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关于微生物方面论文范文,与转Bt基因作物毒素蛋白降解特性进展相关论文范文
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摘 要：总结了Ｂｔ杀虫蛋白的特性、转Ｂｔ基因作物毒素蛋白在土壤中的残留和积累以及对土壤生态系统的影响,阐明了转Ｂｔ基因作物毒素蛋白在土壤中的降解与影响因素,并提出应积极开展转Ｂｔ基因作物秸秆的降解研究,在降解秸秆的同时降解其中的Ｂｔ毒素蛋白.
关 键 词：转Ｂｔ基因作物；毒素蛋白；土壤；降解
中图分类号：Ｑ７８８；Ｓ１５８．４文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）16－3244-06
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＢｔｉｎｓｅｃｔｉｃｉｄａｌｐｒｏｔｅｉｎｓ,ｓｏｉｌｒｅｍａｉｎｉｎｇａｎｄａｃｃｕｍｕｌａｔｉｎｇｏｆｔｏｘｉｎｓｒｅｌｅａｓｅｄｂｙｔｒａｎｓｇｅｎｉｃＢｔｃｒｏｐｓ,ａｎｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｒａｎｓｇｅｎｉｃＢｔｃｒｏｐｓｏｎｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔwereｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．ＴｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎofBtProteininsoilａｎｄitsｉｍｐａｃｔingfactorsｗｅｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ItwassuggestedthatｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｔｒａｎｓｇｅｎｉｃＢｔｃｒｏｐｓｓｔａｌｋｓshouldbeinvestigated,ｔｏｄｅｇｒａｄｅＢｔｐｒｏｔｅｉｎｓｉｎｔｒａｎｓｇｅｎｉｃＢｔｃｒｏｐｓｗｈｉｌｅｄｅｇｒａｄｉｎｇｔｒａｎｓｇｅｎｉｃＢｔｃｒｏｐｓｓｔａｌｋｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃＢｔｃｒｏｐｓ；ｔｏｘｉｎｓｐｒｏｔｅｉｎ；ｓｏｉｌ；ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ
自１９８３年转基因作物问世以来,转基因作物发展迅猛,全球种植面积从１９９６年的１７０万ｈｍ２增加到２００９年的１．３４亿ｈｍ２,翻了近８０倍,累计达１０亿ｈｍ２,截至２００９年累计经济效益达５１９亿美元.２００９年共有２５个国家的１４００万农民种植了转基因作物,其中,美国是世界上最大的转基因作物种植国,占全世界的４８％.２００９年,转基因耐除草剂大豆仍然是主要的转基因作物,占全球转基因作物种植面积的５２％,其次是转基因玉米（占３１％）、转基因棉花（占１２％）和转基因油菜（占５％）.２００９年发展中国家转基因作物种植面积占世界的４６％,中国居世界第六位.农业生物技术应用国际服务组织（ＩＳＡＡＡ）预测：２０１５年,世界将有４０个国家的
２０００万农民种植转基因作物,种植面积将扩大到２亿ｈｍ２［１］.转Ｂｔ基因作物是全球商品化程度最快的抗虫转基因作物,目前进行商业化种植的有转Ｂｔ基因玉米（Ｂｔ１１、Ｍｏｎ８１０、Eｖｅｎｔ１７６等）、棉花、马铃薯和杨树等.但转Ｂｔ基因作物大规模种植的潜在生态风险是许多科学家争论的焦点.研究表明,Ｂｔ杀虫晶体蛋白可以通过转Ｂｔ基因作物根系分泌物或作物残留等形式进入土壤生态系统,并且在土壤和环境中比较稳定,经过较长的时间后仍具有很高的活性,因此可能会对土壤微生物类群、土壤多样性以及周围生态环境产生不利影响.本研究综述了转Ｂｔ基因作物毒素蛋白的降解特性研究进展,旨在为开展Ｂｔ杀虫晶体蛋白的降解研究工作和系统评估转Ｂｔ基因作物的生态风险提供参考数据.
１Ｂｔ杀虫蛋白
１．１Ｂｔ杀虫蛋白的杀虫机制
Ｂｔ（Ｂａｃｉｌｌｕｓｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）是一种革兰氏阳性需氧型芽孢杆菌,１９０１年Ｉｓｈｉｗａｔａ首先在染病的蚕蛾中发现这种芽孢杆菌,但是没有保存下来.１９０９年,Ｂｅｒｌｉｎｅｒ从德国苏云金省的地中海粉螟上重新分离到Ｂｔ,并正式定名为苏云金芽孢杆菌［２］.苏云金芽孢杆菌在其芽孢形成过程中,能产生一种杀虫晶体蛋白（Ｉｎｓｅｃｔｉｃｉｄａｌｃｒｙｓｔａｌｐｒｏｔｅｉｎｓ）.Ｂｔ的毒素可分为内毒素和外毒素.外毒素指苏云金杆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.其中用于转基因植物的主要是δ－内毒素,δ－内毒素被敏感昆虫幼虫取食后,在其消化道内消化酶的作用下,蛋白被水解释放出Ｍｒ约６０×１０３～７０×１０３的活性毒蛋白分子（Ｔｏｘｉｎ）,毒蛋白与昆虫中肠上皮细胞上的特异性受体结合,并发生作用而使细胞膜穿孔.消化道细胞内的离子浓度和渗透压平衡遭破坏,使上皮细胞裂解,并导致昆虫死亡［３－８］.
１．２Ｂｔ杀虫蛋白的应用
１９７８年,Ｓｔａｈｌｙ等［９］确定了Ｂｔ杀虫蛋白基因的位置和可操作性.此后,各国科学家纷纷将Ｂｔ杀虫蛋白基因转入其他微生物,构建或改良可高效产生Ｂｔ杀虫晶体蛋白的工程菌株；或将其改造后转入植物体,以期获得抗虫的转基因植物.１９８７年,比利时的Ｖａｅｃｋ等［１０］利用农杆菌介导法将完整的Ｃｒｙ１Ａｂ基因和３’端缺失后仅保留５’端编码毒蛋白核心区的不同长度的Ｃｒｙ１Ａｂ基因导入烟草,获得了第一例转Ｂｔ基因的植物,同年还有３个实验室也报道了转Ｂｔ基因的烟草或番茄［４,１０,１１］,但这些转基因植物的抗虫性都很弱,难以检测出ｍＲＮＡ的转录,Ｂｔ杀虫蛋白的表达量很低,主要原因是未改造的Ｂｔ基因具有原核性质不能在真核生物中高效表达.因此,为了提高Ｂｔ基因在转基因植物中的表达水平,科学家们纷纷对Ｂｔ基因进行改造或人工合成,将Ｂｔ基因的不稳定序列换成植物偏爱的密码子.Ｐｅｒｌａｋ等［１２］在不改变Ｂｔ杀虫蛋白氨基酸序列的前提下,将ＣｒｙＩＡｂ、ＣｒｙＩＡｃ基因的密码子进行改造,使这两个基因在转基因棉花中的表达水平提高了近１００倍,Ｂｔ杀虫蛋白的含量提高到占可溶性蛋白的０．０５％～０．１0％,抗虫功效明显增强.除了对Ｂｔ基因的密码子进行改造外,还可以通过使用组织特异性启动子或强启动子来提高Ｂｔ基因在转基因植物中的表达水平,从而达到抗虫的目的.随着生物技术的发展,近年来科学家们开始尝试用复合的具有非竞争性结合关系的Ｂｔ基因来转化植物,以获得对多种害虫都能产生抗性的转基因植物,Ｓａｌｍ等［１３］用分别属于ＣｒｙＩＡｂ和ＣｒｙＩＡｃ的活性片段构建了一个融合基因,并将其导入烟草和番茄,得到了对甜菜夜蛾、烟芽夜蛾、烟草夜蛾都有抗性的转基因植株.
１．３国内转Ｂｔ基因植物研究现状
国内有关转Ｂｔ基因作物的研究虽然起步较晚,但进展很快.１９９２年中国农业科学院生物技术研究所专家,按照高等植物偏爱密码子的原则,在保持杀虫蛋白活性中心与结构的前提下,人工全序合成了Ｃｒｙ１Ａ基因,并与江苏省农业科学院合作采用花粉管通道途径将人工全序合成的Ｂｔ基因导入棉花,获得高抗棉铃虫的转Ｂｔ抗虫棉花［14,１５］,使我国成为继美国之后获得拥有自主知识产权转基因抗虫棉的第二个国家.此外,中国科学院微生物所、上海植物生理研究所等单位也合成及部分改造了Ｃｒｙ１Ａ基因并导入烟草、甘蓝和大豆,获得了抗虫转基因植株［１６］.丁群星等［１７］用子房注射法,将经修饰后Ｃｒｙ１Ａｃ基因导入玉米,使玉米螟的平均死亡率达８６．６６％.另外,我国科学家对转Ｂｔ基因水稻的研究也较多,华中农业大学、浙江大学、中国科学院遗传与发育研究所、浙江省农业科学院等单位相继都获得了高抗虫的转Ｂｔ基因水稻,并已进行环境释放试验.但是,迄今为止我国只有转Ｂｔ基因的抗虫棉得到了商品化生产,转Ｂｔ基因抗虫玉米、水稻等粮食作物大部分还处于安全评价阶段.２００９年１１月２７日,华中农业大学研发的转ｃｒｙ１Ａｂ／ｃｒｙ１Ａｃ基因抗虫水稻华恢１号和Ｂｔ汕优６３获得了农业部颁发的生产应用安全证书,使转Ｂｔ基因水稻向商业化应用迈出了实质性的一步.２００８年,科技部、农业部、财政部等部门联合启动了“转基因生物新品种培育科技重大专项&
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