微生物殺蟲劑

Bt蛋白屬于革蘭氏陽性細(xì)菌，學(xué)名為蘇云金芽孢桿菌。它是目前世界上應(yīng)用最廣泛的微生物殺蟲劑。

1 Bt蛋白的由來及廣泛應(yīng)用

1901年，日本細(xì)菌學(xué)家分離出一種“瘁倒病”的病原體細(xì)菌。這種細(xì)菌在顯微鏡下呈棒狀，是一種桿菌。10年后，德國科學(xué)家在不知道的情況下，又成功地分離出了這種病原體桿菌，并根據(jù)發(fā)現(xiàn)地將其命名為蘇云桿菌，也就是現(xiàn)在所說的Bt蛋白。但更為奇怪的是，不久，他也把這種Bt的培養(yǎng)基丟失了。可幸運的是，在1927年，研究人員又重新從地中海粉螟中分離出了這種Bt蛋白。

Bt蛋白有極強的生物針對性，它能殺死鱗翅目昆蟲，而對其他動物沒有什么影響。于是，Bt蛋白開始被用于控制有害生物。20世紀(jì)20年代末，美國政府試著用Bt蛋白控制森林害蟲舞毒蛾，效果較好。歐洲也做了類似的嘗試。法國在1938年成功地研制出第一個商業(yè)化的Bt殺蟲劑。到了50年代，Bt蛋白作為綠色有機農(nóng)藥，在美國開始被大規(guī)模地應(yīng)用，這是因為，當(dāng)時的主要農(nóng)藥DDT很難降解。DDT雖對哺乳動物無急性毒殺作用，但是針對性不強，不僅能殺死節(jié)肢動物，還能在鳥類的身體積累。所以，更有針對性的Bt蛋白開始被大量應(yīng)用在森林和農(nóng)業(yè)害蟲的防治上。目前Bt基因已成為植物基因工程及轉(zhuǎn)基因育種中應(yīng)用最廣泛、最具潛力和應(yīng)用前景的抗蟲基因。

2 Bt蛋白的發(fā)展

作為生物農(nóng)藥，Bt蛋白雖然有很多優(yōu)越性，但也存在以下缺點：首先，它的價格很貴；其次，它在自然環(huán)境中很不穩(wěn)定。作為噴灑劑，Bt農(nóng)藥很容易被雨水沖走，在紫外線的照射下也很快被分解。這就意味著需要多次噴灑Bt殺蟲劑。這樣做，不僅麻煩，還大大提高了成本。后來，隨著更加便宜的化學(xué)合成殺蟲劑的出現(xiàn)，Bt農(nóng)藥在市場上的份額大幅度下降，只有那些堅持用有機綠色方式種植作物的農(nóng)民才會使用它。所以，如何改進(jìn)更加環(huán)保的生物農(nóng)藥，讓它變得便宜、穩(wěn)定，成了一個棘手卻十分重要的問題。

這個問題的解決，得益于現(xiàn)代生物技術(shù)的誕生。20世紀(jì)50年代中期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)Bt蛋白對鱗翅目動物產(chǎn)生的毒性來自孢子形成過程中產(chǎn)生的晶體蛋白質(zhì)。1981年，美國的研究人員成功地提純了這種蛋白質(zhì)并將其命名為cry。隨后，他們克隆出了cry的基因。幾年以后，研究人員又把Bt蛋白的基因轉(zhuǎn)入玉米和棉花中，讓它在植物中持續(xù)地表達(dá)出來。這樣，就不需要人工噴灑Bt蛋白了。

雖然轉(zhuǎn)基因技術(shù)和傳統(tǒng)的雜交育種技術(shù)并無本質(zhì)的區(qū)別，但是它的可控性更好。比如，如果說傳統(tǒng)的雜交育種是盲目地將大量基因像一團亂麻一樣塞入新品種，那么轉(zhuǎn)基因技術(shù)更像一把鋒利的手術(shù)刀，能夠精準(zhǔn)地切割人類需要的基因，然后把它接人新的作物中。這樣，培育新品種作物的不確定性就大大降低了。當(dāng)然，Bt轉(zhuǎn)基因作物的出現(xiàn)還有一個好處，因為Bt蛋白更加集中地出現(xiàn)在植物體內(nèi)，所以誤傷非農(nóng)業(yè)害蟲的機率變低了不少。經(jīng)過了10年的檢驗后，1996年轉(zhuǎn)基因玉米和棉花在美國成功上市。從那時算起，已經(jīng)有十多年的時間，人們還沒有發(fā)現(xiàn)它對人類健康有任何負(fù)面的影響。

Bt轉(zhuǎn)基因作物對環(huán)境的貢獻(xiàn)是巨大的。在美國，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉讓殺蟲劑的使用量降低了82％。而在我國，轉(zhuǎn)基因棉花的種植也可以讓農(nóng)藥的使用量降低60％～80％。

3 Bt蛋白的安全性探究

人類使用Bt蛋白的歷史已經(jīng)有大半個世紀(jì)了。在此期間，科學(xué)家做了數(shù)不清的實驗，以此來評估Bt中cry蛋白的安全性。檢驗一種物質(zhì)是否有毒，最直接的方法是急性經(jīng)口毒性檢測。科學(xué)家用純的Bt蛋白在老鼠身上做實驗。對于老鼠來說，按照每千克體重口服3.8～5 gery蛋白的量是安全的。中國的轉(zhuǎn)基因水稻中Bt蛋白含量不超過每克2.5ug，所以一個體重60kg的人吃120t稻米也不會因為cry蛋白在人體內(nèi)不能積累。如果把它加入胃液提取物中，所有的Bt蛋白會在0～7 min內(nèi)被分解，這是一種容易消化的蛋白質(zhì)。而且它包含了全部的人體必需氨基酸。所以，從某種來說，Bt蛋白不但沒有毒性，反而具有營養(yǎng)。

對Bt蛋白的毒理研究顯示，Bt蛋白本身是無毒的，是一種原毒素。這種原毒素可以被某些昆蟲體內(nèi)的酶活化，隨后能夠結(jié)合在腸道的受體上，造成腸道穿孔。人類和絕大數(shù)動物既沒有可以激活原毒素的蛋白酶，也不存在能和Bt蛋白特異性結(jié)合的受體，所以Bt蛋白質(zhì)對人類的健康沒有任何影響。況且，人類和昆蟲本來就是完全不同的物種。番茄堿、辣椒素都能殺蟲，但是并不妨礙番茄和辣椒成為人們喜愛的食物。

另外，Bl蛋白在氨基酸序列和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上都和人類已知的過敏原相差很大，而且沒有任何實驗證據(jù)說明它能夠引起過敏反應(yīng)。美國自20世紀(jì)50年代開始大規(guī)模使用Bt蛋白作為生物農(nóng)藥，迄今為止，只發(fā)現(xiàn)了兩例有爭議的過敏案例，而其中一人有嚴(yán)重的食物過敏癥。

目前，一些新的cry蛋白也已成功地從Bt蛋白中分離出來，它們可以殺滅不同的昆蟲種類，但都具有特異性高的特點。某些cry蛋白可以對抗鞘翅目昆蟲，土豆的頭號殺手——科羅拉多甲蟲以及我國重要的用材樹的天敵天牛都屬于鞘翅目，另外一些cry蛋白則針對雙翅目昆蟲。雖然雙翅目昆蟲大多不是農(nóng)業(yè)害蟲，但它們能傳染疾病。蟠尾絲蟲癥又叫河盲癥，是僅次于沙眼之后的第二大致盲傳染病。而河盲癥由一種叫做黑蠅的雙翅目動物傳播，一度在非洲流行。1974年開始，聯(lián)合國衛(wèi)生組織開展了蟠尾絲蟲癥控制計劃(OCP)，這一計劃大量的使用Bt撲滅黑蠅。1985年以來，每年的Bt用量都在21萬L至40萬L之間。OCP計劃最后大獲成功，3000萬人得到了保護。據(jù)估計，因為OCP計劃直接避免盲眼的人數(shù)就有26.5萬人。Bt蛋白作為控制疾病最主要的因素之一，功不可沒。

總之，轉(zhuǎn)基因技術(shù)的誕生讓人類能夠更有效地使作物符合自己的需要?？v觀人類歷史，科學(xué)技術(shù)一再幫助人類提高了生活質(zhì)量，延長了平均壽命。任何以“回歸自然”為借口而反對現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用的行為都是不明智的。正是因為無數(shù)代人一直在努力地改造這自然界中野生的物種，人類貨架上的食品才會越來越豐富、可口，越來越健康、安全。