基因工程微生物农药—昆虫杆状病毒
时间:2010-03-01 来源： 作者:
昆虫杆状病毒也是一类重要的、较早应用的昆虫病原微生物。昆虫感染病毒很常见，杆状病毒科的宿主范围限定在一小部分节肢动物昆虫、一些甲壳类和螨类，然而，敏感昆虫包括许多害虫。杆状病毒占所有已知感染昆虫病毒的60％以上，它们对脊椎动物和植物不具致病性。目前至少已有600多种昆虫（主要是鳞翅目昆虫）和其它无脊椎动物中发现杆状病毒感染，并常常在引起昆虫流行病，也是调节昆虫种群密度的重要病原因子。 杆状病毒的重要特征之一就是在其生活史的某一阶段，产生包含体，病毒粒子包埋于包含体的蛋白基质中。敏感幼虫吞食了污染病毒包含体的食物会导致昆虫感染，病毒包含体在宿主消化道碱液中崩解，释放出病毒颗粒，病毒颗粒进入宿主的肠上皮细胞。宿主死亡和分解后，包含体可以较长时间保护病毒使之不失去感染力，当包含体被其它幼虫吞食后，疾病可在昆虫群体中传播。
作为微生物杀虫剂，杆状病毒具有优异的性能。杆状病毒的宿主范围很窄，他们对其他非目标昆虫的影响很小。效果良好，在虫害发生前期使用防效达99%以上。杆状病毒产生的包含体具有侵染性病毒颗粒，对环境的生物稳定性起重要作用，使得利用传统技术去制造和应用病毒更容易。作为昆虫专一性的病原微生物，对人畜、天敌、环境安全，是生产有机食品必不可少的生物农药，其市场前景看好。从1985年国家投资在湖北蒋湖农场建立我国第一个棉铃虫病毒杀虫剂工厂以来，已有多种病毒杀虫剂研制成功，并进人批量生产，在发展“无公害”蔬菜生产中发挥了重要的作用。
当然，此类微生物农药也有缺点。病毒杀虫剂比化学杀虫剂更昂贵；许多杆状病毒具有高度的宿主特异性，因此它们只能进行选择性害虫的控制，而多数植物却同时受多种不同鳞翅目害虫攻击；杆状病毒杀虫的速度慢，宿主吞食病毒4~6天后才死亡，其间的大多数时间幼虫仍继续破坏作物；另外，若将杆状病毒用传统的喷雾技术喷到植物叶子上，在紫外线照射下很快就会失去活性。上述这些因素制约了杆状病毒作为害虫杀虫剂的更广泛应用。因此需要通过基因工程技术对它们进行改良。
生产人们希望的广宿主范围的品系是完全可能的，一种来自苜蓿拟尺蠖的苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒，已知的宿主范围包括鳞翅目11科中的43种，决定杆状病毒的宿主范围和毒性的因素还在研究之中。杆状病毒基因工程的技术路线是，去除某些不影响病毒复制和感染的基因，在其强启动子后面插入能增强杀虫毒力的外源基因，如利尿激素基因、Bt杀虫蛋白基因、蝎神经毒素基因等。工程病毒对害虫致病时间可缩短25％~40％，进食量可减少30％~50％，防治效果明显改善。
近年研究较多的基因还有在侵染早期表达的蜕皮类固醇UDP-葡萄糖基转移酶基因egt和在侵染后期表达的蜕皮转录因子基因CHR3。egt的缺失或基因CHR3的大量表达可使害虫迅速蜕皮和停止取食而死亡。还有学者提出让杆状病毒建立对紫外线诱导的损伤更为有效的DNA修复系统，来降低病毒对紫外线的敏感程度，增强杀虫能力。
昆虫病原真菌对害虫也具有广泛的寄生性和致病性，但因其遗传背景复杂、杀虫分子机理和遗传改良的研究较昆虫病原细菌和病毒相对滞后。值得一提的是，这方面的研究已有显著进展，如St Leger等已从绿僵菌（Metarhizium anisopliae）中分离出一种类似枯草杆菌素的蛋白酶，在工程菌中高表达后使烟草天蛾的食量减少了40％，死亡时间加快一倍以上。
许多化学杀虫剂对环境具有不利影响，对人类的健康形成了巨大的威胁，因此不得不减少对化学杀虫剂的依赖，施用时进行更加规范的控制。而且许多害虫对广泛使用的化学杀虫剂产生了抗性。基因工程技术的应用为农业微生物遗传改良与各类微生物杀虫剂的开发开辟了新的途径，目前的研究已经显示了这项技术发展的巨大潜力。应用基因工程技术生产和修饰改造这些生物杀虫剂，对微生物制剂用于虫害治理开创了新局面。
