土壤胶体对bt毒蛋白吸附作用的研究进展

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1、土壤胶体对Bt毒蛋白吸附作用的研究进展摘要：随着转基因抗虫植物的大范围种植，以及生物农药用量的日趋增多，Bt毒素蛋白在土壤中的降解和残留越来越受到人们的关注。本文系统综述了转Bt基因作物的发展现状、Bt毒蛋白的来源以及Bt毒蛋白在土壤中的吸附残留，着重分析温度、pH、有机质、土壤颗粒等因素对Bt毒蛋白吸附的影响，旨在为进一步研究Bt毒蛋白在土壤中的环境化学行为提供依据，为转Bt作物的生态安全评价提供参考。　　关键词：Bt蛋白吸附土壤胶体影响因素　　前言　　自1983年第一例转基因植物问世以来，植物转基因技术的研究发展迅速。转Bt植物因其良好的经济效益，迅速地得到推广和应用。但转Bt植

2、物可通过根系分泌，花粉传播等方式进入土壤环境，进入土壤的Bt毒蛋白能被土壤颗粒如粘土矿物、腐殖酸、有机矿物聚合体等快速吸附，并长期保持杀虫活性，抵抗微生物的降解(Stotzky，2000)，导致土壤特异生物功能类群以及土壤多样性发生改变，甚至产生级联效应(孙彩霞等，2002)转基因植物给人们带来经济效益的同时，其潜在的生态环境问题也越来越越来越引起人们的重视(李孝刚等，2008)。　　Bt毒蛋白在土壤中的吸附受多种环境因素例如温度、pH值、时间、土壤中有机碳等的影响。本文系统综述了转Bt基因作物的发展现状、Bt毒蛋白的来源以及其在土壤中的吸附残留等，旨在为进一步研究Bt毒蛋白在土壤中

3、的环境化学行为提供依据，为转Bt作物的生态安全评价提供参考。　　1、转Bt基因作物和Bt毒蛋白　　苏云金芽孢杆菌Bacillusthuringiensis，简称Bt，革兰氏阳性需氧型芽孢杆菌，于1909年在德国苏云金省首次发现并命名，是一种被广泛应用的生物杀虫剂(杨大兴等，2008)。其产生的杀虫晶体蛋白与受体结合，会引起昆虫代谢紊乱甚至死亡(张永军等，2002)，其杀虫原理也被广泛运用于转基因抗虫育种实践。　　1987年，Vaeck等(Bartonetal.,1987)首次成功获得转Bt基因作物，到目前为止，已有包括烟草、番茄、棉花、玉米、马铃薯、油菜、大豆、木瓜、小麦、水稻在内的

4、数十种转Bt基因作物问世(James，2006)。至2004年，全球的转Bt作物的种植面积达到1560万hm2，自1996起的10年间，转基因作物全球累计市场价值约为293亿美元，2006年为61.5亿美元(James，2007)。国内关于转Bt作物的研究起步较晚，但是发展较快，我国是第二个获得自主知识产权生产转基因抗虫棉的国家。　　转Bt作物可以抵抗害虫侵害，提高作物产量，减少农药的使用，降低环境污染，从而增加经济利润。然而转Bt基因作物可向土壤中释放Bt毒素蛋白，并引起残留，改变土壤的生态平衡，其所带来的潜在危机已引起人们的重视(陆小毛等，2006)。　　转Bt毒素蛋白进入土壤的

5、方式多样。转Bt作物的根系分泌是其释放到土壤中的主要方式之一(杨大兴等，2008)。1999年，Saxena等在Nature上报道，转Bt玉米根系向土壤中分泌杀虫毒蛋白(Saxenaetal.，1999)。转Bt作物的残体是Bt毒蛋白进入土壤环境的另一重要方式。转Bt作物在其整个生育期散各种残体(诸如落叶、植物组织等)进人土壤，以及收获后大量残留在土壤中的残茬都是土壤中Bt毒蛋白的主要来源。吴立成等(2004)发现生育期内“克螟稻”根系分泌的Cry1Ab毒蛋白含量可高达48.02ng/(株•d)，其地上部和根部中Cry1Ab的表达量更高，最高可达8.22μgg-1，故在其秸秆还田过程

6、中，会将CrylAb杀虫毒蛋白释放到土壤。另外，转Bt作物杀虫毒蛋白还可以通过花粉、伤口等途径进入土壤环境中(吴立成等，2004)。　　2、Bt毒蛋白的吸附研究　　2.1Bt毒蛋白的吸附动力学研究　　研究表明，土壤颗粒对蛋白质的吸附过程可分为如下三个阶段：首先是液膜扩散，蛋白质等大分子先由溶液扩散至吸附剂的外表面，然后，由吸附剂外表面沿孔内液相扩散至吸附剂颗粒内部，称为孔内扩散，最终，吸附剂活性中心与蛋白质相互作用(李慧姝等，2008)。　　Bt蛋自在土壤胶体表面的等温吸附曲线为L型，可用Langmuir和Freundlich方程拟合，Freundlich方程拟合效果更好;蛋自在土壤

7、胶体表面吸附是一个自发的放热反应，且该吸附主要是物理吸附;Bt毒蛋白在红壤和黄褐土胶体表面的吸附为熵增反应，而在砖红壤和黄棕壤表面的吸附与之相反(付庆灵等，2008)。Pagel-Wieder等(2007)的研究表明，在一定蛋白浓度内，Bt毒蛋白的等温吸附线是一条线性方程。　　2.2吸附的影响因素研究　　Bt毒蛋白进入土壤后，可与土壤粘粒和腐质酸迅速结合，而在土壤中残留。Bt毒蛋白在土壤颗粒表面的吸附受温度，时间，蛋白浓度，粘土颗粒，土壤表面电荷量和表面积