論轉基因抗蟲植物的發展現狀范文

本站小編為你精心準備了論轉基因抗蟲植物的發展現狀參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：轉基因抗蟲作物的成功種植，在提高作物產量和減少化學農藥使用方面發揮了重要作用。本文作者從抗咀嚼式口器昆蟲轉基因作物和抗刺吸式口器昆蟲轉基因作物兩方面，對轉基因抗蟲作物的發展現狀進行了概述。

關鍵詞：轉基因抗蟲作物；咀嚼式口器昆蟲；刺吸式口器昆蟲；發展現狀

面對制約農業安全生產，嚴重影響農作物產量和品質，日益猖獗的蟲害問題，人們愈發期待借助轉基因技術來實現控制害蟲的目的。利用轉基因技術把外源殺蟲基因轉化至作物中并表達，使作物獲得抗蟲性，在提高作物產量和減少化學農藥使用方面發揮了重要作用。1987年，轉Bt基因抗蟲煙草獲得成功，成為首例抗蟲轉基因作物。隨后，Bt基因被成功導入棉花、玉米、馬鈴薯、大豆、水稻、甘蔗、番茄、油菜、蠶豆、菊花、蘋果、核桃、楊樹等多種作物，抗蟲效果非常顯著。利用蘇云金芽孢桿菌（Bacillusthuringinensis）的δ-內毒素基因成為獲得抗蟲轉基因作物的主要途徑。同時，有研究表明，轉Bt或CpTI基因棉田內的棉蚜、綠盲蝽、棉葉蟬、白粉虱和棉薊馬的數量都高于或顯著高于常規棉田內的數量[1,2]。這表明Bt基因在有效地控制了棉鈴蟲等咀嚼式口器害蟲的同時，對棉蚜等刺吸式昆蟲卻作用不大。因此，培育抗刺吸式口器昆蟲的轉基因作物已成為抗蟲研究的熱點。筆者從抗咀嚼式口器昆蟲轉基因作物和抗刺吸式口器昆蟲轉基因作物兩方面入手，簡單介紹轉基因抗蟲作物的研究現狀。

1抗咀嚼式口器昆蟲轉基因作物

世界上每年因蟲害造成的農產品損失率均在10%以上，其中鱗翅目、鞘翅目和直翅目等咀嚼式口器昆蟲所造成的危害占據很大比例。同時，抗蟲轉基因作物已占全球轉基因作物的22%，而針對這些咀嚼式昆蟲的轉基因作物仍以轉Bt基因作物為主。轉Bt基因作物中高效表達的伴孢晶體蛋白，經由昆蟲腸道內蛋白酶酶解后成為有活性的毒蛋白，與腸道上皮細胞表面的特異性受體結合后，使取食的昆蟲因中腸細胞膜產生特異性小孔，破壞了細胞內的滲透平衡，引起細胞裂解，最終因中腸崩潰導致昆蟲饑餓而死。根據Bt毒素蛋白的結構同源性及抗蟲譜，把相應的編碼基因劃分為五大類，其中，cryI基因編碼的蛋白對鱗翅目昆蟲的幼蟲有特異的毒殺作用；cryⅡ和cryⅢ基因編碼的蛋白分別具有抗鱗翅目、雙翅目和鞘翅目昆蟲的殺蟲活性；cryⅣ和cryⅤ基因編碼的蛋白分別抗雙翅目、鞘翅目和鱗翅目昆蟲。除Bt基因外，含不同來源的蛋白酶抑制劑基因的轉基因作物也具有抗鱗翅目、鞘翅目和直翅目等咀嚼式口器害蟲的活性。與Bt毒蛋白相比，蛋白酶抑制劑因殺蟲譜廣，昆蟲不易產生抗性，對人畜無毒等優點，而成為除Bt毒蛋白之外，又一類重要的抗咀嚼式口器昆蟲的殺蟲蛋白。目前主要應用的蛋白酶抑制劑有豇豆蛋白酶抑制劑、大豆型胰蛋白酶抑制劑、馬鈴薯蛋白酶抑制劑、慈姑胰蛋白酶抑制劑、苦芥胰蛋白酶抑制劑等15種不同來源的蛋白酶抑制劑，并轉入不同植株，其中大部分均獲得對昆蟲具有明顯抗性的轉基因植株。已獲得轉CpTI（Cowpeatrypsininhibitor,CpTI）基因的有煙草、水稻、棉花、油菜、番茄、草莓、蘋果、萵苣等作物。此外，還有轉大豆絲氨酸蛋白酶抑制劑基因、轉馬鈴薯蛋白酶抑制劑基因、轉番茄蛋白酶抑制劑基因和轉水稻巰基蛋白酶抑制劑基因的煙草、馬鈴薯、番茄等；α-淀粉酶抑制劑廣泛分布于禾谷類和豆類的種子中，將其導入豌豆后對豆象甲有抗性[3]。

2抗刺吸式口器昆蟲轉基因作物

與鱗翅目和鞘翅目等咀嚼式口器昆蟲不同，刺吸式口器昆蟲以口針刺吸植物韌皮部汁液為食，嚴重時不僅造成作物枯萎、死亡的直接損失，而且作為上百種植物病原物的媒介，還會導致作物更嚴重的間接損失[4]。轉Bt基因作物的殺蟲效果雖然顯著，但只作用于鱗翅目、鞘翅目和雙翅目昆蟲，卻不抗同翅目這類刺吸式昆蟲。加之轉Bt基因作物的非靶標效應，即當這些轉基因作物釋放到環境后，對目標害蟲產生作用的同時，也可能對非靶標生物產生直接或間接的影響。目前，植物源消化酶（蛋白酶和淀粉酶）抑制劑基因和凝集素基因是應用于轉基因作物的最主要的兩類殺蟲基因[5]，其中凝集素的抗刺吸式害蟲效果更為顯著。當前，關于凝集素的大部分研究主要集中在對蚜蟲、稻飛虱類害蟲的控制方面。雪花蓮中GNA（Glycerolnucleicacid）蛋白對刺吸式昆蟲有明顯的抑制作用，但對哺乳動物無毒或低毒，成為目前使用最為廣泛的抗刺吸式昆蟲的殺蟲基因?，F已獲得轉Gna基因的有水稻、棉花、小麥、大豆、甘蔗、大白菜、芥菜、番茄、馬鈴薯、煙草、菊花、枸杞等[6,7]。此外，尚有30多種源自不同植物的凝集素基因被應用于抗刺吸式昆蟲，如蚜蟲、飛虱、葉蟬、蝽象等[7]，獲得了轉麥胚凝集素基因Wga的玉米和芥菜、轉伴刀豆凝集素基因ConA的馬鈴薯、轉莧菜凝集素基因Aca的煙草。而轉半夏凝集素基因Pta的煙草則比轉Gna基因的煙草具有更強的抗蚜活性[8]。含雙價Aca/Gna抗蟲基因的煙草比相應的轉單價基因煙草的抗蟲性更好[9]。事實上，目前許多抗刺吸式昆蟲的轉基因作物導入的主要是凝集素基因。從植物中分離的抗蟲基因還有凝集素基因、幾丁質酶基因、色氨酸脫羧酶基因、細胞分裂素基因、脂肪氧化酶基因、植物防衛素基因以及具有抗蚜活性的基因。除了源自植物的抗蟲基因，昆蟲本身的蛋白酶抑制劑基因，如來自煙草天蛾（Manducasexta）的胰凝乳蛋白酶抑制劑基因和胰蛋白酶抑制劑基因、煙草天蛾的幾丁質酶基因等。蝎毒素基因、蜘蛛毒素基因以及其他微生物來源的異戊烯基轉移酶基因Ipt，也有很好的抗蟲效果。

3展望

轉基因抗蟲作物的推廣有助于減輕害蟲對農作物的危害，從而減少化學農藥的使用量，最終達到提高農作物產量、增加農民受益和保護生態環境的目的。已有研究表明，轉Bt基因作物對鱗翅目、鞘翅目和和直翅目等咀嚼式口器昆蟲有很好的防治效果，但對同翅目昆蟲效果不是很理想，而且隨著Bt植物的種植面積的不斷擴大，越來越多地區的昆蟲易對Bt基因產生抗性。同時，有關利用蛋白酶抑制劑基因和植物凝集素基因獲得抗蟲轉基因作物的研究也都取得了很大的進展[10]。蛋白酶抑制劑具有廣譜的抗蟲性且不易產生抗性，但是需要在植物體內的表達達到一定的量才能達到抗蟲效果。植物凝集素是植物源的，在一定程度上彌補了Bt殺蟲譜窄的某些不足，而且不易產生抗性，可以單獨轉入小麥、水稻等作物體內來防治蚜蟲等刺吸式口器害蟲[11]。為增強作物抗蟲性、拓寬抗蟲譜和延緩害蟲抗性的積累，將以上2種或3種殺蟲基因同時整合導入作物中獲得轉復合型雙價或三價基因的抗蟲作物。這些不同來源的抗蟲基因，因殺蟲的作用機理不同，殺蟲譜也不同，從而能夠達到更好的抗蟲效果。

作者：周曉靜；申堅定；李金玲；王虹；崔炯；馬瑜；鄭明燕；源朝政；高小峰 單位：河南省南陽市農業科學院