关键酶,来源于Agrobacterium tumefaciens (根瘤 土壤杆菌)的ipt 基因在烟草、番茄中表达后,可减少 烟草夜蛾对叶片的损伤,并降低桃蚜的生存力。然而, ipt 基因的表达对植物发育有负面影响,如使根系发育 不完全,降低叶绿素含量等。
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蛋白酶抑制基因在抗虫植物基因工程中之 所以地位突出,是因为
(Richardson，1997)。
这类酶抑制剂能抑制昆虫消化道内α －淀粉
酶活性，使食入的淀粉无法水解，阻断了昆虫主
要能量来源；并刺激昆虫过量分泌消化酶，通过
神经系统反馈产生厌食反应。
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2.3 植物凝集素基因
植物凝集素是一类糖结合蛋白,也是植物防御系统的一个组 成部分。第一个被描述具有抗虫作用的凝集素是菜豆凝集素 ( PHA) ,它实际上是一种α- 淀粉酶抑制剂。1993 年英国科学 工作者从雪花莲中克隆出雪花莲凝集素基因( GNA) ,对稻飞虱、 叶蝉、蚜虫等有毒性作用。现在GNA 基因已作为一种抗虫基 因转化其他作物。我国黄大昉等(1997) 也报道来源于掌叶半 夏和半夏的凝集素对麦管蚜、棉蚜、桃蚜等有致死作用。 目前成功用于植物抗虫基因工程的凝集素基因有: 雪花莲凝集 素( GNA) 基因、豌豆凝集素( P -Lec) 基因、麦胚凝集素 ( WGA) 基因及半夏凝集素(PTA) 基因。
苏云金芽孢杆菌( Bacillus thuringiensis) 是一
种革蓝氏阳性土壤芽孢杆菌,在形成芽孢时,可产生杀 死昆虫幼虫的蛋白质,即通常所说的杀虫晶体蛋白 (insecticidal crystal protein) 或δ- 内毒素(δ endotoxin) , 也称苏云金芽孢杆菌毒蛋白( B . t . toxic protein) 。它是目前世界上生产量最大的生 物农药杀虫剂,广泛用于防治农业、林业等方面的害 虫。
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B . t . 杀虫晶体蛋白是一类分子量为130～160kD 的蛋白质,在昆虫中肠碱性和还原性的环境下,被降解成 65～75 kD 的活性小肽,并和中肠纹缘膜上的受体结合。 现已证明受体为氨肽酶N 和钙粘着蛋白(cadherin) 类似 物。与受体结合的活性小肽插入到细胞膜上并形成穿孔, 使细胞膜周质和中膜腔之间的离子平衡破坏,引起细胞肿 胀甚至裂解,从而导致昆虫瘫痪或死亡。
Bt抗虫棉
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鳞翅目
鞘翅目
双翅目
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近年来人们在Ｂt毒蛋白基因的修饰与改 造、表达载体的构建、植物组织化等方面作 了大量的工作。
尽管Bt杀虫晶体蛋白的杀虫效果非常好， 但其杀虫谱较窄，对其敏感的主要是鳞翅目 和鞘翅目的一些害虫，如棉铃虫、玉米螟、 马铃薯甲虫等。
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1.2 其他来源于微生物的抗虫基因 异戊烯基转移酶( ipt ) 是细胞分裂素合成中的
需要较长的时间, 并且某些虫害尚无基因资源作为杂交的亲本。
所以, 用这种途径来获得抗虫作a物是很困难的。
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玉米田里的虫害
粘虫 （又称行军虫或剃秆虫 ）
为害症状
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稻蓟马危 害状
（受害叶 叶尖枯黄， 甚至枯死）
水稻田里的虫害
稻蓟马成虫
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植物抗虫基因工程的研究之所以能取得如此迅 猛的发展,主要是由于利用基因工程培育抗虫作物 新品种或新品系具有以下几个明显的优点:
雪花莲
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2.4 来源于高等植物的其他抗虫基因
几丁质酶(Chitinase) 是广泛存在于微生物和植物体内的一 类蛋白,1989 年Ary 等从Job草中分离得到一种几丁质酶,发现 它能抑制淀粉酶的活性,破坏昆虫肠上皮的保护层,导致消化道损 伤. 从而有效抑制蝗虫等昆虫类,但其在实际应用与理论相差较 大.烟草阴离子过氧化物酶基因在烟草、番茄中表达时,可产生对 鳞翅类,鞘翅类以及桃蚜的抗性,该酶作用是很复杂的,大部分人 认为其作用不是直接的,而主要是其产物的影响.
使害虫产生抗性外,还会带来一系列的社会问题,如人畜中毒事
故的发生、食物中农药的残留以及环境污染等。
通过常规育种技术和试管培养技术虽然已获得某些抗虫
害的作物品种。如野生型马铃薯( Solanum chacoense ) 和
栽培型马铃薯(S.tuberosum ) 的原生质体电融合获得的体细
胞杂合品系对一种马铃薯甲虫具有抗性。然而, 新品种的选育
(6)(6)基因资源非常丰富 。目前全世界最常改良的性状中抗 虫占第二位(24%)。
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二、抗虫基因
人们已从微生物细菌中、植物本身以及昆虫体
内发现并分离到许多抗虫基因，有许多抗虫转基因
植物正在进行田间试验，并有一些品种已商品化。
迄今发现并应用于提高植物抗虫性的基因主要有两
类:一类是从微生物、细菌中分离出来的抗虫基因，
①不易产生耐受性问题;
②抗虫谱广;
③其来源于植物易为公众所接受,并已证明 对人畜无副作用. 而且最近的研究资料表明,食用 天然的植物蛋白酶抑制剂具有抗肠癌的作用.
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2.2 淀粉酶抑制剂基因
淀粉酶抑制剂基因分布也较广，以禾谷类作
物和豆科植物种子中的含量最为丰富，在植物对
病虫害侵染的天然防御系统中起着重要的作用
(1)保护作用具有连续性,可控制植物整个生长期内害虫的危害;
(2)(2) 对整个植株都有保护作用,包括化学杀虫剂很难接触的 叶下表面及根部等;
(3)(3)对害虫毒性具有专一性;
(4)(4) 可大大缩短育种周期,降低成本;
(5)(5) 所表达出的杀虫蛋白存在于植物体内,不易被气候等环 境因素破坏，不存在环境污染;
植物抗虫基因工程
熊恒硕
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一、前言
虫害是造成农作物减产减收的主要原因之一。采用化学
和生物农药等手段防治固然可以减轻害虫对农作物的危害,但
这些方法不仅费用较高(每年耗费约10 亿美元) ,而且由于害虫
产生抗性等原因,防治效果欠佳。全球每年因虫害对农业生产
所造成的损失仍高达20 %～30 %。长期大量地施用农药除了
如苏云金杆菌毒蛋白基因(Bt基因)、异戊烯基转移
酶基因(ipt)，另一类是从植物中分离出来的抗虫基
因，如蛋白酶抑制剂基因(Pt基因和PI基因在农
业上利用最广。此外，昆虫特异性神经毒素基因等
也在研究当中。
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1 来源于微生物、细菌中的抗虫基因
1.1 B . t . 杀虫晶体蛋白基因