综述：黄粉虫（Tenebrio molitor）作为微生物生物杀虫剂分离、表征及生产导向开发的资源：从基础科学到应用研究

《Journal of Stored Products Research》：Use of yellow mealworm ( Tenebrio molitor) as a resource for the isolation, characterization and production-oriented development of microbial bioinsecticides: from basic science to applied research

　　

黄粉虫（Tenebrio molitor）在昆虫养殖与微生物生物杀虫剂研究之间发挥着桥梁作用。134篇文献显示该领域研究持续增长，其中以昆虫病原真菌为主导。浓核病毒将黄粉虫病理学、生物安全与病毒防控联系起来。芽孢杆菌目（Bacillales）与真菌揭示了毒素、免疫及体壁侵染途径。饲养条件、肠道菌群与靶标害虫验证仍是限制其转化的关键因素。

2. 黄粉虫（Tenebrio molitor）：一种具有工业意义的昆虫的生物学与大规模饲养

黄粉虫属鞘翅目（Coleoptera）、拟步甲科（Tenebrionidae），为全变态昆虫，经历卵、幼虫、蛹和成虫阶段。幼虫期是主要的工业利用阶段，因其集中了可收获的生物量、蛋白质、脂质和生物活性分子，同时也是最适合进行受控微生物生物测定的阶段。幼虫个体大、易于操作，兼容口服、局部施用、浸渍和注射等多种暴露途径。其作为储藏物害虫的历史地位与其耐干燥、适应人工环境、高效利用谷物基质、耐高密度等特性直接相关，这些特性如今使其成为工业昆虫和实用的实验宿主。在欧洲，黄粉虫幼虫作为新型食品的科学评估以及昆虫源加工动物蛋白在部分动物饲料中的授权，强化了昆虫养殖的工业可见度。幼虫的工业化大规模饲养依赖于环境、营养和操作参数，温度25–28 °C、相对湿度60–75%通常有利于幼虫生长。日粮组成可影响生长速率、转化效率、蛋白质与脂质含量及幼虫生理状态。对于感染测定和微生物筛选，日粮与基质组成不应被视为背景饲养条件，而应作为可重塑肠道菌群、宿主生理、免疫能力和病原敏感性的实验变量。

2.1 T. molitor产品及副产品的当前用途与应用

黄粉虫的工业饲养可视为生物精炼过程：幼虫是主要商业产出，但生产系统同时产生蛹、成虫、虫粪（frass）、残余基质、蜕皮壳（exuviae）、含体壁残渣、酶和免疫相关分子。虫粪是主要副产品，由粪便、饲料残渣、蜕皮壳和微生物组成，含氮、磷、钾等有机质与植物养分，其农用价值取决于基质、加工方式、剂量、作物和土壤条件。几丁质丰富的残渣及其衍生壳聚糖可作为微生物生物杀虫剂制剂中微生物繁殖体与生物活性代谢物的载体、包封基质或稳定剂，但这一应用仍处于探索阶段。黄粉虫幼虫产生的消化酶、抗菌肽、黑化反应及热激蛋白HSP70等生化与免疫因子，扩展了其作为感染生物学无脊椎动物模型的价值。

3. 微生物昆虫病原体与生物杀虫剂开发：从病原发现到田间应用

微生物昆虫病原体被定义为能够感染、定殖、使昆虫失能或死亡的细菌、真菌和病毒，作用机制包括毒素产生、体壁穿透、肠道感染、系统增殖、免疫调节或胞内复制。从昆虫病原微生物到可用生物杀虫剂的转化，需经历分离或检测、鉴定、保藏、毒力筛选、机制表征、特异性和安全性评估、规模化生产、制剂化以及靶标害虫田间验证等多个环节，任一环节失败均可能导致开发中断。黄粉虫幼虫足够大，适用于受控注射、局部施用、浸渍、口服暴露、解剖和血淋巴取样，从而支持致死中量（LD₅₀）、致死中浓度（LC₅₀）、致死中时间（LT₅₀）估算以及黑化、血细胞动态、酚氧化酶活性和抗菌肽表达等免疫读数的测定。但黄粉虫不应被视为昆虫敏感性的通用替代模型，其应答可因昆虫目、科甚至近缘鞘翅目宿主而异；其最佳用途是对微生物候选菌株进行排序、标准化早期生物测定和研究受控条件下的宿主应答机制，而针对目标害虫的有效性、宿主特异性和安全性仍需在目标害虫及相关非靶标生物中验证。

4. 分析

文献检索在Web of Science?（WoS）和Scopus数据库中进行，关键词为“Tenebrio molitor AND (entomopathogen OR entomopathogenic OR biopesticide OR bioinsecticide) AND (virus OR bacteria OR fungus)”，限定文献类型为“articles”，检索日期为2026年5月12日。WoS检索获得181篇，其中64篇不相关，纳入117篇；Scopus检索获得1734篇，其中1618篇不相关，纳入116篇；两数据库重叠99篇，WoS独有18篇，Scopus独有17篇，最终共纳入134篇。相关主题的首篇文章发表于1994年，2009年前年均发文量仅略高于1篇；自2010年起稳步增长，2011与2012年分别为8篇和7篇，2018年达15篇，2024年8篇，2025年12篇。按作者所属国家统计，美国发文最多（26篇），其次为巴西（15篇）、墨西哥（13篇）、丹麦（12篇）、中国与韩国（各11篇）、英国（9篇）、德国（8篇）和土耳其（7篇）。文章分布于82种期刊，其中《Journal of Invertebrate Pathology》发文最多（11篇），其次为《Journal of Stored Products Research》（6篇）和《PloS One》（5篇）。引用次数最高的文章为2003年发表于《Proceedings of the Royal Society B》的论文（WoS被引232次）。

5. 利用T. molitor进行微生物昆虫病原体/生物杀虫剂的分离、表征与生产

5.1 病毒：分离与表征

目前黄粉虫昆虫病原病毒研究起步较晚，首批文献出现于2023年，尚无大规模生产研究。从欧洲多处黄粉虫养殖场患病幼虫中鉴定出多种新病毒，包括T. molitor相关纳尔纳病毒1（TmAsNaV1）、iflavirus 1（TmIV1）、tombusvirus 1（TmToV1）、virga-like病毒1（TmViLV1）和virga-like病毒2（TmViLV2）。研究最为深入的是浓核病毒（densovirus, TmDV）（细小病毒科Parvoviridae，浓核病毒亚科Densovirinae），已在土耳其、美国和法国的工业养殖种群中分离获得。法国种群中经测序鉴定的病毒种为Blattambidensovirus incertum1，病毒分离后回接健康黄粉虫幼虫可致其死亡，但感染初期56天内不出现症状。TmDV在幼虫中引起大规模上皮细胞死亡、巨细胞症和巨核症，伴核内包涵体，累及表皮、咽、食管、直肠、气管和微气管；受感染昆虫表现无法抓取食物、不对称运动进展至不动、脱水、体色深暗，经长潜伏期后死亡。基于TmDV，利用牛明胶作为载体已成功研制生物杀虫剂Tenebriokiller，通过喷雾施用于食物（碎小麦）后对黄粉虫幼虫达100%致死率，14天半数致死浓度（LD₅₀）为4×10⁶病毒拷贝/mL，4 °C冷藏可保持杀虫活性长达6个月。未来研究应聚焦养殖设施中的监测与流行病学、传播途径与宿主特异性表征、稳定制剂开发及对重要储藏物害虫的评估。

5.2 细菌：表征

黄粉虫昆虫病原细菌研究集中于多种物种与菌株的表征及杀虫机制鉴定。革兰氏阳性菌中，芽孢杆菌目（Bacillales）包括苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）、蜡状芽孢杆菌（B. cereus）和枯草芽孢杆菌（B. subtilis）及侧孢短芽孢杆菌（Brevibacillus laterosporus）。侧孢短芽孢杆菌以细菌悬浮液直接混入饲料（小麦粉）初期对黄粉虫幼虫无效果，但随后证明其经饲料直接施用可杀死昆虫，半数致死浓度（LC₅₀）为3.4×10⁶孢子/mL；蜡状芽孢杆菌经同样施用途径的LC₅₀为8.5×10⁷孢子/mL，但两者作用机制尚不明确。枯草芽孢杆菌在液体培养基中产生的无细胞上清液经浸渍施用36小时后对黄粉虫幼虫致死率达90–95%，活性代谢物被鉴定为表面活性素（surfactins），缺失该代谢物的突变株丧失杀虫能力。苏云金芽孢杆菌亚种/血清变种kurstaki对黄粉虫无效，原因在于幼虫中肠酸性pH；联合施用毒素晶体与碳酸氢钠可致昆虫死亡。苏云金芽孢杆菌sv. morrisoni生物变种tenebrionis（原B. thuringiensis subsp. morrisoni或tenebrionis）被描述为黄粉虫特异性昆虫病原体，其杀虫活性由Cry3A蛋白介导，该蛋白结合中肠蛋白并改变局部基因表达，形成孔道导致死亡。未鉴定亚种的苏云金芽孢杆菌菌株经饲料施用可在60%–100%间引起死亡率；黄粉虫可通过Toll通路识别细菌肽聚糖并合成抗菌化合物进行防御，但Cry蛋白作用于中肠上皮引起严重组织学变化。革兰氏阴性菌中，粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）经直接注射可在24小时内致昆虫死亡，机制不明。昆虫病原线虫共生菌属光杆状菌属（Photorhabdus）和致病杆菌属（Xenorhabdus）在不依赖线虫的情况下同样能杀死黄粉虫：P. luminescens经血淋巴注射可在24小时内致死；P. kayaii、P. thracensis和X. nematophila的菌悬液、细胞提取物和无细胞上清液经注射均可致幼虫死亡，证明杀虫次级代谢产物是主要作用机制；已鉴定出邻氰基苯甲酸（o-cyanobenzoic acid）和吲哚（indole）直接参与幼虫死亡率。未来研究应关注制剂开发、活性代谢物鉴定、递送途径优化及现实条件下的验证。

5.3 真菌：分离、表征与生产

5.3.1 昆虫病原真菌的分离

利用黄粉虫幼虫作为诱饵的“baiting”系统是广泛应用的真菌分离方法：将土壤样品置于容器中，引入活黄粉虫幼虫作为诱饵，病原真菌感染并杀死幼虫，死虫经培养后出现真菌生长（mycosis），从而回收、培养和鉴定真菌。该方法已从全球多种土壤和生态位中分离出白僵菌属（Beauveria）、绿僵菌属（Metarhizium）、淡紫紫孢菌属（Purpureocillium）、粉红螺旋聚孢霉属（Clonostachys）、虫草属（Cordyceps）、镰刀菌属（Fusarium）、棒束孢属（Isaria）和青霉属（Penicillium）等多种真菌。该技术已发展为标准化的黄粉虫致病性真菌采集方法（TmPC），从土壤中分离效率超过60%，比含dodine抗生素培养基技术高10倍，可构建大规模多样化昆虫病原真菌库。该方法还被用于研究土壤养分组成对不同真菌类群丰度的影响（高磷和钾降低B. bassiana和P. lilacinum出现频率，C. rosea f. rosea可能更普遍）、农业管理措施（如耕作制度）对真菌持久性的影响，以及田间引入后真菌接种体的长期存活。

5.3.2 使用T. molitor的接种与暴露系统

黄粉虫实验接种系统包括局部喷雾、分生孢子悬浮液浸渍、直接液滴施用、与定殖基质或被感染昆虫接触、通过污染饲料口服暴露以及直接注射入血腔等。球孢白僵菌（B. bassiana）的接种策略包括喷雾、液滴沉积、浸渍、不同部位注射（如盾片下方、头与前胸背板间的节间膜）、与琼脂/滤纸/泥炭藓上活跃生长的菌丝体直接接触，以及通过被感染弹尾虫间接传播。绿僵菌属中M. anisopliae研究最多，接种方式与白僵菌相似，包括喷雾、浸渍、与滤纸/琼脂/泥炭藓上菌丝体接触、与感染弹尾虫间接接触及施用于昆虫饲料等。

5.3.3 昆虫病原真菌与生物杀虫剂的表征

5.3.3.1 白僵菌属真菌

球孢白僵菌对黄粉虫的致死率可达100%，直接寄生是最可能的机制，已在幼虫、蛹和成虫中确证体内定殖，报道死亡率分别为80%、100%和60%，蛹期最敏感、成虫最耐受。真菌可通过气孔、口器或肛门等自然开口侵入内部组织，幼虫也可主动取食被真菌定殖的面粉或树干经口进入。基因组测序鉴定出与直接寄生相关的多种体壁降解酶基因，如几丁质酶和胰蛋白酶样蛋白酶；体外和体内实验表明主要涉及蛋白酶（如致病性相关碱性丝氨酸蛋白酶Pr1）、几丁质酶和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶。此外，白僵菌还通过产生杀虫代谢物杀死黄粉虫，已鉴定出beauvericin、bassianolide、白僵菌素（bassianin）、beauveriolide I、恩镰孢菌素（enniatins）、tenellin和二皮考啉酸（dipicolinic acid）。真菌还释放oosporein抑制宿主免疫系统；幼虫和成虫的防御反应包括血淋巴中真菌的包埋（encapsulation）及产生thaumatin样蛋白和tenecin 3肽等抗真菌代谢物。物理因子中，分离自北极和热带的菌株在广谱温度范围内对黄粉虫毒力无差异；更强的紫外线辐射抗性导致更高的昆虫死亡率。化学因子中，二甲戊灵（pendimethalin）类除草剂不影响白僵菌杀虫能力，而氟啶胺（fluazinam）和代森锰锌（mancozeb）等杀菌剂可显著降低真菌引起的死亡率；与高效氯氰菊酯（alpha-cypermethrin）和天然杀虫剂木瓜蛋白酶联用具有协同效应。

5.3.3.2 绿僵菌属真菌

绿僵菌属与黄粉虫的互作是研究最深入的昆虫病原真菌-宿主系统之一，涉及M. anisopliae、M. brunneum、M. robertsii、M. flavoviride、M. lepidiotae、M. majus和M. rileyi等多个种。暴露方式包括喷雾、浸渍、与滤纸/琼脂/泥炭藓上的真菌菌丝体接触、经感染弹尾虫间接传播、土壤诱饵、将真菌繁殖体混入昆虫日粮以及接触内生定殖的植物根系。直接寄生是整个属的主要致病机制，可通过主动穿透体壁或经口器等自然入口进入；多种物种具有涉及体壁降解的酶系统，包括几丁质酶、蛋白酶和脂肪酶，已在M. anisopliae中鉴定毒力相关丝氨酸蛋白酶Pr1、疏水蛋白（hydrophobins）和 destruxins，在M. flavoviride和M. lepidiotae中几丁质酶、蛋白酶和脂肪酶与菌丝穿透直接相关。但M. anisopliae也可不依赖体壁降解酶，经自然开口进入并内部定殖。M. robertsii研究揭示保幼激素水平升高可增强对真菌感染的抵抗力，雌性黄粉虫可通过体温升高识别感染雄虫并避免交配。环境因子方面，紫外线-A增强M. anisopliae致病力而紫外线-B降低，添加灵菌红素（prodigiosin）可减轻功效损失；低氧条件损害M. anisopliae穿透昆虫组织的能力；在M. brunneum中，补充戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）和植物乳植杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）、升高CO₂浓度及30 °C以上温度可显著降低幼虫死亡率。

5.3.3.3 其他属昆虫病原真菌

除白僵菌和绿僵菌外，粉红螺旋聚孢霉属（Clonostachys）、虫草属（Cordyceps）、棒束孢属（Isaria）、蜡蚧菌属（Lecanicillium）和木霉属（Trichoderma）也被研究。主要致病机制为直接寄生，但Cordyceps javanica、I. fumosorosea和蜡蚧轮枝菌（Lecanicillium lecanii，原Verticillium lecanii）中参与穿透体壁的裂解酶尚未确认。Clonostachys rogersoniana和C. rossmaniae已确认产生几丁质酶、蛋白酶（如Pr1）和脂肪酶参与菌丝穿透。哈茨木霉（Trichoderma harzianum）通过产生体壁裂解酶丝氨酸蛋白酶寄生昆虫，并释放peptaibol组杀虫代谢物导致幼虫死亡。

5.3.4 以T. molitor为原料的真菌生物杀虫剂生产

利用黄粉虫各虫态虫体或其生物量大规模生产昆虫病原真菌的研究尚不广泛。以M. anisopliae和M. brunneum为内生真菌在不同基质上大规模产孢的实验表明，从幼虫尸体收集的分生孢子C:N比低于米粒固体发酵或萨氏葡萄糖琼脂（SDA）上产生的分生孢子，蛋白酶活性也较低，说明利用黄粉虫幼虫生产的分生孢子特性不如传统固态发酵。但对I. fumosorosea（原Paecilomyces fumosoroseus）而言，在添加昆虫幼虫生物量（2 g/100 mL）的Czapek-Dox极限培养基中生长可提高真菌蛋白酶和脂肪酶活性，表明培养基中添加黄粉虫生物量可改善真菌特性。此外，白僵菌已被探索作为功能基因表达平台：表达绿色荧光蛋白（GFP）的转化株在7天内完全定殖黄粉虫虫体并表达转基因；表达家蚕（Bombyx mori）抗菌蛋白天蚕素A（cecropin-A）基因的转化白僵菌在定殖黄粉虫幼虫过程中对枯草芽孢杆菌和单核细胞增生李斯特菌表现出持续抗菌活性，可用于向黄粉虫基动物饲料中添加天然抗生素。

6. 结论与展望

黄粉虫作为昆虫养殖、宿主-病原生物学和微生物生物杀虫剂开发之间的战略接口，其价值在于四种角色的交汇：工业饲养昆虫、储藏物害虫、标准化幼虫宿主以及探索性制剂研究的生物量或副产品来源。不同微生物类群的研究成熟度差异显著：真菌研究最为深入，尤其在土壤诱饵、毒力筛选和感染机制研究方面最直接转化为早期生物杀虫剂导向研究；细菌研究已阐明关键机制（尤其是苏云金芽孢杆菌和线虫共生菌），但与制剂化和田间实效的衔接不足；病毒研究最不成熟且起步最晚，但浓核病毒代表了黄粉虫病理学、养殖场监测与储藏物害虫防控交汇的最清晰案例。目前转化应用的主要限制是标准化不足：生物测定变量、幼虫龄期、日粮、暴露途径和微生物剂量的报告缺乏统一标准，导致跨研究比较不可靠；肠道菌群、生理状态和饲养历史应作为实验变量而非背景信息。许多研究仅证明实验室条件下的死亡率，较少将黄粉虫筛选与目标农业、森林或储藏物害虫在现实环境条件下的防效联系起来。未来病毒研究应聚焦流行病学、制剂稳定性和靶标害虫验证；细菌研究应优先开展代谢物发现、制剂技术和田间表现；真菌研究应着力于标准化、微生物群感知的生物测定及实验室成果向实际害虫管理应用的转化。关键转化挑战不在于扩展黄粉虫生物测定本身，而在于将其与靶标害虫防效、制剂性能和监管要求联系起来。