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基因工程微生物農藥—昆蟲桿狀病毒

日期:2013/04/07 瀏覽:

昆蟲桿狀病毒也是一類重要的、較早應用的昆蟲病原微生物。昆蟲感染病毒很常見,桿狀病毒科的宿主范圍限定在一小部分節肢動物昆蟲、一些甲殼類和螨類,然而,敏感昆蟲包括許多害蟲。桿狀病毒占所有已知感染昆蟲病毒的60%以上,它們對脊椎動物和植物不具致病性。目前至少已有600多種昆蟲(主要是鱗翅目昆蟲)和其它無脊椎動物中發現桿狀病毒感染,并常常在引起昆蟲流行病,也是調節昆蟲種群密度的重要病原因子。

桿狀病毒的重要特征之一就是在其生活史的某一階段,產生包含體,病毒粒子包埋于包含體的蛋白基質中。敏感幼蟲吞食了污染病毒包含體的食物會導致昆蟲感染,病毒包含體在宿主消化道堿液中崩解,釋放出病毒顆粒,病毒顆粒進入宿主的腸上皮細胞。宿主死亡和分解后,包含體可以較長時間保護病毒使之不失去感染力,當包含體被其它幼蟲吞食后,疾病可在昆蟲群體中傳播。

作為微生物殺蟲劑,桿狀病毒具有優異的性能。桿狀病毒的宿主范圍很窄,他們對其他非目標昆蟲的影響很小。效果良好,在蟲害發生前期使用防效達99%以上。桿狀病毒產生的包含體具有侵染性病毒顆粒,對環境的生物穩定性起重要作用,使得利用傳統技術去制造和應用病毒更容易。作為昆蟲專一性的病原微生物,對人畜、天敵、環境安全,是生產有機食品必不可少的生物農藥,其市場前景看好。從1985年國家投資在湖北蔣湖農場建立我國第一個棉鈴蟲病毒殺蟲劑工廠以來,已有多種病毒殺蟲劑研制成功,并進人批量生產,在發展“無公害”蔬菜生產中發揮了重要的作用。

當然,此類微生物農藥也有缺點。病毒殺蟲劑比化學殺蟲劑更昂貴;許多桿狀病毒具有高度的宿主特異性,因此它們只能進行選擇性害蟲的控制,而多數植物卻同時受多種不同鱗翅目害蟲攻擊;桿狀病毒殺蟲的速度慢,宿主吞食病毒4~6天后才死亡,其間的大多數時間幼蟲仍繼續破壞作物;另外,若將桿狀病毒用傳統的噴霧技術噴到植物葉子上,在紫外線照射下很快就會失去活性。上述這些因素制約了桿狀病毒作為害蟲殺蟲劑的更廣泛應用。因此需要通過基因工程技術對它們進行改良。

生產人們希望的廣宿主范圍的品系是完全可能的,一種來自苜蓿擬尺蠖的苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒,已知的宿主范圍包括鱗翅目11科中的43種,決定桿狀病毒的宿主范圍和毒性的因素還在研究之中。桿狀病毒基因工程的技術路線是,去除某些不影響病毒復制和感染的基因,在其強啟動子后面插入能增強殺蟲毒力的外源基因,如利尿激素基因、Bt殺蟲蛋白基因、蝎神經毒素基因等。工程病毒對害蟲致病時間可縮短25%~40%,進食量可減少30%~50%,防治效果明顯改善。

近年研究較多的基因還有在侵染早期表達的蛻皮類固醇UDP-葡萄糖基轉移酶基因egt和在侵染后期表達的蛻皮轉錄因子基因CHR3。egt的缺失或基因CHR3的大量表達可使害蟲迅速蛻皮和停止取食而死亡。還有學者提出讓桿狀病毒建立對紫外線誘導的損傷更為有效的DNA修復系統,來降低病毒對紫外線的敏感程度,增強殺蟲能力。

昆蟲病原真菌對害蟲也具有廣泛的寄生性和致病性,但因其遺傳背景復雜、殺蟲分子機理和遺傳改良的研究較昆蟲病原細菌和病毒相對滯后。值得一提的是,這方面的研究已有顯著進展,如St Leger等已從綠僵菌(Metarhizium anisopliae)中分離出一種類似枯草桿菌素的蛋白酶,在工程菌中高表達后使煙草天蛾的食量減少了40%,死亡時間加快一倍以上。

許多化學殺蟲劑對環境具有不利影響,對人類的健康形成了巨大的威脅,因此不得不減少對化學殺蟲劑的依賴,施用時進行更加規范的控制。而且許多害蟲對廣泛使用的化學殺蟲劑產生了抗性。基因工程技術的應用為農業微生物遺傳改良與各類微生物殺蟲劑的開發開辟了新的途徑,目前的研究已經顯示了這項技術發展的巨大潛力。應用基因工程技術生產和修飾改造這些生物殺蟲劑,對微生物制劑用于蟲害治理開創了新局面。



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