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摘要：綜述了近年來轉(zhuǎn)bt抗蟲基因水稻稻谷對儲糧害蟲的抗性以及印度谷螟對Bt的抗性研究進(jìn)展，旨在為轉(zhuǎn)Bt基因水稻的安全性評價及其商業(yè)化生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：儲糧害蟲；轉(zhuǎn)Bt基因稻谷；抗性

水稻（OryzasativaL.）是世界三大糧食作物之一，也是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物和糧食作物，全球約三分之一以上的人口以稻米為主食[1]。在水稻生產(chǎn)中，儲藏稻谷是生產(chǎn)中一個重要環(huán)節(jié)。我國是一個糧食大國，糧食儲藏周期較長、儲量較大，在糧食儲藏期間，各種有害生物容易滋生危害，造成儲糧質(zhì)量和品質(zhì)的巨大損失，由于受到倉儲條件和防蟲技術(shù)的限制，每年在北方地區(qū)因蟲害造成的儲糧數(shù)量損失為3%～5%，南方地區(qū)為6%～8%，損失糧食200～300億kg[2]?？梢姡瑑Z害蟲造成的危害和損失是十分巨大的。據(jù)2004-2005年第六次全國儲糧昆蟲調(diào)查，我國儲糧昆蟲有270種，其中儲糧害蟲有226種[3]，危害嚴(yán)重且分布廣的主要有玉米象、米象、谷蠹、鋸谷盜及赤擬谷盜等鞘翅目害蟲和麥蛾、印度谷螟及一點(diǎn)谷螟等鱗翅目害蟲[4]。

目前，我國乃至全世界對儲糧害蟲的防治主要采用化學(xué)防治，但由此造成的農(nóng)藥殘留、環(huán)境污染以及害蟲抗性等問題日益嚴(yán)重，迫使人們尋求其他更加安全有效的害蟲防治措施。通過分子生物學(xué)手段，將抗蟲基因?qū)胨炯?xì)胞中，并使其遺傳和表達(dá)，從而培育具有抗蟲能力的轉(zhuǎn)基因水稻新品系成為控制水稻害蟲的重要途徑[3.4.5]。蘇云金芽孢桿菌（Bacillusthuringiensi，簡稱Bt）是一種能產(chǎn)生殺蟲晶體蛋白（insecticidalcrystalprotein）的革蘭氏陽性菌，其孢子及伴孢晶體對鱗翅目和鞘翅目的一些害蟲具有一定的毒殺作用，自1938年第一個Bt商品制劑問世以來，因其毒力高，致病快，且對非靶標(biāo)生物及人類無毒，對環(huán)境安全，已作為微生物殺蟲劑廣泛應(yīng)用于害蟲的防治[6]。然而，隨著Bt制劑的大量使用，人們發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室的條件下已有多種害蟲對其產(chǎn)生抗性，更為嚴(yán)重的是，已發(fā)現(xiàn)在大田中世界性蔬菜害蟲小菜蛾P(guān)lutellaxylostella（Linnaeus）對Bt產(chǎn)生了抗性[7]。近年來，昆蟲對Bt制劑及對轉(zhuǎn)Bt基因作物產(chǎn)生抗性的報(bào)道已有很多。在我國，關(guān)于轉(zhuǎn)Bt基因水稻生態(tài)安全性方面的研究，已取得了一些研究成果，處于起步階段，在轉(zhuǎn)Bt基因稻谷對儲糧害蟲的生態(tài)安全性研究少有報(bào)道。本文將對近些年國內(nèi)外學(xué)者在儲糧害蟲對轉(zhuǎn)Bt稻谷的抗性研究進(jìn)行概括，為轉(zhuǎn)Bt水稻的合理利用和商業(yè)化生產(chǎn)以及害蟲的抗性治理等方面提供參考依據(jù)。

1轉(zhuǎn)Bt基因水稻研究現(xiàn)狀

Bt毒蛋白基因是應(yīng)用最為廣泛且最有潛力的毒蛋白基因，在現(xiàn)代植物基因工程技術(shù)的推動下，轉(zhuǎn)Bt基因煙草[8]、馬鈴薯[9]、棉花[10]、玉米[11]和水稻[12-20]得到了廣泛的應(yīng)用，并獲得了較為理想的抗蟲效果。Bt玉米、Bt棉花、Bt馬鈴薯等已開始商業(yè)化應(yīng)用[21.22]。

目前，水稻抗蟲Bt毒蛋白基因有cry1A(b)、cry1A(c)[12]，國內(nèi)外已獲得了許多抗蟲效果良好的水稻品種[13-20].。雖然轉(zhuǎn)Bt基因水稻在害蟲防治方面取得了不錯的效果，但仍還處于試驗(yàn)研究階段，遲遲未得以商業(yè)化生產(chǎn)推廣，主要原因就是其安全性評價有待完善和提高[23-25]。而轉(zhuǎn)Bt基因稻谷的生態(tài)安全性評價是轉(zhuǎn)基因水稻安全性評價的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

2轉(zhuǎn)Bt基因稻谷對儲糧害蟲的影響

2.1抗蟲性機(jī)制

蘇云金芽孢桿菌在產(chǎn)孢過程中會形成一種對昆蟲具有毒效的蛋白，即Bt殺蟲晶體蛋白(insecticidalcrystalprotein)，可分為α-外毒素、β-外毒素、δ-內(nèi)毒素和虱因子，其中用于轉(zhuǎn)基因植物的主要是δ-內(nèi)毒素[26]，有很多學(xué)者對Bt毒蛋白的殺蟲機(jī)理做了研究，其大致過程為：昆蟲食入毒蛋白后，在中腸的堿性環(huán)境下，毒蛋白溶解為無殺蟲活性的原毒素（protoxin），原毒素在中腸蛋白酶的作用下激活進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為具有殺蟲活性的60kDa左右的毒素（toxin），活化的毒素與中腸BBMVs（刷狀邊膜囊）上的特異性受體結(jié)合引起中腸上皮細(xì)胞膜透性的改變，細(xì)胞裂解、中腸麻痹，最終導(dǎo)致昆蟲癱瘓或死亡[26.27.28]。

然而轉(zhuǎn)Bt基因作物與傳統(tǒng)Bt殺蟲劑不同，后者包含幾種Bt原毒素以及細(xì)菌孢子，而目前商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物僅含有單一毒素基因且在植株的整株和整個生育期都表達(dá)，具有轉(zhuǎn)移性更高、毒性強(qiáng)的特性[29]。有人初步研究了轉(zhuǎn)Bt基因棉抗棉鈴蟲的毒性機(jī)理，認(rèn)為幼蟲取食轉(zhuǎn)基因棉后，中腸處于中度痙攣狀態(tài)，珠狀細(xì)胞微絨毛萎縮、被破壞，腸壁細(xì)胞質(zhì)內(nèi)細(xì)胞器減少，營養(yǎng)物質(zhì)自耗成空泡[30]。梁革梅等比較了棉鈴蟲取食轉(zhuǎn)Bt殺蟲劑、Bt毒蛋白和Bt基因棉后中腸組織病理變化的情況發(fā)現(xiàn)，對棉鈴蟲中腸的破壞速度依次為Bt殺蟲劑>Bt毒蛋白>Bt基因棉，并認(rèn)為這可能是由于前兩者作為殺蟲毒素直接影響棉鈴蟲中腸細(xì)胞，而轉(zhuǎn)Bt基因棉中的殺蟲毒素是由導(dǎo)入棉花品種Bt基因轉(zhuǎn)錄形成，棉鈴蟲中腸細(xì)胞的變化直接受Bt基因轉(zhuǎn)錄量的大小和毒素的殺蟲作用力的影響[31]。

2.2轉(zhuǎn)Bt基因稻谷對儲糧害蟲的抗性

目前，在轉(zhuǎn)Bt基因稻谷對倉儲害蟲的抗性方面的報(bào)道較少。JohnDSedlacek等研究證明轉(zhuǎn)基因作物會使印度谷螟和麥蛾的孵化率和產(chǎn)卵率明顯降低，并延緩印度谷螟的發(fā)育歷期[32]。AnthonyMHanley等再次證實(shí)了轉(zhuǎn)Bt基因作物在降低印度谷螟和麥蛾的產(chǎn)卵率和孵化率，延緩印度谷螟發(fā)育歷期等方面的影響[33]。李光濤等研究表明：轉(zhuǎn)Bt基因稻谷對麥蛾具有顯著抗性，取食轉(zhuǎn)Bt基因稻谷的麥蛾羽化率僅為對照的13%，且各發(fā)育指標(biāo)均顯著降低，轉(zhuǎn)Bt基因稻谷的損失率僅為對照的12%，Dobie敏感系數(shù)顯著低于對照，對麥蛾表現(xiàn)為高抗[34]。王平等對轉(zhuǎn)Bt基因稻谷中Bt毒蛋白的變化、轉(zhuǎn)Bt基因稻谷對麥蛾生長發(fā)育的影響、以及對儲糧期節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)的影響等方面做了初步研究[35]。蔡萬倫等在研究中發(fā)現(xiàn)用Bt稻谷粉連續(xù)飼喂三個世代的赤擬谷盜，其在各個發(fā)育階段的歷期與對照相比無明顯差異，但就蟲蝕率來說轉(zhuǎn)基因稻谷要比對照低的多。他通過對在自然條件下對不同儲藏期的Bt稻谷與非Bt稻谷進(jìn)行抽樣調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著稻谷儲藏期的延長，在儲藏17個月后Bt稻谷上的蟲蝕率依次為0.70%，1.20%，顯著低于另外兩種非Bt稻谷上的蟲蝕率(汕優(yōu)63：1.7%，2.0%；9311稻：2.70%，3.00%，P<0.05)。但Bt稻谷和非Bt稻谷中赤擬谷盜、谷蠢、書虱、麥蛾的數(shù)量在19個月儲藏期內(nèi)，其種群數(shù)量及動態(tài)與對照稻谷相比無明顯差異或在少數(shù)時期存在顯著差異。Bt稻谷上害蟲群落物種數(shù)、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢集中性與對照稻谷相比差異性很小，Bt稻谷對儲糧害蟲物種構(gòu)成的影響不明顯[36]。

3印度谷螟對Bt的抗性研究

印度谷螟是一種重要的鱗翅目倉儲害蟲，也是第一個被發(fā)現(xiàn)對Bt中δ-內(nèi)毒素產(chǎn)生抗性的害蟲。目前，眾多國內(nèi)外學(xué)者對印度谷螟經(jīng)Bt制劑處理后的生物學(xué)習(xí)性、交互抗性、抗性機(jī)制等方面進(jìn)行了廣泛的研究。早在1984年，Mardan就指出，印度谷螟的吐絲結(jié)網(wǎng)、對Bt制劑的驅(qū)避性等會增加害蟲對Bt制劑的忍耐能力[37]。

1985年McGaughey在世界上首次報(bào)道了印度谷螟在室內(nèi)對蘇云金桿菌產(chǎn)生了嚴(yán)重的抗性[38]。McGaughey在實(shí)驗(yàn)室對經(jīng)Dipel處理和未處理的糧倉印度谷螟進(jìn)行生物測定，處理過的印度谷螟不如未處理的對Dipel敏感，初步顯示出對Bt的抗性，于是其在實(shí)驗(yàn)室條件下以62.5mg/kg的濃度進(jìn)行抗性種群的篩選，F(xiàn)2的LC50是未經(jīng)篩選幼蟲的27倍，到F15則增至97倍，進(jìn)一步證明了抗性的產(chǎn)生。此外，經(jīng)9代后終止處理，LC50在隨后的7代都不下降，其高抗性保持穩(wěn)定。1987年McGaughey和Johson發(fā)現(xiàn)對B.t.kHD-1菌株產(chǎn)生抗性的印度谷螟對57個不同品系Bt制劑中36個品系產(chǎn)生了不同程度的抗性，同時使16個品系產(chǎn)生了交互抗性[39]。

1988年McGaughey等研究證明，用Bt處理5個印度谷螟和一個粉斑螟品系，不同群體的印度谷螟和粉斑螟的抗性發(fā)展速率和發(fā)展程度不同，對5個印度谷螟品系進(jìn)行抗性篩選，最快的抗性發(fā)展出現(xiàn)在F36，抗性比起始時大250倍，最慢的在F39，抗性僅為起始時的15倍，與印度谷螟相比，粉斑螟產(chǎn)生的抗性水平則低的多。當(dāng)抗性水平達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后，中斷選擇作用抗性仍保持穩(wěn)定，但如果在抗性水平達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前就中止選擇，抗性水平會逐漸下降[40]。同時，McGaughey等從另一倉貯害蟲干果斑螟中也檢測到了其對Dipel的輕度抗性。

1990年VanRie等證明，BBMV對蛋白毒素的親合力在印度谷螟抗性和敏感品系間有極大差異，后者比前者大70倍，同時抗性種群對CryIC的敏感性以及CryIC在BBMV上的結(jié)合位點(diǎn)都增加了，這表明對一種殺蟲晶體蛋白產(chǎn)生抗性的印度谷螟不一定也對另一種殺蟲晶體蛋白產(chǎn)生抗性[41]。有研究表明，Cry1Ab在印度谷螟體內(nèi)有2個不同的結(jié)合位點(diǎn)，其中一個結(jié)合位點(diǎn)與Cry1Ac的一樣，對Cry1Ab產(chǎn)生抗性的印度谷螟種群的結(jié)合位點(diǎn)與Cry1Ab的結(jié)合親和力比敏感種群下降了60倍[42]。而Zhu等發(fā)現(xiàn)，在抗性印度谷螟中腸中，類胰蛋白酶的酶活性比敏感品系低約3倍，可能這種類胰蛋白酶活性的差異與Bt的抗性有關(guān)[43]。

Mcgaughey等將兩種不同Bt變種的菌株HD-1，HD-133等量混合起來對印度谷螟進(jìn)行選擇，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在相同的選擇壓力下，印度谷螟對兩種菌株混合產(chǎn)生的抗性分別比這兩種菌株單獨(dú)處理所產(chǎn)生的抗性小[44]。

McGaughey對交互抗性問題做了深入的研究，認(rèn)為具有多種ICPs的Bt菌株會引起更廣泛的抗性[45]。

3展望

關(guān)于儲糧害蟲對Bt抗性的研究多集中在印度谷螟上，但也僅限于對Bt制劑和毒蛋白的抗性研究，對轉(zhuǎn)基因稻谷產(chǎn)生抗性的研究，無論是在實(shí)驗(yàn)室條件下還是在大田試驗(yàn)下都未見報(bào)道，針對水稻生長期的鱗翅目類害蟲對轉(zhuǎn)Bt稻谷產(chǎn)生抗性的研究較多。糧食儲藏是水稻生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié)，儲糧害蟲造成的危害不容忽視，今后在儲糧害蟲對轉(zhuǎn)基因植物抗性方面還應(yīng)加大研究，以為害蟲的綜合防治和轉(zhuǎn)基因植物的商業(yè)化生產(chǎn)及安全性評價提供指導(dǎo)。

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