转基因抗虫棉课件.pptVIP

为何要发展转基因抗虫棉 作物在种植过程中受到的第一大危害就是来自于害虫的危害。每年为了控制害虫的危害都不得不大量使用化学杀虫剂，不但成本高，而且污染环境。因此科学家一直致力于培育抗虫转基因作物。 我国是植棉、缠绵、耗棉大国，棉花生产对于国民经济发展具有举足轻重的作用，一直备受国家关注。20世纪90年代前期，我国北方棉区棉铃虫连年大爆发，造成重大经济损失。棉铃虫灾害致使长江流域棉产区减产30%以上，黄河流域棉产区减产60%~80%，部分地区甚至绝产。由此每年给国家造成几十亿甚至上百亿元的经济损失。仅1992年，全国为防治棉铃虫共消耗约15万吨纯农药，约占当年我国纯农药产量的3/4。然而，长期使用农药控制棉铃虫，是棉铃虫对这些农药产生了抗药性，农民为了防治棉铃虫不得不加大用药量，但效果仍然微乎其微，反而严重破坏了生态环境，损害了棉农的身心健康。因此，进行棉花抗虫基因的转化一直是国内科学家努力的方向。 转基因棉花的发展 1987年美国Agracetus公司首次报道将外源苏云金芽胞杆菌（Bacillus Thuringiensis）杀虫晶体蛋白转入棉花，但抗虫效果不理想。1988年，孟山都公司对Bt基因的结构进行了改造，并将该基因导入棉株，获得了多个转化系，均表现出较好的抗虫性。1995年正式申请并通过美国环保局的批准登记。 我国为了解决棉铃虫对棉花生产带来的危害，1990年中国农业科学院生物技术中心从苏云金芽孢杆菌中分离、克隆了Bt基因，但抗虫效果不太理想。我国科学家对Bt基因和启动子进行了改造，在国内首次合成了BtCryⅠA杀虫晶体蛋白结构基因，该基因能在棉花中高效表达。1993年将人工合成的CryⅠA基因导入中棉12、泗棉3号等品种中，抗虫能力可达90%以上。 为防止棉铃虫对单一杀虫蛋白产生抗性，我国科学家又将人工合成的CryⅠA基因与修饰后的CpTI（豇豆胰蛋白酶抑制剂）基因组合在一起导入棉花，研究成功能同时产生两种杀虫蛋白的双价抗虫棉，并首次在国际上开发应用。 * 转基因抗虫棉 转基因棉为何能抗虫 Bt 毒 蛋 白 蛋 白 酶 抑 制 剂 转基因棉为何能抗虫 Bt毒蛋白 苏云金芽胞杆菌(Bacillus Thuringiensis)形成芽孢时可伴随产生杀虫晶体蛋白（ICP)，Bt杀虫蛋白可以分为α—外毒素、β—外毒素、δ—内毒素等·，其中用于转基因植物的主要为δ—内毒素。δ—内毒素在昆虫肠道中被昆虫蛋白酶在碱性条件下分解成较小的分子量(60一64 kD)的毒性多肽。这种毒性多肽可与昆虫肠道内的特定受体结合，引起昆虫肠道麻痹，使昆虫迅速停止取食，导致昆虫细胞膜产生穿孔，破坏细胞膜渗透平衡，引起细胞裂解，最后导致昆虫致病或死亡。 不同种类的BT蛋白具有不同的抗虫谱，CryⅠ型抗鳞翅目某些昆虫，CryⅡ型则能抗某些鳞翅目和双翅目害虫，CryⅢ型则能抗鞘翅目害虫，CryⅣ 型只能抗某些双翅目害虫。 研究表明，大部分Bt杀虫晶体蛋白有杀虫专一性和高度选择性，对植物、人、畜和益虫无害。 Bt蛋白 蛋白酶抑制剂 植物组织中储存着相当丰富的蛋白酶抑制剂，蛋白酶抑制剂能与蛋白酶的活性部位和变构部位结合，抑制酶的催化活性或阻止酶原转化为有活性的酶。当昆虫食用这些植物时，植物由于组织受到损伤而使蛋白酶抑制剂表达量剧增，抑制剂会抑制昆虫体内生理代谢过程中所必需蛋白酶活性，由于昆虫不能消化食物中的蛋白质，引起某些必需氨基酸的缺乏，扰乱昆虫的正常代谢，最终导致昆虫死亡. 蛋白酶抑制剂的种类很多，目前用于转基因抗虫棉培育并已获得转化植株的蛋白酶抑制剂基因有：豇豆胰蛋白酶抑制剂(CpTI)基因、大豆胰蛋白酶抑制剂(STI)基因、慈姑蛋白酶抑制剂(API)基因和马铃薯蛋白酶抑制剂—Ⅱ(PI-Ⅱ)基因等几类。 CpTI是一种小分子多肽约含80个氨基酸，它具有广泛的抗虫谱，对棉铃虫、蚜虫、红铃虫、面象鼻虫、玉米螟等鳞翅目、直翅目、鞘翅目的害虫都有毒杀作用。蛋白酶抑制剂不易使昆虫产生耐受性，对人畜无害。 在1987年获得了转CpTI基因的烟草植株后，美国孟山都公司也将CpTI基因导入陆地栽培棉品种中。我国转CpTI基因的研究已开展多年，并先后获得了转CpTI基因和转Bt+CpTI双价基因棉花。 普通棉花 转基因抗虫棉 将抗虫基因通过根瘤农杆菌介导法或花粉管通道法导入棉花的愈伤组织并通过修饰使其能在植物细胞中稳定存在、表达和遗传，就能获得能稳定遗传的转基因抗虫棉。抗虫棉在生长过程中能表达出抗虫蛋白，从而具有抗虫能力。 抗虫棉的经济效益 1998年，我国黄河棉区开始推广转基因抗虫棉，当年种植27万公顷，只占棉花种植总面积的5