花木害虫粉纹夜蛾抗生物农药Bt抗性机制的研究进展

韩端丹

（武汉东湖学院 湖北武汉 430077）

花木害虫粉纹夜蛾抗生物农药Bt抗性机制的研究进展

韩端丹

（武汉东湖学院 湖北武汉 430077）

苏云金芽孢杆菌（Bt）产生的伴孢晶体蛋白（Cry毒素）具杀虫活性，对昆虫有高度选择性而对人畜无害，已开发成生物农药广泛使用。随着Bt农药全世界大量，应用，部分昆虫产生了抗药性。粉纹夜蛾在我国广泛分布且危害较大，已发现其对Bt农药和转Bt基因植物产生抗性。本文比较粉纹夜蛾抗Bt毒素细胞与敏感细胞的各项差异，应用蛋白组学和mRNA组学的方法技术，分析发现敏感细胞与抗性细胞的大部分差异蛋白，都与糖蛋白、胞质结合蛋白、脂蛋白、脂多糖蛋白相关，提示昆虫对Bt抗性的形成可能与膜蛋白有关。

粉纹夜蛾；Bt；抗性；Cry 毒素

苏云金芽孢杆菌，简称Bt，产生的伴孢晶体具有杀虫活性，其活性成分是一种晶体蛋白，即Cry毒素。这种Bt毒素具有高度选择性，对昆虫可致病致死而对人畜无害，目前已开发成生物农药在全世界广泛使用[1]。但随着Bt农药大量长时间应用，一些昆虫对其产生了一定抗性。粉纹夜蛾作为一类鳞翅目昆虫，在我国广泛分布，对棉花、茄子、麻等农作物有较大危害。发现粉纹夜蛾已对Bt药剂及一些转Bt基因植物产生了抗性，因此粉纹夜蛾成为研究昆虫对Bt农药抗性形成机制的一个代表。粉纹夜蛾的抗性比是可变的，开始时抗性很高，但一段时间不经筛选后其抗性开始急剧下降。本文比较粉纹夜蛾抗Bt毒素细胞与敏感细胞的各项差异，为研究粉纹夜蛾抗Bt机制的形成提供参考。

由于不同昆虫对Bt产生的抗性比及抗性形成机制不同，昆虫抗Bt的机制很复杂，进行相关抗性研究也比较困难。为研究粉纹夜蛾抗性机理的产生，本文将粉纹夜蛾粉抗Bt毒素细胞与敏感细胞的在蛋白质差异上的一些指标进行比较，如mRNA的差异、蛋白组学的差异及分子生物学方面的差异等。

1 Bt杀虫机制与粉纹夜蛾对Bt抗性的产生

Bt杀虫作用是通过它针对不同昆虫产生不同特异性的伴孢晶体。Bt所产生的杀虫蛋白晶体（insecticidal crystal proteins，ICPs）是一种原毒素，需中肠胰蛋白酶作用，经剪切而激活[2]。粉纹夜蛾吃了Bt药剂或转Bt基因植物后，ICPs会在其中肠液内溶解，然后被活化，再与中肠上皮细胞的受体结合，导致中肠上的膜穿孔发生生理性的病变或者破坏钠离子泵、钾离子泵，导致机体的紊乱，引起细胞膜的去极化，导致细胞的裂解，从而损伤虫体而致死。而人和哺乳动物肠上皮细胞缺乏那样的受体，因此Bt农药对人畜无害，不污染环境[3]。

长时间以来，通过喷洒混合Bt的药剂和种植各种转Bt的转基因植物来控制害虫对农作物的损害，但随着越来越多昆虫对Bt产生抗性，探究昆虫抗Bt的机制就成为迫切需要。粉纹夜蛾对Bt的Cry毒素产生抗性，经过7代选择后产生的抗性倍数是31。1996年我国从美国孟山公司引进能表达Cry毒素的转基因Bt棉，开始时Bt毒素能有效控制粉纹夜蛾等害虫[4]，但长期使用后害虫却逐渐对Bt棉产生了抗性。Bt杀虫蛋白晶体在虫体内可能经晶体的溶解、原毒素的活化、穿过食围膜、毒素与中肠上皮细胞的结合、孔的形成、细胞的裂解以及中肠完整性遭到破坏等过程，最后导致昆虫致病直至死亡，而与之对应的抗性机制的产生则可能有昆虫拒食、pH值或还原电位的降低、中肠蛋白酶活性的降低、蛋白酶降低Cry毒素与中肠上皮细胞受体的结合力与亲和性、将活化的毒素稀释降低其毒性的毒力、中肠上皮细胞分裂加速，修复能力增强等等[5]。

2 粉纹夜蛾抗Bt毒素细胞与敏感细胞蛋白组的差异

蛋白质是一类重要的生物大分子，是生物体内行使功能的重要单位。研究粉纹夜蛾敏感细胞、抗性细胞、抗性衰退细胞的蛋白质上的差异对了解抗Bt机制的形成很有必要，可以通过蛋白质的差别了解抗性细胞和敏感细胞在结构、功能上的差异。

为比较粉纹夜蛾抗Bt毒素细胞与敏感细胞的蛋白组的差异，采用双向电泳、高效液相色谱及毛细管电泳等研究方法，结果显示3个蛋白质是抗性细胞特有的，这3个蛋白为鞭毛驱动蛋白及脂多糖生物合成蛋白等，可能都与抗性形成相关。通过双向电泳、肽质量指纹图谱及凝胶图像分析来研究粉纹夜蛾敏感细胞与抗Bt毒素细胞的蛋白质组学上的差异，结果显示两种细胞在胞质结合蛋白、磷酸盐结合蛋白这两种蛋白上存在差异。此外在蛋白表达量上，敏感细胞与抗性细胞表达差异显著的有7个。通过肽质指纹图谱鉴定及应用相应的数据库、mRNA差异显示等方法，对差异蛋白质在DIP、INTERACT、ProNet等数据库中分析比较与其他蛋白质之间的同源性，发现敏感细胞与抗性细胞大部分的差异蛋白，都与糖蛋白、胞质结合蛋白、脂蛋白、脂多糖蛋白相关，提示粉纹夜蛾对Bt抗性的形成与膜蛋白有关。

基于上述研究成果，可以看出粉纹夜蛾抗Bt的机制非常复杂，并不是用单一原因就可以完全解释清楚，可以肯定抗性的形成机制有多个方面。这其中可能涉及到基因的表达、沉默及开闭，膜蛋白影响毒素与膜上受体的结合，以及毒素的激活和降解等。综合上述这些研究结果，可以从分子生物学角度上初步解释粉纹夜蛾抗Bt的抗性机制产生的分子机理。

[1]弓爱君，孙翠霞，丘丽娜，等编著.BT生物农药[J].北京：化学工业出版社，2006，6.

[2]喻子牛.苏云金芽胞杆菌制剂的生产和应用[M].农业出版社，1993：30～58.

[3]喻子牛，主编.苏云金杆菌[M]，北京：科学出版社，1990：305～323.

[4]刘子铎，喻子牛.苏云金芽孢杆菌及其杀虫晶体蛋白作用机制的研究进展[J].昆虫学报，2000，43（2）：207～213.

[5]喻子牛，孙明，刘子铎，等.苏云金芽孢杆菌的分类及生物活性蛋白基因[J].中国生物防治学报，1996，12（2）：85～89.

S482.39

A

1005-7897（2017）20-0207-02

2017-9-20

韩端丹（1980-），女，研究方向为生物技术与生物制药。