【智惠農(nóng)民】轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)農(nóng)作物風(fēng)靡全球

農(nóng)藥在農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治發(fā)揮過(guò)重要作用。但大量農(nóng)藥使用的弊端也逐步顯露，如增加生產(chǎn)成本、農(nóng)藥殘留超標(biāo)、作物藥害、環(huán)境污染和農(nóng)藥中毒等，特別是長(zhǎng)期噴施農(nóng)藥會(huì)誘發(fā)害蟲(chóng)產(chǎn)生抗藥性，導(dǎo)致大劑量的農(nóng)藥都無(wú)法殺死害蟲(chóng)。

鱗翅目的棉鈴蟲(chóng)、玉米螟蟲(chóng)等危害棉花和玉米生長(zhǎng)，是導(dǎo)致植物嚴(yán)重減產(chǎn)的主要罪魁禍“蟲(chóng)”。如玉米螟不僅造成玉米減產(chǎn)10%~30%，同時(shí)誘發(fā)籽粒因感染黃曲霉毒素等真菌引起的霉變，嚴(yán)重影響玉米籽粒的品質(zhì)。蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis）產(chǎn)生的Bt蛋白對(duì)已知的500多種鱗翅目、鞘翅目和雙翅目等害蟲(chóng)有特異性的殺死作用。

Bt蛋白以原毒素形式存在，進(jìn)入到昆蟲(chóng)的消化道后，利用腸道內(nèi)的蛋白酶水解將原毒素轉(zhuǎn)型為毒性多肽分子，并與昆蟲(chóng)腸道上皮細(xì)胞表面的特異受體結(jié)合，誘發(fā)細(xì)胞膜穿孔甚至裂解，導(dǎo)致昆蟲(chóng)死亡。Bt蛋白這種特異型、標(biāo)靶性的防治效果很神奇，對(duì)沒(méi)有這種特異受體的其它昆蟲(chóng)、人、哺乳動(dòng)物和家禽而言，都是無(wú)毒害的，是一種能正常消化的普通蛋白質(zhì)，所以其安全性毋庸置疑。在美國(guó)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)作物商業(yè)化應(yīng)用之前，Bt生物農(nóng)藥已廣泛使用數(shù)十年，其安全性得到驗(yàn)證。美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局（EPA）和美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）在批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)作物上市前，充分的安全評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)證實(shí)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)作物的安全性。

科學(xué)家將Bt基因轉(zhuǎn)入玉米和棉花等作物中，產(chǎn)生的Bt蛋白就可以殺死玉米螟和棉鈴蟲(chóng)等害蟲(chóng)，開(kāi)啟了轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)農(nóng)作物研發(fā)與應(yīng)用的新時(shí)代。但Bt基因的發(fā)現(xiàn)和轉(zhuǎn)基因應(yīng)用經(jīng)歷了近百年的歷程。

1901年，日本學(xué)者Ishiwata捕獲家蠶猝倒病的元兇，首次分離出一種能夠殺死家蠶的細(xì)菌。

1911年，德國(guó)科學(xué)家Ernst Berliner分離這種細(xì)菌并命名蘇云金芽孢桿菌，提出了用該菌防治農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)的設(shè)想。

1938年，第一例商業(yè)化的Bt殺蟲(chóng)劑在法國(guó)上市。目前，蘇云金芽孢桿菌殺蟲(chóng)制劑在殺蟲(chóng)防蟲(chóng)仍舊功效不減。

1956年， Angus發(fā)現(xiàn)蘇云金芽孢桿菌的殺蟲(chóng)利器就是其伴孢晶體蛋白，取名為Bt毒蛋白。

1987年，第一個(gè)轉(zhuǎn)基因植物—轉(zhuǎn)Bt基因煙草在比利時(shí)誕生。

1988年，孟山都公司利用Bt基因獲得第一批轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉。

1995年，轉(zhuǎn)Bt基因玉米、棉花和馬鈴薯作物首次在美國(guó)和加拿大商品化。

種植轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)農(nóng)作物大幅度降低了農(nóng)藥的使用量，減少了害蟲(chóng)造成的損失，相對(duì)于農(nóng)藥只對(duì)在作物表面的害蟲(chóng)有效，轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)作物對(duì)藏在植株內(nèi)部的害蟲(chóng)，如莖稈種歐洲玉米螟和棉花球里的棉鈴蟲(chóng)有很好的防治效果。2010年美國(guó)種植的Bt作物已有40余種，全球抗蟲(chóng)作物種植面積達(dá)到了5860萬(wàn)公頃。2022年美國(guó)Bt玉米和Bt棉花種植面積占比分別達(dá)84%和89%。在中國(guó)，Bt抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因棉花成為種植面積最大的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)作物，占棉花總種植面積的90%以上。近10年來(lái)，轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)和抗除草劑玉米、大豆和棉花在全球大面積推廣，轉(zhuǎn)基因種子的年產(chǎn)值就達(dá)到62億美元，有效減少農(nóng)藥使用、提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的變革和可持續(xù)發(fā)展。

轉(zhuǎn)基因玉米 常規(guī)玉米

轉(zhuǎn)基因玉米苗期和穗期優(yōu)良的防蟲(chóng)性

出品單位

中國(guó)科協(xié)科普部

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部人力資源開(kāi)發(fā)中心

中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)

光明網(wǎng)

學(xué)術(shù)支持

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所

中國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)會(huì)

保定學(xué)院

科普作者

張海文

配圖制作

孫欣悅