Bt抗虫基因对作物的影响范文

本站小编为你精心准备了Bt抗虫基因对作物的影响参考范文，愿这些范文能点燃您思维的火花，激发您的写作灵感。欢迎深入阅读并收藏。

《粮食与食品工业杂志》2014年第五期

1bt杀虫原理

1．1Cry晶体蛋白Bt毒蛋白在伴孢晶体内是以内毒素（Protoxin）的形式存在，具有高度的专一性，只能造成靶标昆虫死亡，而对非靶标人、畜、哺乳动物无害。内毒素本身不具备活性，当内毒素被靶标害虫摄取后，在害虫中肠的碱性环境下被蛋白酶消化为具有杀虫活性的小片段的毒性肽。这种毒性肽可以穿过围食膜后到达中肠上皮柱状细胞，并能够识别与结合刷状缘膜上特异的高亲和受体位点。毒性肽与受体结合后，在受体的帮助下毒性肽的部分结构能够插入细胞膜中，通过在细胞膜上形成非特异性孔道来破坏细胞离子平衡，最终导致细胞的破裂。

1．2Vip蛋白Vip3的杀虫机理主要体现在对害虫中肠细胞的破坏上。Yu的组织病理学观察试验是研究Vip3A作用机制的经典实验：用Vip3A蛋白去饲喂敏感昆虫，72h后，中肠上皮细胞和基底膜脱落，昆虫死亡［4］。VIP3为可溶性蛋白，不需通过昆虫中肠的消化即可直接起作用，通过诱发中肠细胞凋亡，导致昆虫死亡。

2Bt基因在作物中的应用

1987年，Montagu实验室的Veack等人将Bt基因转入到烟草中，获得了抗烟草天蛾的转基因烟草植株。这是首次实现抗虫基因应用于植物的报道。随后几年科学家在对转Bt基因植株的研究中发现，虽然转基因植株存在一定的抗虫性，但蛋白的表达量仅占可溶性蛋白的0．001％。科学家进一步研究发现，其主要原因是由于：①野生型Bt基因的mRNA在植物中半衰期短，表达不稳定；②Bt基因是微生物基因，在转译时某些tRNA含量过少，翻译效率低下。尽管早期Bt转基因植物的抗虫效果不理想，但是通过不理想原因的分析和发现，为后来高效表达Bt毒蛋白转基因植物的研究奠定了基础。自此伊始，人们在Bt毒蛋白基因的修饰和改造、表达载体的构建、植物组织转化、抗虫植物的培育等方面进行了大量的研究。初期，科学家对ICPs研究较多，并延续至今。1992年，中国农科院郭三堆等人通过双链合成DNA的方法，在我国首次合成了CryIA基因；并将Bt基因导入棉花，获得高抗棉铃虫的转Bt抗虫棉花，使中国成为继美国之后，第2个获得拥有自主知识产权转基因抗虫棉的国家。此外，有研究机构也合成及部分改造了CryIA基因并成功导入烟草，甘蓝和大豆［5］。2004年，林拥军等人工合成cry1C＊和cry2A［6］。该研究将基因内部的密码子置换成植物偏爱性密码子，并在编码序列的5＇端和3＇端分别添加了引导序列和加尾识别信号序列，使之更易于在植物中表达。2009年，Sujatha将cry1Ec导入蓖麻（RicinuscommunisL．）中，结果对斜纹夜蛾（SpodopteralituraFabr）和蓖麻夜蛾（AchoeajanataL．）都表现出杀虫活性［7］。2011年，Ta－bashnik等研制出新Bt毒素（Cry1AbMod和Cry1AcMod），对5种产生抗性的害虫，如小菜蛾（P．xylostella）、棉铃虫（Helicoverpaarmigera）、欧洲玉米螟（Ostrinianubilalis）等都具有杀虫活性［8］。而后，对新型杀虫蛋白VIPs的研究应用也日益增多。2003年，先正达公司研制成功表达VIP3A毒蛋白的棉花品种COT102；2007年，又将COT102与转cry1Ab基因棉花COT67B杂交选育而成VipCotTM棉花［9］，是首个含有VIPs和Cry蛋白的转基因棉花。同年，又培育出转vip3Aa20的转基因玉米MIR162。近年来，Bt转基因作物中的研究呈现出转化的基因由单一基因向多基因发展；由单纯Bt基因转化向Bt基因与其他抗虫基因（蛋白酶抑制剂基因、凝集素基因和2－淀粉酶抑制剂基因等）协同转化发展；表现的性状由单一性状向复合性状发展；转化的品种从粮食作物如水稻、玉米、大豆、土豆、小麦等；到经济作物如棉花、杨树、甘蔗等；从蔬菜作物如油菜、甜菜等，到药用或嗜好作以及盆栽植物如苎麻、菊花、石斛兰等等。截至目前，我国并未商业化生产转基因主粮。

3转Bt基因作物存在的问题

3．1抗药性转Bt基因作物在对虫害防治方面以及对减少化学品危害方面确实做出了巨大的贡献。但转基因作物仍然面临了化学农药相似的弊端—抗药性，这或许是横亘该技术前进的最大障碍。目前，已有至少20多种昆虫在自然选择或者室内和温室中通过人工选择产生了对Bt作物的抗性，如美洲棉铃虫、非洲钻心虫、草地夜蛾、棉铃虫、棉红铃虫、烟芽夜蛾、小菜蛾等。科学家主要从生理生化、行为和分子遗传等方面对昆虫的抗性机理进行了研究。

3．1．1生理生化方面棉贪夜蛾的肠蛋白酶活性随着虫龄而增加，4龄幼虫比1龄和2龄幼虫的可以降解更多的毒蛋白。昆虫中肠上皮细胞受体与活性毒素的结合是杀虫的重要机理之一。目前，Bt蛋白受体主要分为钙粘蛋白、氨肽酶、碱性磷酸酶和一种糖脂类物质等四类物资。烟芽夜蛾中肠上的碱性磷酸酶是Cry1Ac毒素蛋白结合受体，与非抗性昆虫相比，抗性昆虫的磷酸酯酶活性减少一半［25－26］。

3．1．2昆虫行为方面昆虫对含Bt的食物的会有一种类似出于本能的躲避危害的行为。昆虫会在取食含Bt的食物后，有一个快速的停食反应，或者迅速转移取食位置，从而减少毒素摄入量，或躲开最高Bt剂量，这也是抗性产生的一种方式。

3．1．3分子遗传方面目前研究发现，与昆虫产生抗性有关的基因是隐性基因或不完全显性的，基因突变是昆虫抗性产生的重要原因之一。Morins研究发现，棉红铃虫抗性品系的三种钙黏蛋白基因发生突变，相关位点碱基缺失，导致Cry受体结合部位氨基酸序列的缺失；Avisar研究发现抗性的甘蓝银纹夜蛾对Cry1A的最大结合率变小，受体蛋白基因中的结合区域也变得更短。针对昆虫产生抗性的问题，科学家也进行了延缓或者阻止其产生抗性的研究，主要采取以下几种方式。（1）提高Bt剂量：利用现代生物技术提高Bt的表达水平，增强作物的抗性。（2）使Bt蛋白特异表达：主要是使作物在受到昆虫伤害时或者特殊时期才表达Bt蛋白。（3）庇护所：通过在Bt作物附近种植一些非Bt的正常植物，来保证一定数量的非抗性虫体，通过非抗性虫体和抗性虫体的交配，从而稀释抗性基因。（4）高剂量和庇护所联合使用：就是在提高Bt作物表达水平的同时，再在附近种植一些非Bt的正常植物，效果较好。（5）多种基因复合：通过将两种及以上的基因复合到同一作物中，使之对昆虫产生复合抗性。

3．2基因漂移转Bt基因植物也和其他转基因植物一样出现向常规栽培种及野生近缘种中飘移的现象。已有研究发现，Bt基因在玉米、棉花上可以通过花粉向近缘非转基因植物中转移；通过转基因大豆可以向人类肠道微生物转移。Netherwood等把转基因大豆（EPSPS）的汉堡和豆奶昔给7个肠道造口的和12个健康的志愿者食用。结果，7个肠道造口志愿者的小肠中都出现了转基因，其中3个还出现了向肠道微生物转移的现象；但在12个健康个体的粪便中没有发现转基因，说明转基因能在人的大肠中降解。这可能引起食用者胃肠功能的改变或有害人的健康［5］。

3．3对土壤生态系统的影响Bt基因作物对土壤生态系统的影响主要是由于根系可以向土壤中分泌毒蛋白，并且需要一定的周期进行降解。土壤中的毒蛋白可能会对越冬的昆虫、敏感的昆虫以及土壤的微生物等产生影响，进而影响整个土壤生态系统［5］。

3．4在食品安全方面商业种植的转Bt基因作物，主要是对目标害虫进行专一性伤害，但对人和其它动植物无害。张珍誉［30］开展了转Bt基因稻谷对小鼠血清生化指标和器官发育、小鼠胚胎生长发育、致敏性生物信息学、小肠mtDNA突变以及体内残留的研究。结果：以转Bt基因饲喂的小鼠没有出现任何不适症状，并且各项血清生化指标及器官发育也都正常。同时，也未发现转基因在小鼠体内的转移和残留。所以，试验说明将转Bt基因稻谷作为小鼠的饲料基本是安全的。杜红方［31］以转基因水稻作为肉仔鸡日粮原料进行了安全性评价，研究发现以转基因糙米作为肉仔鸡饲料原料配制日粮，饲喂肉仔鸡后未产生不安全作用，且未发现转基因成分在肉仔鸡体内会发生转移和残留。但对长期安全性未做说明。虽然目前的研究没有发现转基因作物有毒性或者说营养上的毒性，但是仍需要科学家通过长期试验和更细致的研究来确保转基因作物的安全性。目前，人们对食用转Bt基因作物的安全十分关注，并形成了支持和反对的两大阵营。支持者多为具有学术头衔的科学家，但其背后的商业利益背景备受指责。反对者大多来自民众、或非专业人士，他们的担心的理由往往并不充分，例如崔永元自费赴美拍摄的纪录片，并没有给出一个令人信服的结论。被誉为水稻之父的袁隆平也称转基因食品不能一概而论。对于抗病抗虫的转基因食品，要特别小心谨慎，多做实验。美国在研究并应用转基因作物上持开放的态度，这可能与其经济利益有关，而欧洲保持了其一贯抗拒的态度。在我国，对于转基因食品官方一方面保持了谨小慎微的态度，先后批准了甜椒、番茄以及番木瓜3种作物作为商业化生产。但与此同时，转基因作物优势的性价比是行业内无法回避的事实，造成了我国每年大量进口转基因大豆进入食品加工领域，官方更像是处于决策的摇摆期间。目前我国对转基因作物的安全性研究仍然是局部、短期的，对人类安全的评估缺少长期、稳定的数据，建议招募志愿者进行人体实验。

4小结

综上所述，Bt抗虫作物在生物农药的研究中已取得了巨大的进展。通过将Bt基因转入作物体内表达，杀虫活性可以一直存在于植物整个生命周期。相比农药而言，具有作用时间长，不会被雨水等自然环境影响等优点。同时，又具有对人、畜和环境友好的特点，具有很好的发展前景。未来在观赏植物、经济作物上具有更加广泛的应用空间。面对抗虫性问题，多种抗虫基因的混合利用对提高植物的抗虫能力及抗虫范围具有较好的作用。安全性方面，对转Bt基因作物生物安全性的争论仍然缺少长期且更广泛的实验支持以及更深入细致的研究。另外，转基因作物存在基因漂移和对生态系统等的影响等问题也需要进行长期研究。转基因这种人类对自然进化的干预方式，为人类带来利益以的同时可能也带来的危害，人类必需在两者之间寻求可以接受的平衡。途径是通过更广泛深入的研究，开发出安全性更好、性能更优越的产物。

作者：吴新包梦醒单位：苏州出入境检验检疫局苏州世标检测技术有限公司苏州市产品质量监督检验所