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bt基因 发布于:

BT基因即是苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,简称Bt)基因,因其表达产物Bt毒蛋白杀虫效果好、安全、高效等优点而成为应用最为广泛的转杀虫基因。Bt与其它芽胞杆菌相比,一个显著特点就是不仅能够形成芽胞,同时还能产生由杀虫蛋白组成的晶体。

苏云金芽胞杆菌可以分泌一种毒蛋白,对鳞翅目鞘翅目昆虫(比如小菜蛾)有很强的杀伤作用。人类很早就研究利用BT菌来杀灭害虫,总共有100多年历史。随着分子生物学技术的发展和基因克隆、DNA操作等技术出现,人类开始从BT菌中克隆其毒蛋白基因到工程菌中,制作生物农药。不过随着广泛的应用,害虫也大量出现抗药性。

苏云金芽胞杆菌是一种革兰氏阳性土壤芽孢杆菌,属于芽胞杆菌属的一个种。根据鞭毛抗原的血清型和生理生化特性可以划分为若干亚种;由于无鞭毛亚种的出现,故营养细胞的酯酶型可以作为补助分类方法 。

在外界条件适宜时,Bt的营养体进行横裂生殖;当营养体老熟或者外界条件苛刻时,将进入产胞循环。包裹在芽胞与晶体外侧的细菌壁在后期破裂,释放出自由的芽胞和伴胞晶体;当外界条件适宜时,芽胞萌发为营养体进而开始新的生命循环。

营养体:呈杆状,两端钝圆,大小约1.2~1.8×3.0~5.0 μm;周生鞭毛,微动或不动;单个或两个以上呈链状存在。

芽胞和伴胞晶体:芽胞约0.8~0.9×2.0 μm,为休眠体;对高温或者干燥等不良环境有较强的抵抗力。伴胞晶体的形状因菌株的不同而有所差别。

Bt的毒素主要为内毒素和外毒素。外毒素指细菌在生命活动过程中排出体外的代谢物,包括α-外毒素、β-外毒素、γ-外毒素、不稳定外毒素和水溶性外毒素等。内毒素又称δ-内毒素、晶体毒素或杀虫晶体蛋白。

杀虫晶体蛋白是根据氨基酸同源性进行分类的。同源性在45%以下,为第一等级,用阿拉伯数字表示;同源性在45%~78%之间,为第二等级,用大写英文字母表示;同源性在78%~95%之间,为第三等级,用小写英文字母表示;同源性在95%以上,为第四等级,用阿拉伯数字表示。例如Cry1Ac10。

杀虫晶体蛋白对鳞翅目、双翅目、鞘翅目、膜翅目、同翅目、直翅目、食毛目等多种昆虫以及线虫、蜡类和原生动物具有特异性的杀灭活性。

Bt的致病机理——杀虫机理

Bt伴胞晶体被敏感昆虫摄食后,在中肠蛋白酶的作用下溶解并激活,释放出毒素核心肽段;而后毒素作用于中肠上皮细胞,引起细胞膨胀和裂解,由此引起昆虫肠道麻痹和肠道穿孔,消化道细胞的离子和渗透压平衡遭到破坏,最终导致昆虫死亡,这在昆虫致死作用中占主导地位。

另外,芽胞可以经虫口进入消化道,在毒素破坏中肠后,菌体可以进入体腔进行大量繁殖,引起幼虫败血症。

Bt在农业生产中的应用

由于过度使用农药给生态环境和农产品出口等领域带来诸多问题;人们更倾向于对生物防治领域的开发,Bt制剂也应运而生;它是开发历史最久,应用最成功的微生物杀虫剂。它具有对人畜和非靶标生物安全、环境兼容性好和不易产生抗性等优点,因此占据了生物农药90%以上的市场;主要用于防治农业害虫烟草夜蛾、菜粉蝶、玉米螟、棉铃虫和森林害虫松毛虫等。另外,自1983年转B2基因烟草问世以来,转基因生物得到迅猛发展;1995年转基因作物开始进入大规模商业化种植阶段,直至现在转Bt基因作物也是全球商品化程度最快的抗虫转基因作物。

Bt除了用于传统农业害虫的防治外,它的应用领域还扩展到防治蜜蜂病虫害。由于部分Bt菌株对鳞翅目害虫具有较强的毒杀作用,因此人们可以利用Bt制剂防治蜜蜂的敌害——大蜡螟。大蜡螟属鳞翅目,螟蛾科;它们是世界性害虫,也是蜜蜂最重要的敌害,每年给世界专业养蜂者造成严重的损失。大蜡螟在美国、南非和菲律宾等国造成蜂群经常性的逃亡;在我国造成的损失尚无准确估计,它们对东方蜜蜂的危害较西方蜜蜂严重。大蜡螟的幼虫称为巢虫,又称隧道虫和绵虫;由于幼虫取食巢脾,因此大蜡螟是在幼虫期危害蜂群,经常造成蜂群内的“白头蛹”,严重时白头蛹可达到全部子脾的80%以上。危害轻者影响蜂群的繁殖力,重者造成蜂群的飞逃;通常是弱群更易受到危害,巢虫会在一个月内将整个蜂巢彻底毁掉。

对于巢虫造成的危害除了常规的物理和化学方法防治外,还可以利用Bt可湿性粉剂或者悬浮液喷洒巢脾和蜂箱进行防治。当蜂群受到巢虫危害时,将Bt制剂水溶后立即喷洒在巢脾的两侧,巢虫会在短时间内停止进食,虫体逐渐变黑直至死亡;由于虫龄短的幼虫较虫龄长的更易因感染Bt而死亡,因此在虫害初期进行防治效果会更好。另外,当采收蜂蜜后需要贮存巢脾时,喷洒Bt制剂的巢脾应该放于避风处干燥,避免阳光直射,一般情况下药效能够持续一个季度。除了Bt制剂的喷洒外,还可以将Bt与蜂蜡混合制成巢脾进行巢虫的防治。与常用的化学防治药物对二氯苯和三氢化磷相比,Bt制剂具有在蜂蜡和蜂蜜中无残留、不会改变蜂蜜的味道、对蜜蜂幼虫和成虫无害以及对人畜无毒等优点,同时也避免了因出口的蜂蜜中含有过量的上述化学药物而被召回的困扰。

综上所述,随着人们环保和食品安全意识的增强,在蜜蜂病虫害防治中生物防治会受到更加广泛的关注,而Bt产业也会迎来宝贵的发展契机。虽然中国对Bt的研究、开发和应用起步较晚,但国内Bt制剂已经进入大规模的生产阶段,并且基本具备了生产工艺的基础以及多领域协同研究攻关的社会氛围。因此利用Bt制剂防治蜜蜂病虫害将具有巨大的发展潜力以及广阔的市场前景,但同时也要注意寻求方法克服Bt制剂杀虫谱窄、药效慢、持效期短以及易受外界环境影响的弱点。


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