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Bt蛋白属于革兰氏阳性细菌,学名为苏云金芽孢杆菌.它是目前世界上应用最广泛的微生物杀虫剂.
1Bt蛋白的由来及广泛应用
1901年,日本细菌学家分离出一种“瘁倒病”的病原体细菌.这种细菌在显微镜下呈棒状,是一种杆菌.10年后,德国科学家在不知道的情况下,又成功地分离出了这种病原体杆菌,并根据发现地将其命名为苏云杆菌,也就是现在所说的Bt蛋白.但更为奇怪的是,不久,他也把这种Bt的培养基丢失了.可幸运的是,在1927年,研究人员又重新从地中海粉螟中分离出了这种Bt蛋白.
Bt蛋白有极强的生物针对性,它能杀死鳞翅目昆虫,而对其他动物没有什么影响.于是,Bt蛋白开始被用于控制有害生物.20世纪20年代末,美国政府试着用Bt蛋白控制森林害虫舞毒蛾,效果较好.欧洲也做了类似的尝试.法国在1938年成功地研制出第一个商业化的Bt杀虫剂.到了50年代,Bt蛋白作为绿色有机农药,在美国开始被大规模地应用,这是因为,当时的主要农药DDT很难降解.DDT虽对哺乳动物无急性毒杀作用,但是针对性不强,不仅能杀死节肢动物,还能在鸟类的身体积累.所以,更有针对性的Bt蛋白开始被大量应用在森林和农业害虫的防治上.目前Bt基因已成为植物基因工程及转基因育种中应用最广泛、最具潜力和应用前景的抗虫基因.
2Bt蛋白的发展
作为生物农药,Bt蛋白虽然有很多优越性,但也存在以下缺点：首先,它的价格很贵；其次,它在自然环境中很不稳定.作为喷洒剂,Bt农药很容易被雨水冲走,在紫外线的照射下也很快被分解.这就意味着需要多次喷洒Bt杀虫剂.这样做,不仅麻烦,还大大提高了成本.后来,随着更加便宜的化学合成杀虫剂的出现,Bt农药在市场上的份额大幅度下降,只有那些坚持用有机绿色方式种植作物的农民才会使用它.所以,如何改进更加环保的生物农药,让它变得便宜、稳定,成了一个棘手却十分重要的问题.
这个问题的解决,得益于现代生物技术的诞生.20世纪50年代中期,科学家发现Bt蛋白对鳞翅目动物产生的毒性来自孢子形成过程中产生的晶体蛋白质.1981年,美国的研究人员成功地提纯了这种蛋白质并将其命名为cry.随后,他们克隆出了cry的基因.几年以后,研究人员又把Bt蛋白的基因转入玉米和棉花中,让它在植物中持续地表达出来.这样,就不需要人工喷洒Bt蛋白了.
虽然转基因技术和传统的杂交育种技术并无本质的区别,但是它的可控性更好.比如,如果说传统的杂交育种是盲目地将大量基因像一团乱麻一样塞入新品种,那么转基因技术更像一把锋利的手术刀,能够精准地切割人类需要的基因,然后把它接人新的作物中.这样,培育新品种作物的不确定性就大大降低了.当然,Bt转基因作物的出现还有一个好处,因为Bt蛋白更加集中地出现在植物体内,所以误伤非农业害虫的机率变低了不少.经过了10年的检验后,1996年转基因玉米和棉花在美国成功上市.从那时算起,已经有十多年的时间,人们还没有发现它对人类健康有任何负面的影响.
Bt转基因作物对环境的贡献是巨大的.在美国,转基因抗虫棉让杀虫剂的使用量降低了82％.而在我国,转基因棉花的种植也可以让农药的使用量降低60％～80％.
3Bt蛋白的安全性探究
人类使用Bt蛋白的历史已经有大半个世纪了.在此期间,科学家做了数不清的实验,以此来评估Bt中cry蛋白的安全性.检验一种物质是否有毒,最直接的方法是急性经口毒性检测.科学家用纯的Bt蛋白在老鼠身上做实验.对于老鼠来说,按照每千克体重口服3.8～5gery蛋白的量是安全的.中国的转基因水稻中Bt蛋白含量不超过每克2.5ug,所以一个体重60kg的人吃120t稻米也不会因为cry蛋白在人体内不能积累.如果把它加入胃液提取物中,所有的Bt蛋白会在0～7min内被分解,这是一种容易消化的蛋白质.而且它包含了全部的人体必需氨基酸.所以,从某种来说,Bt蛋白不但没有毒性,反而具有营养.
对Bt蛋白的毒理研究显示,Bt蛋白本身是无毒的,是一种原毒素.这种原毒素可以被某些昆虫体内的酶活化,随后能够结合在肠道的受体上,造成肠道穿孔.人类和绝大数动物既没有可以激活原毒素的蛋白酶,也不存在能和Bt蛋白特异性结合的受体,所以Bt蛋白质对人类的健康没有任何影响.况且,人类和昆虫本来就是完全不同的物种.番茄碱、辣椒素都能杀虫,但是并不妨碍番茄和辣椒成为人们喜爱的食物.
另外,Bl蛋白在氨基酸序列和蛋白质结构上都和人类已知的过敏原相差很大,而且没有任何实验证据说明它能够引起过敏反应.美国自20世纪50年始大规模使用Bt蛋白作为生物农药,迄今为止,只发现了两例有争议的过敏案例,而其中一人有严重的食物过敏症.
目前,一些新的cry蛋白也已成功地从Bt蛋白中分离出来,它们可以杀灭不同的昆虫种类,但都具有特异性高的特点.某些cry蛋白可以对抗鞘翅目昆虫,土豆的头号杀手――科罗拉多甲虫以及我国重要的用材树的天敌天牛都属于鞘翅目,另外一些cry蛋白则针对双翅目昆虫.虽然双翅目昆虫大多不是农业害虫,但它们能传染疾病.蟠尾丝虫症又叫河盲症,是仅次于沙眼之后的第二大致盲传染病.而河盲症由一种叫做黑蝇的双翅目动物传播,一度在非洲流行.1974年开始,联合国卫生组织开展了蟠尾丝虫症控制计划(OCP),这一计划大量的使用Bt扑灭黑蝇.1985年以来,每年的Bt用量都在21万L至40万L之间.OCP计划最后大获成功,3000万人得到了保护.据估计,因为OCP计划直接避免盲眼的人数就有26.5万人.Bt蛋白作为控制疾病最主要的因素之一,功不可没.
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总之,转基因技术的诞生让人类能够更有效地使作物符合自己的需要.纵观人类历史,科学技术一再帮助人类提高了生活质量,延长了平均寿命.任何以“回归自然”为借口而反对现代技术应用的行为都是不明智的.正是因为无数代人一直在努力地改造这自然界中野生的物种,人类货架上的食品才会越来越丰富、可口,越来越健康、安全.