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转Bt基因抗虫农作物风靡全球

来源:光明网2025-02-21 13:46

  农药在农作物病虫害防治发挥过重要作用。但大量农药使用的弊端也逐步显露,如增加生产成本、农药残留超标、作物药害、环境污染和农药中毒等,特别是长期喷施农药会诱发害虫产生抗药性,导致大剂量的农药都无法杀死害虫。

  鳞翅目的棉铃虫、玉米螟虫等危害棉花和玉米生长,是导致植物严重减产的主要罪魁祸“虫”。如玉米螟不仅造成玉米减产10%~30%,同时诱发籽粒因感染黄曲霉毒素等真菌引起的霉变,严重影响玉米籽粒的品质。苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)产生的Bt蛋白对已知的500多种鳞翅目、鞘翅目和双翅目等害虫有特异性的杀死作用。

  Bt蛋白以原毒素形式存在,进入到昆虫的消化道后,利用肠道内的蛋白酶水解将原毒素转型为毒性多肽分子,并与昆虫肠道上皮细胞表面的特异受体结合,诱发细胞膜穿孔甚至裂解,导致昆虫死亡。Bt蛋白这种特异型、标靶性的防治效果很神奇,对没有这种特异受体的其它昆虫、人、哺乳动物和家禽而言,都是无毒害的,是一种能正常消化的普通蛋白质,所以其安全性毋庸置疑。在美国转基因抗虫作物商业化应用之前,Bt生物农药已广泛使用数十年,其安全性得到验证。美国国家环境保护局(EPA)和美国食品药品监督管理局(FDA)在批准转基因抗虫作物上市前,充分的安全评价实验证实转基因抗虫作物的安全性。

  科学家将Bt基因转入玉米和棉花等作物中,产生的Bt蛋白就可以杀死玉米螟和棉铃虫等害虫,开启了转Bt基因抗虫农作物研发与应用的新时代。但Bt基因的发现和转基因应用经历了近百年的历程。

  1901年,日本学者Ishiwata捕获家蚕猝倒病的元凶,首次分离出一种能够杀死家蚕的细菌。

  1911年,德国科学家Ernst Berliner分离这种细菌并命名苏云金芽孢杆菌,提出了用该菌防治农业害虫的设想。

  1938年,第一例商业化的Bt杀虫剂在法国上市。目前,苏云金芽孢杆菌杀虫制剂在杀虫防虫仍旧功效不减。

  1956年,Angus发现苏云金芽孢杆菌的杀虫利器就是其伴孢晶体蛋白,取名为Bt毒蛋白。

  1987年,第一个转基因植物—转Bt基因烟草在比利时诞生。

  1988年,孟山都公司利用Bt基因获得第一批转基因抗虫棉。

转Bt基因抗虫农作物风靡全球

  1995年,转Bt基因玉米、棉花和马铃薯作物首次在美国和加拿大商品化。

  种植转基因抗虫农作物大幅度降低了农药的使用量,减少了害虫造成的损失,相对于农药只对在作物表面的害虫有效,转基因抗虫作物对藏在植株内部的害虫,如茎秆种欧洲玉米螟和棉花球里的棉铃虫有很好的防治效果。2010年美国种植的Bt作物已有40余种,全球抗虫作物种植面积达到了5860万公顷。2022年美国Bt玉米和Bt棉花种植面积占比分别达84%和89%。在中国,Bt抗虫转基因棉花成为种植面积最大的转基因抗虫作物,占棉花总种植面积的90%以上。近10年来,转基因抗虫和抗除草剂玉米、大豆和棉花在全球大面积推广,转基因种子的年产值就达到62亿美元,有效减少农药使用、提高作物产量与品质,促进了农业生产方式的变革和可持续发展。

转Bt基因抗虫农作物风靡全球

                                                 生物育种玉米                        常规玉米  

 

学术支持

  中国农业科学院生物技术研究所

  中国农业生物技术学会

  保定学院

  科普作者

  张海文 中国农业科学院生物技术研究所研究员

  配图制作

  孙欣悦

[ 责编:田新宇 ]
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