欧洲玉米螟Ostrinia nubilalis(Hbn.)是北美严重影响玉米产量和品质最重要的害虫,转Bt基因抗虫玉米(以下简称Bt玉米)的商品化,为控制玉米螟为害提供了新的途径。
一、Bt玉米的培育
植物遗传研究人员将选定的外源DNA插入玉米植株的DNA。为了保持产量、丰产性和抗病性等重要的农艺性状,种子公司选择优良的杂交种用来作Bt玉米的转育。
导入玉米的基因载体由3种基本成分组成:(1)蛋白质基因。即为更好的在玉米体内表达,产生晶体蛋白的经过修饰的Bt基因,目前在美国和加拿大应用的第一代Bt玉米杂交种所表达的是Cryl Ab、Cryl Ac或Cry9C中的一种基因。在不久的将来,转基因杂交种可能会产生其他晶体蛋白或其他来源的蛋白。(2)启动子。是用来控制晶体蛋白在植株体内表达部位和表达量的,有些启动子限定晶体蛋白在植株的特定部位如光合作用的绿色组织和花粉中表达,如PEPC,而有些启动子可以在全株表达晶体蛋白,如CaMV/35S。(3)标记基因。标记基因的存在可以使种子公司鉴定是否已将外源基因成功导入。常用的标记基因包括抗除草剂基因如Round Up和Liberty R以及抗体基因。
通过不同的植物转化技术将基因载体插入到玉米中并成功的转化,称为转化子,转化子将基因载体和Bt DNA切入到玉米DNA的部位不同。切入点的不同可影响Bt蛋白的表达并可能影响植株的其他功能。因此,种子公司很认真地审查转化子,以确保Bt蛋白的产生对农艺性状没有副作用。
Bt玉米于1995年经美国环境保护局(EPA)批准登记后,到1997年9月美国环境保护局(EPA)已登记了4种用于商业的不同转化子,它们是:Novartis种子公司和Mycogen种子公司的176,Northrup King/Novartis种子公司的BT11,孟山都(Monsanto)公司的MON810和DEKALB公司的DBT418。176分别被Novartis和Mycogen注册商标为“Knock Out”和“Nature Gard”,而BT11和MON810的商标均为“Yield Gard”,DBT418的商标为“Bt-Xtra”,最近,Agr Evo公司将CBH351转化子注册为“Stralink”。176、BT11和MON810转化子表达的蛋白均为Cryl Ab,DBT418表达的蛋白为Cryl Ac,而CBH351所表达的为Cry9c。了解这些转化子和它们如何影响表达对选择玉米杂交种是至关重要的。
二、Bt玉米的杀虫效果及对天敌的影响
1 对欧洲玉米螟的控制作用同现行的综合防治技术相比,Bt玉米有明显改进对欧洲玉米螟控制的潜力,化学杀虫剂在施用适时的情况下,对第一代和第二代玉米螟幼虫的防效分别是60%~95%和40%~80%。任何一种Bt玉米对心叶期一代玉米螟的控制效果均在99%以上,而对二代玉米螟幼虫的控制效果则因品种而异。这同Bt玉米品种之间的Bt基因种类以及在玉米植株体内表达的部位有关,如在大量人工接种条件下, BT11和MON810和176对心叶期一代玉米暝的防效都高达96%左右,虽然这3个品种表达的Bt基因均为Cryl Ab,但对穗期二代螟的防效却明显不同,176的防效仅有75%,其原因是BT11和MON810全株都能产生晶体蛋白,而176仅在植株的绿色组织和花粉中产生毒蛋白,部分取食花丝和子粒的幼虫后期钻蛀茎秆和穗轴。而在不同Bt玉米植株不同发育阶段人工接种4龄的欧洲玉米螟幼虫, BT11和MON810和CBH351可以有效控制玉米螟为害,176在营养生长阶段可以有效控制大龄玉米螟幼虫,但在抽雄进入生殖生长阶段后,其蛀孔隧道数增加,而DBT418在营养生长和生殖生长阶段对大龄幼虫的控制效果均不理想。另有田间试验表明,取食Bt玉米CBH351叶片的2~4龄欧洲玉米螟在4d内全部死亡,即使在过量的人工接种下,平均每株蛀孔隧道长度仅为0.09~0.14cm,而对照则分别为30和23cm。