| 词条 | 苏云金芽孢杆菌 |
| 释义 | § 概述 苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）为革兰氏阳性土壤杆菌，它在芽孢形成过程中产生称为δ-内毒素的杀虫伴胞晶体蛋白，这些蛋白具有很高的杀虫活性。在过去的几十年了，已确定数十种苏云金芽孢杆菌菌系及130多种它们编码的杀虫晶体蛋白，近几年克隆Bt基因已转入植物，并在植物体内高效表达。尽管如此，Bt杀虫蛋白对某些农业上重要害虫的作用效果不佳，如鳞翅目的小地老虎。在世界范围内，小地老虎危害50种农作物，其幼虫造成的损失往往是不可挽回的。人们在研究中发现，在芽孢形成前的营养生长阶段，可分泌和产生另一种非δ-内毒素的杀虫营养蛋白，即Vip蛋白（vegatative insecticidal protein, Vip），被称之为第二代杀虫蛋白。 苏云金芽孢杆菌属于芽孢杆菌属，其菌体为短杆状，生鞭毛，单生或形成短链。B是细菌类生物农药中最负盛名的品种，可以从昆虫、土壤、储藏品及尘埃、污水和植被等中分离得到，其制剂是目前世界上产量最大、杀虫效果较好的微生物杀虫剂，应用于防止农业害虫、森林和果树害虫、储藏害虫以及医治害虫。自1901年日本首次从患瘁倒病的家蚕中分离到Bt至今，经历了一个世纪的研究，人们才逐步认识到了Bt作为生物农药的优点。随着分子生物学及生物技术的快速发展，国内外许多学者采用基因分子的克隆技术及采用PCR法进行ICP基因的鉴定，不断将Bt中的编码杀虫晶体蛋白质的基因进行克隆和转移，以构造工程菌来提高Bt的杀虫毒力和扩大杀虫谱。 Juan等（1996，1997）分别从苏云金芽孢杆菌AB88和AB424菌株中分离克隆了Vip3A（a）和Vip3A（b）两个基因，其表达产物的氨基酸同源性高达98%。由这两个基因构建的载体已在大肠杆菌中表达。研究人员用含有Vip3A（a）和Vip3A（b）基因的大肠杆菌超声波提取物的饲料饲喂小地老虎初孵幼虫，6天后幼虫无一成活，而对照幼虫绝大部分成活。Vip3A基因全长为2.4kb，编码791个氨基酸（88.5kDa）的杀虫蛋白,与任何已知已知的蛋白没有同源性。研究还发现Vip3A(a)是分泌性蛋白，存在于AB88培养物的上清液中。分泌蛋白穿越菌壁需要两个连续的步骤，先是前体蛋白插入细胞膜，接着分泌蛋白穿越细胞壁，完成蛋白跨膜转运过程。Westem杂交分析表明，培养AB88 15个小时就可检出Vip3A（a）蛋白，到稳定生长早期表达水平最高，并维持到芽孢形成期。而δ-内毒素则需要培养36个小时才能检测到。故Vip3A（a）营养杀虫蛋白所具有的分子和生物学特性与Btδ-内毒素家族不同。生物测试结果表明：Vip3有广谱鳞翅目杀虫活性，尤其对小地老虎、黏虫和甜菜夜蛾有特效。Vip的有效作用浓度（30-100ng）与Bt杀虫蛋白类似。 § 发展历史 物种性别：不清 图片说明 苏云金杆菌的发现有上百年的历史，最初日本人石渡（Ishiwata）在1901年从病蚕尸体中分离出一株所谓卒倒细菌（sotto.bacteria）。按现在的分类系统，石渡当时所分离出来的菌株，应该是苏云金杆菌猝倒变种（B.thuringiensis Var.sotto)，属血清型4a,4b。 1911年Berliner在德国苏云金（Thutingn）的一个面粉厂的地中海粉斑螟（Anagasta Ruchniela）患病幼虫中又分离到这种产伴孢晶体的芽孢杆菌，1915年定名为苏云金芽孢杆菌，一般称苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis Berliner)。他指明苏云金杆菌含有伴胞晶体(parasporal Crystal)，但未曾说明苏云金杆菌的孢晶体有杀虫作用。Berliner所定名的苏云金杆菌按现在的分类系统，应该是苏云金杆菌苏云金变种(B.thuringiensis Var.thuringiensis)，属血清型１。 从1920年到1950年这一段时期内，有许多人曾用苏云金杆菌进行防治害虫的田间试验。到了50年代才发现苏云金杆菌杀虫的活性。1956年Angus证实杀虫活性物质位于伴孢晶体之中。他将伴孢晶体与孢子分开之后，单独伴孢晶体仍然存在杀虫活性。经过多次反复研究，有关科学家都认识苏云金杆菌的杀虫谱主要是鳞翅目昆虫幼虫，部分菌株对双翅目或鞘翅目昆虫幼虫有毒性，还有一些菌株或亚种的毒力还未得到证明。但鳞翅目昆虫中对此病原体也并非具有同样的敏感性，宿主昆虫不同，苏云金杆菌变种品系不同，试验条件不同等因素，所得的结果不一。 在世界各地及我国许多地方陆续分离到苏云金杆菌的新亚种，目前已知的有45个血清型约60个亚种。由于苏云金杆菌及其亚种作为细菌农药而被重视和广泛研究。作为蚕的病原菌则以卒倒亚种为代表，学名为苏云金芽孢杆菌卒倒亚种（Bacillus thuringiensiss subsp. sotto Ishiwata），简称卒倒杆菌。卒倒杆菌有营养菌体、孢子囊及芽孢等几种形态，能产生α、β、γ—外毒素及δ—内毒素等多种毒素。 苏云金芽孢杆菌的营养体为杆状,两端钝圆,周生鞭毛或无鞭毛,运动或不运动,通常2-8个呈链装;芽孢囊不膨大,芽孢生于细胞的一端,呈卵圆形,有光泽;另一端形成一个,两个或多个不同形态的伴孢晶体,呈八面体形或近正方形 。[1] § 害虫防治 苏云金芽孢杆菌的伴孢晶体蛋白生产出的杀虫剂，由于其窄谱杀虫活性,被广泛认为是环境友好的杀虫剂, 对人体、野生生物、传粉昆虫和其它多数益虫几乎没有作用。比利时植物遗传系统公司在1985年首次报道开发出含cry基因的转基因烟草。1990年，中国农科院与江苏省农科院合作，成功地将苏云金芽孢杆菌伴孢晶体蛋白基因导入大面积推广的棉花品种中，证明已获得转基因抗棉铃虫棉植株。 苏云金芽孢杆菌 苏云金芽孢杆菌杀虫制剂常被用作液体喷射在作物上,药物必须被害虫食用才能发挥效用。溶液化的毒素在幼虫易受影响的中肠细胞膜上形成孔洞，导致害虫患败血病死亡。最新的研究表明, 苏云金芽孢杆菌必须在幼虫的中肠细菌存在下才能进行杀虫活动。 苏云金芽孢杆菌的以色列亚种广泛用于杀灭孑孓（蚊幼虫），该方法是蚊虫防治中的重要的环境友好方案。 § 遗传工程 用途 2000年，苏云金芽孢杆菌基因改造作物种植面积超过115,000 km²，占世界转基因作物耕种面积的19%，苏菌改造作物有可能取代33%的农药销售站，现在，每年有超过31,000 km²的苏菌改造作物取代传统的化学农药施用作物。 优点 苏云金芽孢杆菌基因改造作物有如下优点: 杀虫毒素释放量大，足以杀灭害虫 植物产生的毒素不会释放到外界，只有植食害虫才会进食死亡 产生毒素可由组织特异性启动子调控 抗虫性是依据孟德尔的遗传规律进行稳定遗传 毒素基因可装载在叶绿体基因中，因此排除了通过花粉传播的途径 § 安全性 苏菌作物由于是害虫专杀剂，对耕种者和购买者较为安全，至今还未发现其有害性。苏菌毒素光下易降解，在土中可保持较长时间。根据绿色和平组织欧洲分部的最新研究，苏菌毒素对小鼠肝脏可能有轻微损害。 § 问题所在 苏菌基因的表达会发生变化。例如,如果温度不理想，可能降低毒素产生，使植物易受侵蚀。更加严重地, 毒素减少的晚季植物已被证明,会形成启动子的DNA甲基化。 毒素的持续使用会使普通害虫演化为抗性虫。已知的，小菜蛾对苏菌毒素的喷雾形式已有抗性。另一种可能的危险，如，转基因玉米与变异野草杂交，苏菌基因的抗性即由可能因食物链来到食草动物群落中。 蜂群衰竭失调(CCD)也可能跟苏菌转基因作物有关。 § 防止抗药性 减少害虫抗药性的一个方法是将有抗植株与无抗植株间种，目的是减少抗性基因频率，牺牲少量无抗植株保证产量。美国和欧洲的某些区域已经立法要求使用上述方法种植。这个方法的理论依据是假设抗性基因是隐性的。依目前来看，这种方法应该可以延迟害虫对苏菌的抗性,另一方面，假如产生了多种苏菌毒素的农作物可以完全灭绝害虫，抗性基因的存在也就不可能了。不过，至今为止，害虫灭绝的情况还未出现。 [2] |
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