CN112175896B - 一种对草地贪夜蛾具有杀虫活性的苏云金芽孢杆菌菌株 - Google Patents
一种对草地贪夜蛾具有杀虫活性的苏云金芽孢杆菌菌株 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种对草地贪夜蛾具有杀虫活性的苏云金芽孢杆菌菌株,其保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.20447。
Description
技术领域
本发明涉及一种对草地贪夜蛾具有杀虫活性的苏云金芽孢杆菌菌株。
背景技术
草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda(J.E.Smith)是一种世界性重大农业害虫,其幼虫及成虫均能对玉米等多种主要经济作物造成严重危害。于2019年侵入我国。筛选高毒力苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)菌株资源可以为实现草地贪夜蛾的高效、绿色、持续防控提供一条有效的途径。
发明内容
本发明之一提供了一种苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis),其保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.20447。
对本发明的菌株遗传改良后得到的工程菌可以赋予其更优和/或更多的性能,例如可以结合菌株自身的特性,根据实际应用增加和/或拓宽其杀虫和/或抗虫的性能,或使其兼具抗菌的性能。即通过对本发明的菌株遗传改良,使其兼具如上性能中的至少一种。由于该工程菌株以本发明的苏云金芽孢杆菌为改造对象,即向其中转入和/或敲除特定的基因和/或序列等,因此,遗传改良后的菌株仍然为苏云金芽孢杆菌。
因此,本发明之二提供了一种对本发明之一所述的苏云金芽孢杆菌进行遗传改良后得到的工程菌。例如,所述遗传改良后的工程菌可以为转入携带有功能基因的质粒后所得到的工程菌株,也可以为将功能基因重组到野生菌株的基因组中得到的工程菌株。
因此,在一个具体实施方式中,所述工程菌通过向如本发明之一所述的苏云金芽孢杆菌转入功能基因得到。
在一个具体实施方式中,所述功能基因为用于防治为害植物害虫的基因、用于防治为害植物病原微生物的基因和增强所述苏云金芽孢杆菌防治为害植物害虫效果的基因中的至少一种。
虽然转基因倍受部分群体质疑,然而将苏云金芽孢杆菌进行遗传改良后得到的工程菌并不直接供人类或动物食用。而且在将其投放市场进行商业化之前,需要首先通过国家有关部门的安全性评价,以避免产生安全性问题。根据工程菌的安全性结论以及国家有关部门的批准,然后对其合理使用。
本发明之三提供了一种组合物,所述组合物包含如本发明之一所述的苏云金芽孢杆菌或如本发明之二所述的工程菌。
在一个具体实施方式中,所述组合物的剂型为悬浮剂、油悬剂、粉剂、可湿性粉剂和颗粒剂中的至少一种。
本发明之四提供了如本发明之一所述的苏云金芽孢杆菌、如本发明之二所述的工程菌和如本发明之三所述的组合物中的至少一种在用于防治草地贪夜蛾中的应用。
在本发明中没有特殊说明的情况下,本发明中的术语均属于现有技术中所指的通用术语。
附图说明
图1显示了基于IPPBiotB14D2菌株16S rRNA基因全长序列构建的系统发育树。
菌株保藏
本发明筛选的微生物IPPBiotB14D2菌株保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.20447,保藏日期为2020年07月27日,保藏地址为:北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。其系统分类为苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做以下详细说明。但这些实施例仅是范例性的,并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是,在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改和替换,但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
如无特别说明,本发明的实施例中的试剂均可通过商业途径购买。
LB液体培养基:胰蛋白胨10.0g/L,酵母提取物5.0g/L,NaCl 10.0g/L,121℃灭菌20 min。
LB固体培养基:LB液体培养基加琼脂15g/L,121℃灭菌20min。
牛肉膏蛋白胨培养基:0.3%牛肉膏,0.5%蛋白胨,pH 7.2,121℃灭菌20min。
实施例1
菌株的分离与形态学鉴定
使用LB固体培养基对采集的土样进行芽孢杆菌筛选与分离。首先利用无菌水对土样进行梯度稀释,然后将系列稀释的样品置于70℃的水浴锅中10分钟,在无菌条件下取100微升的不同梯度下的稀释液涂布于LB固体平板上,并于30℃培养16-48小时,对菌落形态为无粘液、湿润、厚实且菌落外沿稍有扩散而不很整齐的菌落进行纯化,然后保藏纯化出的单菌落,以备用于后续的菌种鉴定和生物活性分析。
对纯化的单菌落在30℃条件下LB培养,不同时间取样镜检观察菌落形态特征、晶体特征等。在LB培养基上培养不同阶段观察结果如下,营养体:呈杆状,两端钝圆,大小约1.0×0.5μm至1.5×0.5μm;单个或两个以上呈链状存在。芽孢:椭圆形,大小约1.0×0.5μm至1.3×0.5μm,为休眠体;对高温或者干燥等不良环境有较强的抵抗力。伴胞晶体:球形、菱形和方形等。这些形态特征与《常见细菌系统鉴定手册》(东秀珠等编著,科学出版社.2001年)中描述的芽孢杆菌形态特征基本一致,因此,将具有这种形态菌落的菌株属于苏云金芽孢杆菌。
分离的菌株共计363株,分别对这些菌株进行编号。
实施例2
活性菌株的筛选
供试草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)由河北省沧州市农林科学院植物保护研究所提供。
草地贪夜蛾人工饲料配方:玉米粉200g,黄豆粉100g,酵母粉90g,蔗糖50g,琼脂15g,山梨酸1.8g,对羟基苯甲酸甲酯(尼泊金)1.8g,水1000ml。
2.1Bt蛋白芽孢混合液制备及SDS-PAGE分析
取400μL活化的Bt菌液(每个编号下的菌株)均匀地涂布于1/2LB固体培养基上,在30℃恒温条件下培养至50%以上菌体裂解时,将全部菌体刮到50mL离心管中,加适量预冷的超纯水充分洗涤两次,每次8000r/min离心10min,弃上清,沉淀最后加入4mL预冷的50mMNa2CO3(pH 10.0)溶解,反复吹打混匀得蛋白芽孢混合液。
取上述蛋白芽孢混合液,加入1/5体积预冷的0.5M NaOH溶液,室温反应5min,随后加入5×上样缓冲液,混匀,煮沸5min,12000r/min离心3min,取10μL上清液进行SDS- PAGE电泳分析,电泳方法参照萨姆布鲁克和拉塞尔(2002)的方法进行。蛋白图谱使用 ImageJ2x软件对80kDa蛋白条带进行定量。
2.2活性测定
称取15g草地贪夜蛾人工饲料置于灭菌培养皿中,加入3mL已经定量且梯度稀释的待测样品的蛋白芽孢混合液,充分搅拌均匀,于室温放置;待饲料中多余的水分蒸发后,将全部饲料均匀的分装于24孔板中;随后用毛笔挑取拉丝、个体活跃且大小一致的初孵幼虫接于24孔板内,每孔一头,接好幼虫后用内置吹塑纸板的顶盖盖好,再用橡皮筋固定扎紧,防止幼虫逃逸;以添加50mM Na2CO3水溶液(pH 10.0)和蒸馏水分别为空白对照。将24 孔板置于温度(27±1)℃,RH(65±5)%,光照周期16L﹕8D的养虫室中。每处理3次重复,每个重复24头。每天检查光照、湿度、温度以及饲料是否霉变,是否有水蒸气的凝结。7d后分别调查死、活虫数,计算平均死亡率、校正死亡率,使用PoloPlus软件分析死亡率以及LC50值。
根据测试结果,编号为IPPBiotB14D2菌株的杀虫活性最高,结果见表1。
实施例3
IPPBiotB14D2菌株的聚类分析
16S rRNA基因是细菌的进化标尺,对一个未知的种,一般首先考察其16S rRNA基因的系统发育关系,因此,对IPPBiotB14D2进行16S rRNA基因测序并构建系统发育树。
参照Song F P,et al.(Identification of cry1I-type genes from Bacillusthuringiensis strains and characterization of a novel cry1I-type gene[J].Applied and environmental microbiology.2003, 69(9),5207-5211)中所述的方法提取Bt菌株IPPBiotB14D2的基因组DNA。用细菌16S rDNA通用引物27F(SEQ ID No:1)和1492R(SEQ ID No:2)扩增菌株IPPBiotB14D2的 16S rDNA序列。50μL的反应体系包括:基因组DNA(50ng/μL)1μL,27F(20μM)1 μL,1492R(20μM)1μL,PrimeSTAR Max Premix(2×)25μL,ddH2O补充至50μL。 PCR扩增条件:94℃ 5min预变性,94℃ 30sec,55℃ 30sec,72℃ 90sec,共30个循环,72℃ 5min终延伸,得到的1500bp左右片段经试Axygen胶回收试剂盒(爱思进生物技术(杭州)有限公司)纯化进行TA克隆,克隆到pMD-18T(Takara)上,转化大肠杆菌(Escherichia coli)并进行常规的培养,得到转化子,经过对转化子的菌液PCR验证正确后,送北京六合华大基因科技有限公司测序,所得序列的长度为1478bp(详见SEQ ID No: 3所示)。所测序列提交NCBI网站(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)进行同源性比较,比较结果显示IPPBiotB14D2与苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)ATCC 10792 (NR_114581.1)(公布的16S rRNA基因片段长度为1482bp)相似性为99.7%。使用 MEGA5.0软件,选择邻接法(Neighbor-Joining)构建系统发育树,如图1所示。从图1中可以看出,IPPBiotB14D2虽然在其16SrRNA基因的系统发育树中独立成一个分支,但与其最接近的相似性约为99%的三株菌均为苏云金芽孢杆菌。此外,EzBioCloud网站(www.ezbiocloud.net)对16SrRNA基因的相似性比较结果显示IPPBiotB14D2与苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)IAM 12077最相似。因此,其系统分类为苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)。该菌株已于2020年7月27日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.20447,保藏地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。
实施例4
杀虫基因鉴定
设计PCR上游引物(SEQ ID No.4)和下游引物(SEQ ID No.5),以IPPBiotB14D2 菌株基因组为模板进行PCR扩增及测序鉴定菌株中所含的杀虫基因。PCR反应体系(20 μL):模板1μL、2×Taq Mix DNA聚合酶10μL、上下游引物各1μL、超纯水补至20 μL。PCR扩增条件:94℃预变性5min;94℃变性30s,50℃退火30s,72℃延伸2 min,30次循环;72℃延伸5min。
PCR扩增反应结束后,取3μL PCR产物进行1.0%琼脂糖凝胶电泳,检测到2370bp的条带。经测序所得所的基因的核苷酸序列如SEQ ID No.6所示,该基因翻译后的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID No.7所示。
实施例5
杀虫基因的表达与活性测定
将核苷酸序列如SEQ ID No.6所示的基因连接在表达载体pET21a上,得到pET-Vip重组表达载体,在大肠杆菌表达菌株Rosetta(DE3)中表达的氨基酸序列如SEQ ID No.7所示的蛋白。该蛋白在可溶组分和不可溶组分中均表达;表达约80kDa左右蛋白。
将携带pET-Vip基因的大肠杆菌Rosetta(DE3)菌株以1%的接种量接种于LB液体培养基中,37℃培养至OD600值达到0.5-1.0之间时,加入诱导物50mM IPTG,在150rpm,20℃低温下诱导12h。然后在4℃下,8000rpm离心3min。离心收集菌体,加入50mM Tris·Cl (pH8.0)悬浮;破碎菌体(利用超声波常规完全破碎),将超声破碎后的菌液在4℃下 12,000rpm离心15min;然后收集上清液。进行SDS-PAGE后,蛋白图谱使用Image J2x软件对约80kDa的蛋白条带进行定量。
活性测定同实施例2。结果见表1。
表1
实施例 | LC<sub>50</sub>(μg/g饲料) | 95%置信区间(μg/g饲料) |
实施例2 | 0.155 | 0.086至0.378 |
实施例5 | 6.566 | 4.759至11.176 |
序列表
<110> 中国农业科学院植物保护研究所
<120> 一种对草地贪夜蛾具有杀虫活性的苏云金芽孢杆菌菌株
<130> LHA2060628
<160> 7
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
agagtttgat cctggctcag 20
<210> 2
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
cggttacctt gttacgactt 20
<210> 3
<211> 1478
<212> DNA
<213> 苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)
<400> 3
cggacgggtg agtaacacgt gggtaacctg cctgtaagac tgggataact ccgggaaccg 60
gggctaatac cggatggttg tttgaaccgc atggttcaaa cataaaaggt ggcttcggct 120
accacttaca gatggacccg cggcgcatta gctagttggt gaggtaatgg ctcaccaagg 180
caacgatgcg tagccgacct gagagggtga tcggccacac tgggactgag acacggccca 240
gactcctacg ggaggcagca gtagggaatc ttccgcaatg gacgaaagtc tgacggagca 300
acgccgcgtg agtgatgaag gttttcggat cgtaaagctc tgttgttagg gaagaacaag 360
tgccgttcga atagggcggc accttgacgg tacctaacca gaaagccacg gctaactacg 420
tgccagcagc cgcggtaata cgtaggtggc aagcgttgtc cggaattatt gggcgtaaag 480
ggctcgcagg cggtttctta agtctgatgt gaaagccccc ggctcaaccg gggagggtca 540
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acgatgagtg ctaagtgtta gggggtttcc gccccttagt gctgcagcta acgcattaag 780
cactccgcct ggggagtacg gtcgcaagac tgaaactcaa aggaattgac gggggcccgc 840
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<211> 25
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 4
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<210> 5
<211> 25
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 5
ttacttaata gagacatcgg aaaac 25
<210> 6
<211> 2370
<212> DNA
<213> 苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)
<400> 6
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gttaaaggaa aaccttctat tcatttaaaa gatgaaaata ctggatatat tcattatgaa 1860
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gatttaaagg gagtgtattt aattttaaaa agtcaaaatg gagatgaagc ttggggagat 1980
aactttatta ttttggaaat tagtccttct gaaaagttat taagtccaga attaattaat 2040
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cagggaggac gaggaattct aaaacaaaac cttcaattag atagtttttc aacttataga 2160
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ggaaaagata acttttatat agagctttct caagggaata atttaaatgg tggccctatt 2340
gtcaagtttt ccgatgtctc tattaagtaa 2370
<210> 7
<211> 789
<212> PRT
<213> 苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)
<400> 7
Met Asn Lys Asn Asn Thr Lys Leu Ser Thr Arg Ala Leu Pro Ser Phe
1 5 10 15
Ile Asp Tyr Phe Asn Gly Ile Tyr Gly Phe Ala Thr Gly Ile Lys Asp
20 25 30
Ile Met Asn Met Ile Phe Lys Thr Asp Thr Gly Gly Asp Leu Thr Leu
35 40 45
Asp Glu Ile Leu Lys Asn Gln Gln Leu Leu Asn Asp Ile Ser Gly Lys
50 55 60
Leu Asp Gly Val Asn Gly Ser Leu Asn Asp Leu Ile Ala Gln Gly Asn
65 70 75 80
Leu Asn Thr Glu Leu Ser Lys Glu Ile Leu Lys Ile Ala Asn Glu Gln
85 90 95
Asn Gln Val Leu Asn Asp Val Asn Asn Lys Leu Asp Ala Ile Asn Thr
100 105 110
Met Leu Arg Val Tyr Leu Pro Lys Ile Thr Ser Met Leu Ser Asp Val
115 120 125
Met Lys Gln Asn Tyr Ala Leu Ser Leu Gln Ile Glu Tyr Leu Ser Lys
130 135 140
Gln Leu Gln Glu Ile Ser Asp Lys Leu Asp Ile Ile Asn Val Asn Val
145 150 155 160
Leu Ile Asn Ser Thr Leu Thr Glu Ile Thr Pro Ala Tyr Gln Arg Ile
165 170 175
Lys Tyr Val Asn Glu Lys Phe Glu Glu Leu Thr Phe Ala Thr Glu Thr
180 185 190
Ser Ser Lys Val Lys Lys Asp Gly Ser Pro Ala Asp Ile Leu Asp Glu
195 200 205
Leu Thr Glu Leu Thr Glu Leu Ala Lys Ser Val Thr Lys Asn Asp Val
210 215 220
Asp Gly Phe Glu Phe Tyr Leu Asn Thr Phe His Asp Val Met Val Gly
225 230 235 240
Asn Asn Leu Phe Gly Arg Ser Ala Leu Lys Thr Ala Ser Glu Leu Ile
245 250 255
Thr Lys Glu Asn Val Lys Thr Ser Gly Ser Glu Val Gly Asn Val Tyr
260 265 270
Asn Phe Leu Ile Val Leu Thr Ala Leu Gln Ala Lys Ala Phe Leu Thr
275 280 285
Leu Thr Thr Cys Arg Lys Leu Leu Gly Leu Ala Asp Ile Asp Tyr Thr
290 295 300
Ser Ile Met Asn Glu His Leu Asn Lys Glu Lys Glu Glu Phe Arg Val
305 310 315 320
Asn Ile Leu Pro Thr Leu Ser Asn Thr Phe Ser Asn Pro Asn Tyr Ala
325 330 335
Lys Val Lys Gly Ser Asp Glu Asp Ala Lys Met Ile Val Glu Ala Lys
340 345 350
Pro Gly His Ala Leu Val Gly Phe Glu Ile Ser Asn Asp Ser Ile Thr
355 360 365
Val Leu Lys Val Tyr Glu Ala Lys Leu Lys Gln Asn Tyr Gln Val Asp
370 375 380
Lys Asp Ser Leu Ser Glu Val Ile Tyr Gly Asp Met Asp Lys Leu Leu
385 390 395 400
Cys Pro Asp Gln Ser Glu Gln Ile Tyr Tyr Thr Asn Asn Ile Val Phe
405 410 415
Pro Asn Glu Tyr Val Ile Thr Lys Ile Asp Phe Thr Lys Lys Met Lys
420 425 430
Thr Leu Arg Tyr Glu Val Thr Ala Asn Phe Tyr Asp Ser Ser Thr Gly
435 440 445
Glu Ile Asp Leu Asn Lys Lys Lys Val Glu Ser Ser Glu Ala Glu Tyr
450 455 460
Arg Thr Leu Ser Ala Asn Asp Asp Gly Val Tyr Met Pro Leu Gly Val
465 470 475 480
Ile Ser Glu Thr Phe Leu Thr Pro Ile Asn Gly Phe Gly Leu Gln Ala
485 490 495
Asp Glu Asn Ser Arg Leu Ile Thr Leu Thr Cys Lys Ser Tyr Leu Arg
500 505 510
Glu Leu Leu Leu Ala Thr Asp Leu Ser Asn Lys Glu Thr Lys Leu Ile
515 520 525
Val Pro Pro Ser Gly Phe Ile Lys Asn Ile Val Glu Asn Gly Ser Ile
530 535 540
Glu Glu Asp Asn Leu Glu Pro Trp Lys Ala Asn Asn Lys Asn Ala Tyr
545 550 555 560
Val Asp His Thr Gly Gly Val Asn Gly Thr Lys Ala Leu Tyr Val His
565 570 575
Lys Asp Gly Gly Ile Ser Gln Phe Ile Gly Asp Lys Leu Lys Pro Lys
580 585 590
Thr Glu Tyr Val Ile Gln Tyr Thr Val Lys Gly Lys Pro Ser Ile His
595 600 605
Leu Lys Asp Glu Asn Thr Gly Tyr Ile His Tyr Glu Asp Thr Asn Asn
610 615 620
Asn Leu Glu Asp Tyr Gln Thr Ile Thr Lys Arg Phe Thr Thr Gly Thr
625 630 635 640
Asp Leu Lys Gly Val Tyr Leu Ile Leu Lys Ser Gln Asn Gly Asp Glu
645 650 655
Ala Trp Gly Asp Asn Phe Ile Ile Leu Glu Ile Ser Pro Ser Glu Lys
660 665 670
Leu Leu Ser Pro Glu Leu Ile Asn Thr Asn Asn Trp Thr Ser Thr Gly
675 680 685
Ser Thr Asn Ile Ser Gly Asn Thr Leu Thr Leu Tyr Gln Gly Gly Arg
690 695 700
Gly Ile Leu Lys Gln Asn Leu Gln Leu Asp Ser Phe Ser Thr Tyr Arg
705 710 715 720
Val Tyr Phe Ser Val Ser Gly Asp Ala Asn Val Arg Ile Arg Asn Ser
725 730 735
Arg Glu Val Leu Phe Glu Lys Arg Tyr Met Ser Gly Ala Lys Asp Val
740 745 750
Ser Glu Ile Phe Thr Thr Lys Leu Gly Lys Asp Asn Phe Tyr Ile Glu
755 760 765
Leu Ser Gln Gly Asn Asn Leu Asn Gly Gly Pro Ile Val Lys Phe Ser
770 775 780
Asp Val Ser Ile Lys
785
Claims (8)
1.一种苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis),其保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No. 20447。
2.一种对权利要求1所述的苏云金芽孢杆菌进行遗传改良后得到的工程菌。
3.根据权利要求2所述的工程菌,其特征在于,所述工程菌通过向如权利要求1所述的苏云金芽孢杆菌转入功能基因得到。
4.根据权利要求3所述的工程菌,其特征在于,所述功能基因为用于防治为害植物害虫的基因、用于防治为害植物病原微生物的基因和增强所述苏云金芽孢杆菌防治为害植物害虫效果的基因中的至少一种。
5.一种组合物,所述组合物包含如权利要求1所述的苏云金芽孢杆菌或如权利要求2至4中任意一项所述的工程菌。
6.根据权利要求5所述的组合物,其特征在于,所述组合物的剂型为悬浮剂、粉剂和颗粒剂中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的组合物,其特征在于,所述组合物的剂型为油悬剂和/或可湿性粉剂。
8.如权利要求1所述的苏云金芽孢杆菌、如权利要求2至4中任意一项所述的工程菌和如权利要求5至7中任意一项所述的组合物中的至少一种在用于防治草地贪夜蛾中的应用。
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Increasing of electricity production from Echinodosus cordifolius-microbial fuel cell by inoculating Bacillus thuringiensis;Chairat Treesubsuntorn et al.;《Science of the total environment》;20191010;第686卷;第538-545页 * |
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苏云金芽孢杆菌杀虫活性的增效机制研究进展;李超峰;《生物技术进展》;20180228;第8卷(第1期);第14-20页 * |
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