微生物殺蟲劑

Bt蛋白是什么?聽起來很高深，它的學名是蘇云金芽孢桿菌(Bacillusthuringiensis，Bt)，屬于革蘭氏陽性細菌。然而，它也正是目前世界上應用最廣泛的微生物殺蟲劑。

差點與世界失之交臂

明治維新后的日本，經濟發展十分迅速，養蠶業就是一個代表。當時日本不僅是最大的蠶絲產地，還是最主要的蠶絲出產國。不過在19世紀和20世紀之交，一種叫做猝倒病的細菌性疾病襲擊了日本的養蠶業。被感染的病蠶突然停止進食桑葉，隨后出現顫抖的癥狀，并且很快側倒死亡。這種病傳染迅速，來勢猛烈，對整個產業形成了威脅。于是日本的科學家希望能找到對付這種傳染病的辦法。1901年，細菌學家石渡繁胤成功地分離出了“猝倒病”的病原體。在顯微鏡下，病原體細菌呈棒狀，是一種桿菌。石渡將它命名為猝倒桿菌。不過石渡并沒有更深入地研究下去，也沒有及時發表研究結果，所以他的發現很快就被埋沒了。

10年后，在地球另一端的德國，一家面粉加工廠的老板注意到一個奇怪的現象。一般來說，面粉在儲存的過程中，免不了會被一些昆蟲糟蹋。比如一種叫做地中海粉螟的鱗翅目動物，就是讓面粉廠最為頭痛的害蟲之一。不過這一次，情況發生了變化，當地中海粉螟的幼蟲吃了面粉之后，出現了大規模死亡的現象。這是為什么?德國科學家恩斯特·貝爾林納經過仔細地研究，像石渡繁胤一樣成功地分離出了病原體桿菌。不過他并不知道石渡繁胤曾經的發現，他根據發現地將其命名為蘇云金桿菌(Bt)。

有意思的是，貝爾林納不久之后就把培養Bt的培養基弄丟了。在當時，人們還沒有充分認識到Bt的使用價值，差點就要和這種日后對人類造成巨大影響的微生物失之交臂。不過幸運的是，后來的研究人員在1927年重新從地中海粉螟中分離出了Bt。

很快，科學家就發現一個重要的事實，后來分離出的Bt有極強的生物針對性——它能殺死鱗翅目昆蟲，而對其他動物沒有什么影響。于是，Bt開始被用于控制有害生物。20世紀20年代末，美國政府試著用Bt控制森林害蟲舞毒蛾，效果不錯。歐洲也做了類似的嘗試：法國在1938年成功地研制出第一個商業化的Bt殺蟲劑。到了50年代，Bt作為綠色有機農藥，在美國開始被大規模地應用，原因是當時發現其主要農藥DDT很難降解。DDT雖對哺乳動物無急性毒殺作用，但是針對性不強，不僅能殺死節肢動物，還能在鳥類的身體中積累。所以更有針對性的Bt開始被大量應用在森林和農業害蟲的防治上。

缺點與優點并存

雖然有很多優點，但是Bt作為生物農藥的缺陷也很明顯。首先，它的價格很貴。其次，它在自然環境中很不穩定。作為噴灑劑，Bt農藥很容易被雨水沖走，在紫外線的照射下也很快被分解。這就意味著農民需要多次噴灑Bt殺蟲劑，不僅麻煩，而且還提高了成本。隨著更加便宜的化學合成殺蟲劑的出現，Bt農藥在市場上的份額大幅度下降，只有那些堅持用有機綠色方式種植作物的農民才會使用它。所以如何改進更加環保的生物農藥，讓它們變得便宜、穩定，成了一個棘手卻十分重要的問題。

這個問題的解決，得益于現代生物技術的誕生。20世紀50年代中期，科學家發現Bt蛋白對鱗翅目動物產生的毒性來自孢子形成過程中產生的晶體蛋白質。1981年，美國的研究人員成功地提純了這種蛋白質并將其命名為cry。隨后他們克隆出了cry的基因，幾年以后，又把Bt蛋白的基因轉入玉米和棉花中，讓它在植物中持續地表達出來。這樣，就不需要人工噴灑Bt蛋白了。轉基因技術和傳統的雜交育種技術并無本質的區別，但是它的可控性更好。打個比方，如果說傳統的雜交育種是盲目地將大量基因像一團亂麻一樣塞入新品種，那么轉基因技術更像一把鋒利的手術刀，能夠精準地切割我們需要的基因，然后把它接入新作物中。這樣，培育新品種作物的不確定性就大大降低了。Bt轉基因作物的出現還有一個好處，因為Bt蛋白更加集中地出現在植物體內，所以誤傷非農業害蟲的幾率變低了不少。經過了10年的檢驗后，1996年，轉基因玉米和棉花在美國成功地上市。從那時算起已經有十多年的時間，還沒有發現對人類健康有任何負面的影響。Bt轉基因作物對于環境的貢獻是巨大的。在美國，轉基因抗蟲棉讓殺蟲劑的使用量降低了82％。而在中國，轉基因棉的種植也可以讓農藥的使用量降低60％～80％。

蟲吃了要死，人吃了會怎樣?

人類使用Bt的歷史已經有大半個世紀了。在此期間，科學家做了數不清的實驗評估Bt中cry蛋白的安全性。檢驗一種物質是否有毒，最直接的方法就是急性經口毒性檢測。科學家用純的Bt蛋白在老鼠身上做實驗。對于老鼠來說，按照每千克體重口服3.8～5克cry蛋白的量是安全的。中國的轉基因水稻中Bt蛋白含量不超過每克2.5微克，所以一個體重60千克的人吃120噸稻米也不會因為cry蛋白而中毒。另一方面，Bt蛋白在人體內不能積累。如果把它加入胃液提取物中，所有的Bt蛋白會在0～7分鐘內被分解，這是一種容易消化的蛋白質。而且它包含了全部的人體必需氨基酸。所以從某種程度來說，Bt蛋白不但沒有毒性，反而具有營養。

對Bt蛋白的毒理研究顯示，Bt蛋白本身是無毒的，是一種原毒素。這種原毒素可以被某些昆蟲體內的酶活化，隨后能夠結合在腸道的受體上。造成腸道穿孔。人類和絕大多數動物既沒有可以激活原毒素的蛋白酶，也不存在能和Bt蛋白特異性結合的受體，所以Bt蛋白質對人類的健康沒有任何影響。很多人對Bt蛋白的恐懼來源于“蟲吃了要死，人吃了會怎樣”的擔憂。然而，人類和昆蟲本來就是完全不同的物種。番茄堿，辣椒素都能殺蟲，但是并不妨礙番茄和辣椒成為人們喜愛的食物。

還有一些人擔心Bt蛋白會成為一種過敏原，這種擔心也是不必要的。Bt蛋白在氨基酸序列和蛋白質結構上都和人類已知的過敏原相差很大，而且沒有任何實驗證據說明它能夠引起過敏反應。美國自上世紀50年代開始大規模使用Bt蛋白作為生物農藥，迄今為止只發現了兩例有爭議的過敏案例。其中一人有嚴重的食物過敏癥，所以不能確定過敏原一定是Bt蛋白——就算是Bt蛋白，也不能說明什么，要知道美國每年因為花生過敏死亡的人數就有約100人。

一些新的cry蛋白也成功地從Bt中分離出來，它們可以殺滅不同的昆蟲種類，但是都具有特異度高的特點。某些cry蛋白可以對抗鞘翅目昆蟲，土豆的頭號殺手一科羅拉多甲蟲以及我國重要的用材樹種楊樹的天敵天牛都屬于鞘翅目，另外一些cry蛋白則針對雙翅目昆蟲。雖然雙翅目昆蟲大多不是農業害蟲，但是它們能傳染疾病。蟠尾絲蟲癥又叫河盲癥，是僅次于沙眼之后的第二大致盲傳染病。河盲癥由一種叫做黑蠅的雙翅目動物傳播，一度在非洲非常流行。1974年開始，聯合國衛生組織開展了蟠尾絲蟲癥控制計劃(OCP)，這一計劃大量地使用Bt撲滅黑蠅。1985年以來，每年的Bt用量都在21萬升～40萬升之間。OCP計劃最后大獲成功，3000萬人得到了保護。據估計，因為OCP計劃直接避免盲眼的人數就有26萬5千人。Bt作為控制疾病最主要的因素之一，功不可沒。

大自然不是為了人類而設計的。自從1萬年前最原始的農業產生以后，人類就開始逐漸將天然的野生植物改造成適合人類食用的作物。開始是通過無意識的人工選擇。上世紀產生的誘變育種和雜交育種技術讓我們能夠人為地改變作物的基因組。不過這種改變是隨機的，摻雜了很多不定因素。轉基因技術的誕生讓人類能夠更有效地使作物符合自己的需要。縱觀人類歷史，科學技術一再幫助我們提高了生活質量，延長了平均壽命。正是因為一代代人努力并負責任地改造這自然中野生的物種，我們貨架上的食品才會越來越豐富，越來越可口，越來越健康，越來越安全。

責任編輯 趙 檸