花木害蟲粉紋夜蛾抗生物農藥Bt抗性機制的研究進展

韓端丹

（武漢東湖學院 湖北武漢 430077）

花木害蟲粉紋夜蛾抗生物農藥Bt抗性機制的研究進展

韓端丹

（武漢東湖學院 湖北武漢 430077）

蘇云金芽孢桿菌（Bt）產生的伴孢晶體蛋白（Cry毒素）具殺蟲活性，對昆蟲有高度選擇性而對人畜無害，已開發成生物農藥廣泛使用。隨著Bt農藥全世界大量，應用，部分昆蟲產生了抗藥性。粉紋夜蛾在我國廣泛分布且危害較大，已發現其對Bt農藥和轉Bt基因植物產生抗性。本文比較粉紋夜蛾抗Bt毒素細胞與敏感細胞的各項差異，應用蛋白組學和mRNA組學的方法技術，分析發現敏感細胞與抗性細胞的大部分差異蛋白，都與糖蛋白、胞質結合蛋白、脂蛋白、脂多糖蛋白相關，提示昆蟲對Bt抗性的形成可能與膜蛋白有關。

粉紋夜蛾；Bt；抗性；Cry 毒素

蘇云金芽孢桿菌，簡稱Bt，產生的伴孢晶體具有殺蟲活性，其活性成分是一種晶體蛋白，即Cry毒素。這種Bt毒素具有高度選擇性，對昆蟲可致病致死而對人畜無害，目前已開發成生物農藥在全世界廣泛使用[1]。但隨著Bt農藥大量長時間應用，一些昆蟲對其產生了一定抗性。粉紋夜蛾作為一類鱗翅目昆蟲，在我國廣泛分布，對棉花、茄子、麻等農作物有較大危害。發現粉紋夜蛾已對Bt藥劑及一些轉Bt基因植物產生了抗性，因此粉紋夜蛾成為研究昆蟲對Bt農藥抗性形成機制的一個代表。粉紋夜蛾的抗性比是可變的，開始時抗性很高，但一段時間不經篩選后其抗性開始急劇下降。本文比較粉紋夜蛾抗Bt毒素細胞與敏感細胞的各項差異，為研究粉紋夜蛾抗Bt機制的形成提供參考。

由于不同昆蟲對Bt產生的抗性比及抗性形成機制不同，昆蟲抗Bt的機制很復雜，進行相關抗性研究也比較困難。為研究粉紋夜蛾抗性機理的產生，本文將粉紋夜蛾粉抗Bt毒素細胞與敏感細胞的在蛋白質差異上的一些指標進行比較，如mRNA的差異、蛋白組學的差異及分子生物學方面的差異等。

1 Bt殺蟲機制與粉紋夜蛾對Bt抗性的產生

Bt殺蟲作用是通過它針對不同昆蟲產生不同特異性的伴孢晶體。Bt所產生的殺蟲蛋白晶體（insecticidal crystal proteins，ICPs）是一種原毒素，需中腸胰蛋白酶作用，經剪切而激活[2]。粉紋夜蛾吃了Bt藥劑或轉Bt基因植物后，ICPs會在其中腸液內溶解，然后被活化，再與中腸上皮細胞的受體結合，導致中腸上的膜穿孔發生生理性的病變或者破壞鈉離子泵、鉀離子泵，導致機體的紊亂，引起細胞膜的去極化，導致細胞的裂解，從而損傷蟲體而致死。而人和哺乳動物腸上皮細胞缺乏那樣的受體，因此Bt農藥對人畜無害，不污染環境[3]。

長時間以來，通過噴灑混合Bt的藥劑和種植各種轉Bt的轉基因植物來控制害蟲對農作物的損害，但隨著越來越多昆蟲對Bt產生抗性，探究昆蟲抗Bt的機制就成為迫切需要。粉紋夜蛾對Bt的Cry毒素產生抗性，經過7代選擇后產生的抗性倍數是31。1996年我國從美國孟山公司引進能表達Cry毒素的轉基因Bt棉，開始時Bt毒素能有效控制粉紋夜蛾等害蟲[4]，但長期使用后害蟲卻逐漸對Bt棉產生了抗性。Bt殺蟲蛋白晶體在蟲體內可能經晶體的溶解、原毒素的活化、穿過食圍膜、毒素與中腸上皮細胞的結合、孔的形成、細胞的裂解以及中腸完整性遭到破壞等過程，最后導致昆蟲致病直至死亡，而與之對應的抗性機制的產生則可能有昆蟲拒食、pH值或還原電位的降低、中腸蛋白酶活性的降低、蛋白酶降低Cry毒素與中腸上皮細胞受體的結合力與親和性、將活化的毒素稀釋降低其毒性的毒力、中腸上皮細胞分裂加速，修復能力增強等等[5]。

2 粉紋夜蛾抗Bt毒素細胞與敏感細胞蛋白組的差異

蛋白質是一類重要的生物大分子，是生物體內行使功能的重要單位。研究粉紋夜蛾敏感細胞、抗性細胞、抗性衰退細胞的蛋白質上的差異對了解抗Bt機制的形成很有必要，可以通過蛋白質的差別了解抗性細胞和敏感細胞在結構、功能上的差異。

為比較粉紋夜蛾抗Bt毒素細胞與敏感細胞的蛋白組的差異，采用雙向電泳、高效液相色譜及毛細管電泳等研究方法，結果顯示3個蛋白質是抗性細胞特有的，這3個蛋白為鞭毛驅動蛋白及脂多糖生物合成蛋白等，可能都與抗性形成相關。通過雙向電泳、肽質量指紋圖譜及凝膠圖像分析來研究粉紋夜蛾敏感細胞與抗Bt毒素細胞的蛋白質組學上的差異，結果顯示兩種細胞在胞質結合蛋白、磷酸鹽結合蛋白這兩種蛋白上存在差異。此外在蛋白表達量上，敏感細胞與抗性細胞表達差異顯著的有7個。通過肽質指紋圖譜鑒定及應用相應的數據庫、mRNA差異顯示等方法，對差異蛋白質在DIP、INTERACT、ProNet等數據庫中分析比較與其他蛋白質之間的同源性，發現敏感細胞與抗性細胞大部分的差異蛋白，都與糖蛋白、胞質結合蛋白、脂蛋白、脂多糖蛋白相關，提示粉紋夜蛾對Bt抗性的形成與膜蛋白有關。

基于上述研究成果，可以看出粉紋夜蛾抗Bt的機制非常復雜，并不是用單一原因就可以完全解釋清楚，可以肯定抗性的形成機制有多個方面。這其中可能涉及到基因的表達、沉默及開閉，膜蛋白影響毒素與膜上受體的結合，以及毒素的激活和降解等。綜合上述這些研究結果，可以從分子生物學角度上初步解釋粉紋夜蛾抗Bt的抗性機制產生的分子機理。

[1]弓愛君，孫翠霞，丘麗娜，等編著.BT生物農藥[J].北京：化學工業出版社，2006，6.

[2]喻子牛.蘇云金芽胞桿菌制劑的生產和應用[M].農業出版社，1993：30～58.

[3]喻子牛，主編.蘇云金桿菌[M]，北京：科學出版社，1990：305～323.

[4]劉子鐸，喻子牛.蘇云金芽孢桿菌及其殺蟲晶體蛋白作用機制的研究進展[J].昆蟲學報，2000，43（2）：207～213.

[5]喻子牛，孫明，劉子鐸，等.蘇云金芽孢桿菌的分類及生物活性蛋白基因[J].中國生物防治學報，1996，12（2）：85～89.

S482.39

A

1005-7897（2017）20-0207-02

2017-9-20

韓端丹（1980-），女，研究方向為生物技術與生物制藥。