนโลยีชีวภาพ. 17 (4). 547-559
- Sauka, D. และ Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: ลักษณะทั่วไป แนวทางการใช้ในการควบคุมทางชีวภาพของแมลงเลพิดอปเทอแรนที่เป็นศัตรูพืชทางการเกษตร วารสารจุลชีววิทยาของอาร์เจนตินา. 40. 124-140
- Schnepf, E. , Crickmore, N. , Van Rie, J. , Lereclus, D. , Baum, J. , Feitelson, J. , Zeigler, D. , และ Dean H. (1998, กันยายน) บาซิลลัสทูรินซิสและโปรตีนคริสตัลยาฆ่าแมลง ความคิดเห็นทางจุลชีววิทยาและอณูชีววิทยา. 62 (3). 775-806
- Villa, E. , Parrá, F. , Cira, L. และ Villalobos, S. (2018, มกราคม). สกุลบาซิลลัสเป็นสารควบคุมทางชีวภาพและผลกระทบต่อความปลอดภัยทางชีวภาพทางการเกษตร วารสาร Phytopathology เม็กซิกัน. สิ่งพิมพ์ออนไลน์.