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[交流] 黃大昉：也說說BT那些事(ZZ)

http://www.agrogene.cn/info-1703.shtml

2014-08-20 10:16 | 作者：黃大昉 | 標(biāo)簽：也說說BT那些事

提要：Bt是中國產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的活體微生物農(nóng)藥，也是許多綠色和有機(jī)食品生產(chǎn)中離不開的生物殺蟲劑，其安全性有著堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)和歷史安全記錄。

Bt是蘇云金芽胞桿菌 (Bacillus thuringiensis ) 的簡稱，它是一種能在土壤中存活、具有殺蟲作用的有益細(xì)菌。近年來對于Bt有諸多熱議，也有不少誤傳，本文將從科學(xué)的角度說說Bt的前世今生，以及有關(guān)它的一些知識和趣事。

1、 Bt的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用

Bt首次發(fā)現(xiàn)是在1901年，一位叫石渡繁胤的日本學(xué)者從患猝倒病的家蠶中分離出一種細(xì)菌，用這種細(xì)菌再去感染健康家蠶能使其致死。9年以后，柏林納（Berliner）在德國蘇云金省染病的地中海粉螟中也分離出類似的病原細(xì)菌，后人將其正式命名為蘇云金芽胞桿菌。從此以后，世界各地的學(xué)者從昆蟲病體、土壤、粉塵等基物中都分離到許多形態(tài)特征相同的Bt菌株。

隨著Bt生物學(xué)特性研究的深入，到了1938年，法國首先嘗試通過細(xì)菌發(fā)酵的手段生產(chǎn)這種對害蟲高效卻對人類健康和環(huán)境無害的細(xì)菌，開創(chuàng)了“以菌治蟲”的先河。我國科學(xué)家自上世紀(jì)50年代開始引進(jìn)和自主分離Bt菌株，研究創(chuàng)新發(fā)酵工藝，并開展Bt制劑防治蔬菜、林業(yè)、水稻、玉米、棉花等害蟲的試驗(yàn)示范。直到現(xiàn)在，Bt依然是我國產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的活體微生物農(nóng)藥，也是許多綠色和有機(jī)食品生產(chǎn)中離不開的生物殺蟲劑。

2、Bt能殺蟲卻對人安全的奧秘

上世紀(jì)80年代，隨著分子生物學(xué)研究的發(fā)展和深入，Bt殺蟲的機(jī)理也逐步揭開。Bt生長后期形成芽孢時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一種直徑為幾微米的“伴胞晶體”，其主要成分是cry和cyt基因編碼的殺蟲晶體蛋白( insecticidal crystal proteins, 簡稱ICPs)。在微生物中這種現(xiàn)象十分獨(dú)特。不同Bt菌株基因種類有別，晶體結(jié)構(gòu)各異，殺蟲范圍也有不同。例如，cry1、cry2類基因能生成菱形蛋白晶體，它對許多食葉和鉆蛀性的鱗翅目害蟲有效，而cry3類基因則產(chǎn)生立方形蛋白晶體，只能殺死某些屬于鞘翅目的甲蟲。此外，不少Bt菌株在營養(yǎng)生長期還能分泌一種由vip基因編碼的蛋白，不同vip蛋白之間殺蟲范圍和毒力也存在一定差異。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年全世界分離克隆并經(jīng)國際命名的cry基因總數(shù)已達(dá)775個(gè)，vip基因總數(shù)達(dá)117個(gè)，可見Bt有著多么豐富的生物多樣性。

科學(xué)家對Bt晶體蛋白的殺蟲機(jī)制進(jìn)行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)害蟲吃了Bt菌體之后，其中的晶體蛋白會(huì)被蟲體腸道中的蛋白酶迅速分解和激活，成為有活性的蛋白毒素，繼而特異性地與腸道細(xì)胞表面的受體結(jié)合，造成“腸穿孔”，使害蟲2-3天內(nèi)迅速死亡。非常有意義的是，包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)的哺乳動(dòng)物消化道內(nèi)沒有Bt蛋白毒素的受體，所以，即便人吃了Bt蛋白也不會(huì)中毒，這便是Bt能有效殺蟲卻對人十分安全的科學(xué)道理。此外，一般食物加工過程中溫度往往高達(dá)95~100℃，高溫下Bt蛋白很容易變性失效，人們即便吃了含有Bt蛋白的食物，它也不具備原來的殺蟲功能了。

3、轉(zhuǎn)基因技術(shù)讓Bt再顯身手

Bt具有突出的優(yōu)點(diǎn)，但也有兩大不足。第一、殺蟲蛋白往往只針對特定害蟲，殺蟲范圍比較窄。第二、殺蟲蛋白在高溫雨水、陽光照射等不利因素影響下容易分解失效，殺蟲作用不夠穩(wěn)定持久。于是科學(xué)家便借助于質(zhì)粒結(jié)合轉(zhuǎn)移、DNA重組、定點(diǎn)誘變、蛋白修飾等生物工程手段對天然Bt菌株進(jìn)行遺傳改良。例如，通過某些Cry1基因和Cry3基因的整合，能創(chuàng)建一種既能殺死鱗翅目害蟲又能殺死鞘翅目害蟲、毒力增強(qiáng)的新型Bt工程菌。國外近年來先后有Condor、Raven、Foil、MVP、M-Trak等20多種Bt工程菌產(chǎn)品獲準(zhǔn)登記生產(chǎn)應(yīng)用。更大的技術(shù)突破是在1986年，美國科學(xué)家首先將Bt的Cry1Ac基因直接導(dǎo)入棉花，培育出整個(gè)生長期能持續(xù)產(chǎn)生殺蟲蛋白，可有效控制棉鈴蟲危害的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。1996年，抗蟲轉(zhuǎn)基因作物開始實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，掀起了一場新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命。據(jù)國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)服務(wù)組織(ISAAA)統(tǒng)計(jì)，2013年全球包括玉米、棉花、茄子、楊樹等多種Bt抗蟲轉(zhuǎn)基因植物總種植面積已達(dá)到了7000萬公頃（折合10.5億畝）。Bt抗蟲作物巨大的應(yīng)用價(jià)值和關(guān)闊的市場前景已引起世界各國高度關(guān)注，其發(fā)展趨勢已不可逆轉(zhuǎn)。

4、 Bt轉(zhuǎn)基因食品可以放心食用

前已提到，Bt的發(fā)現(xiàn)已超過百年，作為生物農(nóng)藥廣泛應(yīng)用也超過70年，其安全高效特性已為各國長期和大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐所證實(shí)。盡管如此，自從Bt研究進(jìn)入核酸與蛋白分子水平，特別是抗蟲轉(zhuǎn)基因作物問世以后，各國科學(xué)家仍對轉(zhuǎn)基因生物安全性，特別是殺蟲蛋白的安全性進(jìn)行了廣泛而深入的研究和評價(jià)。例如，我國自主培育的Bt汕優(yōu)63轉(zhuǎn)基因水稻在2009年獲得安全證書之前就曾按照國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了嚴(yán)格的食用和環(huán)境安全性評價(jià)。食用安全評價(jià)內(nèi)容包括：1、營養(yǎng)學(xué)：主要營養(yǎng)成分、微量營養(yǎng)成分分析以及抗?fàn)I養(yǎng)因子等，以確定其營養(yǎng)成分有無改變。2、毒理學(xué)：急性毒性試驗(yàn)、大鼠90天喂養(yǎng)試驗(yàn)、遺傳毒性試驗(yàn)、三代繁殖試驗(yàn)、慢性毒性試驗(yàn)，以觀察其對實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及后代有無不良影響。3、致敏性：與已知致敏原蛋白氨基酸序列進(jìn)行同源性比較、體外模擬胃腸道消化穩(wěn)定性試驗(yàn)，以判斷其有無致敏作用。整個(gè)試驗(yàn)多次重復(fù)，時(shí)間長達(dá)11年，最后得到了與國際科學(xué)界完全一致的科學(xué)結(jié)論，即Bt抗蟲作物與非轉(zhuǎn)基因作物同樣安全。例如，國內(nèi)在小鼠毒性試驗(yàn)中采用了5g/kg體重的cry1A蛋白飼喂劑量設(shè)計(jì),這一劑量較稻米中Bt蛋白實(shí)際含量2.5mg/kg 提高了2000倍，結(jié)果未見動(dòng)物生長發(fā)育受到任何影響 (供試蛋白相當(dāng)于體重60公斤的成年人每天吃120噸抗蟲大米，當(dāng)然實(shí)際不可能做到，但劑量之大可見一斑 )。由此判定，即使人終生能夠超量食用抗蟲大米也可確保安全，對后代也不會(huì)產(chǎn)生不良影響。

還應(yīng)指出一個(gè)基本的事實(shí)：10多年來全世界每年上億公頃的土地種植Bt抗蟲轉(zhuǎn)基因作物，數(shù)億人群都在食用Bt抗蟲作物加工的食品，至今并未發(fā)現(xiàn)真正有科學(xué)證據(jù)的安全問題。

另據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署（EPA）發(fā)布的公告，確定對轉(zhuǎn)基因作物中的Bt蛋白不設(shè)殘留量允許指標(biāo)，即在食品、飼料、飲用水和各種飲料中均無需測定Bt蛋白的含量。而美國食品藥品管理局（FDA）過去已將轉(zhuǎn)Bt基因作物視為與非轉(zhuǎn)基因作物實(shí)質(zhì)等同。所以，在美國實(shí)際上將含有Bt蛋白的食品看作普通的營養(yǎng)食品，對成人、嬰兒、兒童均無任何不良作用，消費(fèi)者盡可放心食用。

5、我國Bt研發(fā)已進(jìn)入國際先進(jìn)行列

近年我國科學(xué)家運(yùn)用高通量基因組測序等先進(jìn)技術(shù)，在新型Bt基因資源發(fā)掘研究中取得了顯著成效。據(jù)國際Bt基因命名委員會(huì)公布的統(tǒng)計(jì)資料，全世界近5年新發(fā)現(xiàn)了322個(gè)cry基因、60個(gè)vip基因，其中165個(gè)cry基因和37個(gè)vip基因均來自中國，占新基因總數(shù)的一半以上。例如，對鱗翅目害蟲高效的cry1Ah1、cry1Ie1、cry2Ah1、cry9Ee1，對鞘翅目害蟲高效的cry8Ea1、cry8Ga1、cry8Ha1、cry8Ia1等基因具有自主知識產(chǎn)權(quán)、應(yīng)用價(jià)值高，已相繼投入抗蟲轉(zhuǎn)基因植物或工程菌的研究開發(fā)，顯示了我國Bt研究自主創(chuàng)新的快速進(jìn)步和Bt生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿Α?br />
擁有Bt殺蟲基因、轉(zhuǎn)化技術(shù)和受體良種等自主知識產(chǎn)權(quán)的抗蟲棉的研發(fā)是我國發(fā)展轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)，打破跨國公司壟斷，搶占國際生物技術(shù)制高點(diǎn)的成功事例�？瓜x棉的成效不僅體現(xiàn)在有效控制了棉鈴蟲的猖獗危害，挽救了岌岌可危的棉花產(chǎn)業(yè)，更重要的是通過參與激烈的國際競爭，成功打造了一個(gè)比較完整的、包括基因發(fā)掘、遺傳轉(zhuǎn)化、安全評價(jià)、品種選育、產(chǎn)業(yè)開發(fā)，直至生產(chǎn)推廣應(yīng)用的轉(zhuǎn)基因育種研發(fā)體系。正是依靠這個(gè)體系，國產(chǎn)抗蟲棉僅用了短短6年就實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)市場占有率的逆轉(zhuǎn)，并走出國門在國際市場上占有了一席之地。在此基礎(chǔ)上，Bt抗蟲水稻和Bt抗蟲玉米的研究開發(fā)也是我國生物育種領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢或特色的創(chuàng)新性成果，一旦實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將對保障我國農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和糧食安全做出巨大貢獻(xiàn)。

來源：基因農(nóng)業(yè)網(wǎng)

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