CN114958647A - 一种苏云金芽孢杆菌及其应用 - Google Patents

一种苏云金芽孢杆菌及其应用 Download PDF

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    • A01N63/00Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing microorganisms, viruses, microbial fungi, animals or substances produced by, or obtained from, microorganisms, viruses, microbial fungi or animals, e.g. enzymes or fermentates
    • A01N63/20Bacteria; Substances produced thereby or obtained therefrom
    • A01N63/22Bacillus
    • A01N63/23B. thuringiensis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor

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Abstract

本发明涉及一种苏云金芽孢杆菌及其应用,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.24550,其对草地贪夜蛾和/或美国白蛾具有杀虫活性。

Description

一种苏云金芽孢杆菌及其应用
技术领域
本发明涉及生物防治领域,特别涉及对有害昆虫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。
美国白蛾Hyphantria cunea原产于北美洲,主要分布于美国和加拿大南部。1922年在加 拿大首次发现美国白蛾,随后美国40个州相继发生虫灾,墨西哥有1个州发生。20世纪40 年代末,美国白蛾通过人类活动和运载工具传到了欧洲和亚洲,并成为一种严重危害树木的 检疫性害虫。1979年6月首次在中国发现了美国白蛾。1980年美国白蛾扩散到辽宁省,而 后又传播到陕西、北京、天津、上海、大连、秦皇岛、北戴河、烟台、威海、青岛等省市,呈现出从北部逐渐向中部地区扩散的趋势。
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 蛾或美国白蛾的高效、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.24550。
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、粉剂和颗粒剂中的一种。
在一个具体实施方式中,所述组合物的剂型为为油悬剂或可湿性粉剂。
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和/或美国白蛾。
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。
菌株保藏
本发明筛选的微生物BiotP4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.24550,保藏日期为2022年03月21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:0.3wt%牛肉膏,0.5wt%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86株,分别对这些菌株进行编号。
实施例2
Bt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 11.5)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60kDa蛋白条带进行定量。
实施例3
草地贪夜蛾活性菌株的筛选
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。
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实 施例2制备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3mL 50mM Na2CO3水溶液(pH 10.0)的饲料为空 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BiotP4菌株的杀虫活性较高,结果见表1。
实施例4
BiotP4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BiotP4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BiotP4的基因组DNA。用细菌16S rDNA通用 引物:27F(SEQ ID No.1)和1492R(SEQID No.2)扩增菌株BiotP4的16S rDNA序列。 50μL的反应体系包括:基因组DNA(50ng/μL)1μL,27F(20μM)1μL,1492R(20 μM)1μL,PrimeSTAR Max Premix(2×)25μL,ddH2O补充至50μL。PCR扩增条件: 94℃5min预变性,94℃30sec,52℃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,所得序列为1560bp(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BiotP4与苏云金 芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)HER1410 CP050183.1(公布的16S rRNA基因片段长度为1624bp)相似性为100%。因此,其系统分类为苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)。该菌株已于2022年03月21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20588,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5
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BiotP4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(20μL):模板 1μL、2×Taq Mix DNA聚合酶10μL、上下游引物各1μL、超纯水补至20μL。PCR扩增 条件:94℃预变性5min;94℃变性30s,50℃退火30s,72℃延伸2min,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1.9kb的条带。经测序所得基因为cry2Ab35,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6
杀虫基因的表达
将cry2Ab35基因连接在表达载体pSTK上,得到pSTK-cry2Ab35重组表达载体,将pSTK-cry2Ab35转化Bt无晶体突变株HD73-,得到HD73/pSTK-cry2Ab35,以用于表达Cry2Ab35蛋白。
取400μL活化的HD73/pSTK-cry2Ab35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50 mMNa2CO3(pH 11.5)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60kDa蛋白条带进行定量。
实施例7
杀虫蛋白对草地贪夜蛾的活性
对实施例6制备的蛋白芽孢混合液进行梯度稀释测定对草地贪夜蛾的活性,活性测定同 实施例3。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 14.209 9.206至20.652
实施例7 52.158 38.333至71.221
实施例8
BiotP4对美国白蛾的活性
称取15g人工饲料(中国林业科学院提供)放置于灭菌的培养皿中,加入1.5mL已经定 量且梯度稀释的实施例2或实施例6制备的待测样品的蛋白芽孢混合液,充分搅拌混匀,于 室温放置;待饲料中多余的水分蒸发后,平均装于单个培养瓶中,并将饲料铺满培养皿的底 部。每皿接入20头1日龄幼虫,用医用胶带封口,每个浓度重复3次,每个重复20头。以添加1.5ml 50mM Na2CO3水溶液(pH 11.5)的饲料为空白对照。倒置放于25℃光照培养 箱培养,光周期为16:8,湿度60%至70%,每天观察饲料的干湿程度,适当进行微调。培 养96h调查死虫数和活虫数。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。
结果见表2。
表2
实施例 LC<sub>50</sub>(μg/g饲料) 95%置信区间(μg/g饲料)
实施例2 1.299 0.996至1.666
实施例7 3.567 2.234至5.036
序列表
<110> 中国农业科学院植物保护研究所
<120> 一种苏云金芽孢杆菌及其应用
<130> LHA2260245
<160> 7
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 16
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
agagtttgat cmtggc 16
<210> 2
<211> 16
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
taccttgtta cgactt 16
<210> 3
<211> 1560
<212> DNA
<213> 苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)
<400> 3
atcaattctc catagaaagg aggtgatcca gccgcacctt ccgatacggc taccttgtta 60
cgacttcacc ccaatcatct gtcccacctt aggcggctgg ctccaaaaag gttaccccac 120
cgacttcggg tgttacaaac tctcgtggtg tgacgggcgg tgtgtacaag gcccgggaac 180
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tgcagcctac aatccgaact gagaacggtt ttatgagatt agctccacct cgcggtcttg 300
cagctctttg taccgtccat tgtagcacgt gtgtagccca ggtcataagg ggcatgatga 360
tttgacgtca tccccacctt cctccggttt gtcaccggca gtcaccttag agtgcccaac 420
ttaatgatgg caactaagat caagggttgc gctcgttgcg ggacttaacc caacatctca 480
cgacacgagc tgacgacaac catgcaccac ctgtcactct gctcccgaag gagaagccct 540
atctctaggg ttttcagagg atgtcaagac ctggtaaggt tcttcgcgtt gcttcgaatt 600
aaaccacatg ctccaccgct tgtgcgggcc cccgtcaatt cctttgagtt tcagccttgc 660
ggccgtactc cccaggcgga gtgcttaatg cgttaacttc agcactaaag ggcggaaacc 720
ctctaacact tagcactcat cgtttacggc gtggactacc agggtatcta atcctgtttg 780
ctccccacgc tttcgcgcct cagtgtcagt tacagaccag aaagtcgcct tcgccactgg 840
tgttcctcca tatctctacg catttcaccg ctacacatgg aattccactt tcctcttctg 900
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<211> 23
<212> DNA
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<210> 7
<211> 633
<212> PRT
<213> 苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)
<400> 7
Met Asn Ser Val Leu Asn Ser Gly Arg Thr Thr Ile Cys Asp Ala Tyr
1 5 10 15
Asn Val Ala Ala His Asp Pro Phe Ser Phe Gln His Lys Ser Leu Asp
20 25 30
Thr Val Gln Lys Glu Trp Thr Glu Trp Lys Lys Asn Asn His Ser Leu
35 40 45
Tyr Leu Asp Pro Ile Val Gly Thr Val Ala Ser Phe Leu Leu Lys Lys
50 55 60
Val Gly Ser Leu Val Gly Lys Arg Ile Leu Ser Glu Leu Arg Asn Leu
65 70 75 80
Ile Phe Pro Ser Gly Ser Thr Asn Leu Met Gln Asp Ile Leu Arg Glu
85 90 95
Thr Glu Lys Phe Leu Asn Gln Arg Leu Asn Thr Asp Thr Leu Ala Arg
100 105 110
Val Asn Ala Glu Leu Thr Gly Leu Gln Ala Asn Val Glu Glu Phe Asn
115 120 125
Arg Gln Val Asp Asn Phe Leu Asn Pro Asn Arg Asn Ala Val Pro Leu
130 135 140
Ser Ile Thr Ser Ser Val Asn Thr Met Gln Gln Leu Phe Leu Asn Arg
145 150 155 160
Leu Pro Gln Phe Gln Met Gln Gly Tyr Gln Leu Leu Leu Leu Pro Leu
165 170 175
Phe Ala Gln Ala Ala Asn Leu His Leu Ser Phe Ile Arg Asp Val Ile
180 185 190
Leu Asn Ala Asp Glu Trp Gly Ile Ser Ala Ala Thr Leu Arg Thr Tyr
195 200 205
Arg Asp Tyr Leu Lys Asn Tyr Thr Arg Asp Tyr Ser Asn Tyr Cys Ile
210 215 220
Asn Thr Tyr Gln Ser Ala Phe Lys Gly Leu Asn Thr Arg Leu His Asp
225 230 235 240
Met Leu Glu Phe Arg Thr Tyr Met Phe Leu Asn Val Phe Glu Tyr Val
245 250 255
Ser Ile Trp Ser Leu Phe Lys Tyr Gln Ser Leu Leu Val Ser Ser Gly
260 265 270
Ala Asn Leu Tyr Ala Ser Gly Ser Gly Pro Gln Gln Thr Gln Ser Phe
275 280 285
Thr Ser Gln Asp Trp Pro Phe Leu Tyr Ser Leu Phe Gln Val Asn Ser
290 295 300
Asn Tyr Val Leu Asn Gly Phe Ser Gly Ala Arg Leu Ser Asn Thr Phe
305 310 315 320
Pro Asn Ile Val Gly Leu Pro Gly Ser Thr Thr Thr His Ala Leu Leu
325 330 335
Ala Ala Arg Val Asn Tyr Ser Gly Gly Ile Ser Ser Gly Asp Ile Gly
340 345 350
Ala Ser Pro Phe Asn Gln Asn Phe Asn Cys Ser Thr Phe Leu Pro Pro
355 360 365
Leu Leu Thr Pro Phe Val Arg Ser Trp Leu Asp Ser Gly Ser Asp Arg
370 375 380
Glu Gly Val Ala Thr Val Thr Asn Trp Gln Thr Glu Ser Phe Glu Thr
385 390 395 400
Thr Leu Gly Leu Arg Ser Gly Ala Phe Thr Ala Arg Gly Asn Ser Asn
405 410 415
Tyr Phe Pro Asp Tyr Phe Ile Arg Asn Ile Ser Gly Val Pro Leu Val
420 425 430
Val Arg Asn Glu Asp Leu Arg Arg Pro Leu His Tyr Asn Glu Ile Arg
435 440 445
Asn Ile Ala Ser Pro Ser Gly Thr Pro Gly Gly Ala Arg Ala Tyr Met
450 455 460
Val Ser Val His Asn Arg Lys Asn Asn Ile His Ala Val His Glu Asn
465 470 475 480
Gly Ser Met Ile His Leu Ala Pro Asn Asp Tyr Thr Gly Phe Thr Ile
485 490 495
Ser Pro Ile His Ala Thr Gln Val Asn Asn Gln Thr Arg Thr Phe Ile
500 505 510
Ser Glu Lys Phe Gly Asn Gln Gly Asp Ser Leu Arg Phe Glu Gln Asn
515 520 525
Asn Thr Thr Ala Arg Tyr Thr Leu Arg Gly Asn Gly Asn Ser Tyr Asn
530 535 540
Leu Tyr Leu Arg Val Ser Ser Ile Gly Asn Ser Thr Ile Arg Val Thr
545 550 555 560
Ile Asn Gly Arg Val Tyr Thr Ala Thr Asn Val Asn Thr Thr Thr Asn
565 570 575
Asn Asp Gly Val Asn Asp Asn Gly Ala Arg Phe Ser Asp Ile Asn Ile
580 585 590
Gly Asn Val Val Ala Ser Ser Asn Ser Asp Val Pro Leu Asp Ile Asn
595 600 605
Val Thr Leu Asn Ser Gly Thr Gln Phe Asp Leu Met Asn Ile Met Leu
610 615 620
Val Pro Thr Asn Ile Ser Pro Leu Tyr
625 630

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.24550。
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和/或美国白蛾。
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