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黃大昉：也說說BT那些事(ZZ)
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http://www.agrogene.cn/info-1703.shtml 2014-08-20 10:16 | 作者： 黃大昉 | 標簽： 也說說BT那些事 提要：Bt是中國產量最大、應用最廣的活體微生物農藥，也是許多綠色和有機食品生產中離不開的生物殺蟲劑，其安全性有著堅實的科學依據(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菌。近年來對于Bt有諸多熱議，也有不少誤傳，本文將從科學的角度說說Bt的前世今生，以及有關它的一些知識和趣事。 1、 Bt的發(fā)現(xiàn)和應用 Bt首次發(fā)現(xiàn)是在1901年，一位叫石渡繁胤的日本學者從患猝倒病的家蠶中分離出一種細菌，用這種細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生物學特性研究的深入，到了1938年，法國首先嘗試通過細菌發(fā)酵的手段生產這種對害蟲高效卻對人類健康和環(huán)境無害的細菌，開創(chuàng)了“以菌治蟲”的先河。我國科學家自上世紀50年代開始引進和自主分離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、棉花等害蟲的試驗示范。直到現(xiàn)在，Bt依然是我國產量最大、應用最廣的活體微生物農藥，也是許多綠色和有機食品生產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80年代，隨著分子生物學研究的發(fā)展和深入，Bt殺蟲的機理也逐步揭開。Bt生長后期形成芽孢時還會產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)象十分獨特。不同Bt菌株基因種類有別，晶體結構各異，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，2013年全世界分離克隆并經國際命名的cry基因總數(shù)已達775個，vip基因總數(shù)達117個，可見Bt有著多么豐富的生物多樣性。 科學家對Bt晶體蛋白的殺蟲機制進行了深入的研究，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胞表面的受體結合，造成“腸穿孔”，使害蟲2-3天內迅速死亡。非常有意義的是，包括我們人類在內的哺乳動物消化道內沒有Bt蛋白毒素的受體，所以，即便人吃了Bt蛋白也不會中毒，這便是Bt能有效殺蟲卻對人十分安全的科學道理。此外，一般食物加工過程中溫度往往高達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、 轉基因技術讓Bt再顯身手 Bt具有突出的優(yōu)點，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。于是科學家便借助于質粒結合轉移、DNA重組、定點誘變、蛋白修飾等生物工程手段對天然Bt菌株進行遺傳改良。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工程菌產品獲準登記生產應用。更大的技術突破是在1986年，美國科學家首先將Bt的Cry1Ac基因直接導入棉花，培育出整個生長期能持續(xù)產生殺蟲蛋白，可有效控制棉鈴蟲危害的轉基因抗蟲棉。1996年，抗蟲轉基因作物開始實現(xiàn)大規(guī)模產業(yè)化，掀起了一場新的農業(yè)技術革命。據(jù)國際農業(yè)生物技術服務組織(ISAAA)統(tǒng)計，2013年全球包括玉米、棉花、茄子、楊樹等多種Bt抗蟲轉基因植物總種植面積已達到了7000萬公頃（折合10.5億畝）。Bt抗蟲作物巨大的應用價值和關闊的市場前景已引起世界各國高度關注，其發(fā)展趨勢已不可逆轉。 4、 Bt轉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，作為生物農藥廣泛應用也超過70年，其安全高效特性已為各國長期和大規(guī)模生產應用實踐所證實。盡管如此，自從Bt研究進入核酸與蛋白分子水平，特別是抗蟲轉基因作物問世以后，各國科學家仍對轉基因生物安全性，特別是殺蟲蛋白的安全性進行了廣泛而深入的研究和評價。例如，我國自主培育的Bt汕優(yōu)63轉基因水稻在2009年獲得安全證書之前就曾按照國際標準進行了嚴格的食用和環(huán)境安全性評價。食用安全評價內容包括：1、營養(yǎng)學：主要營養(yǎng)成分、微量營養(yǎng)成分分析以及抗營養(yǎng)因子等，以確定其營養(yǎng)成分有無改變。2、毒理學：急性毒性試驗、大鼠90天喂養(yǎng)試驗、遺傳毒性試驗、三代繁殖試驗、慢性毒性試驗，以觀察其對實驗動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行同源性比較、體外模擬胃腸道消化穩(wěn)定性試驗，以判斷其有無致敏作用。整個試驗多次重復，時間長達11年，最后得到了與國際科學界完全一致的科學結論，即Bt抗蟲作物與非轉基因作物同樣安全。例如，國內在小鼠毒性試驗中采用了5g/kg體重的cry1A蛋白飼喂劑量設計,這一劑量較稻米中Bt蛋白實際含量2.5mg/kg 提高了2000倍，結果未見動物生長發(fā)育受到任何影響 (供試蛋白相當于體重60公斤的成年人每天吃120噸抗蟲大米，當然實際不可能做到，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，對后代也不會產生不良影響。 還應指出一個基本的事實：10多年來全世界每年上億公頃的土地種植Bt抗蟲轉基因作物，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)真正有科學證據(jù)的安全問題。 另據(jù)美國環(huán)境保護署（EPA）發(fā)布的公告，確定對轉基因作物中的Bt蛋白不設殘留量允許指標，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Bt基因作物視為與非轉基因作物實質等同。所以，在美國實際上將含有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，消費者盡可放心食用。 5、 我國Bt研發(fā)已進入國際先進行列 近年我國科學家運用高通量基因組測序等先進技術，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基因命名委員會公布的統(tǒng)計資料，全世界近5年新發(fā)現(xiàn)了322個cry基因、60個vip基因，其中165個cry基因和37個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權、應用價值高，已相繼投入抗蟲轉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)新的快速進步和Bt生物產業(yè)的發(fā)展?jié)摿Α?br /> 擁有Bt殺蟲基因、轉化技術和受體良種等自主知識產權的抗蟲棉的研發(fā)是我國發(fā)展轉基因育種技術，打破跨國公司壟斷，搶占國際生物技術制高點的成功事例�？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，成功打造了一個比較完整的、包括基因發(fā)掘、遺傳轉化、安全評價、品種選育、產業(yè)開發(fā)，直至生產推廣應用的轉基因育種研發(fā)體系。正是依靠這個體系，國產抗蟲棉僅用了短短6年就實現(xiàn)了國內市場占有率的逆轉，并走出國門在國際市場上占有了一席之地。在此基礎上，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域具有顯著優(yōu)勢或特色的創(chuàng)新性成果，一旦實現(xiàn)產業(yè)化，將對保障我國農業(yè)增產和糧食安全做出巨大貢獻。 來源：基因農業(yè)網(wǎng) |
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