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棉铃虫病毒杀虫剂的研究与应用
  文章来源: 发布时间:2004-10-10 【字号: 小  中  大   

棉铃虫病毒杀虫剂是武汉病毒所历经20多年的研究所取得的成果,在其不断研发和推广的过程中,凝聚了老中青三代科学家的心血。在国际上首创“基因对等排列图”研究方法,首次揭示出杆状病毒基因组排列的共同特征。率先开展对中国棉铃虫病毒杀虫剂的基因工程改良,已获得多株基因改良品种。棉铃虫病毒杀虫剂是中国科学院武汉病毒研究所在国内首次研制成功通过中试的第一个昆虫病毒杀虫剂。分为野生型棉铃虫病毒杀虫剂和基因工程重组棉铃虫病毒杀虫剂两种类型。可用于防治棉花、烟草、番茄等作物上的棉铃虫、烟青虫,它具有杀虫率高、作用专一、不伤天敌、药效持久、对人畜无毒、不产生抗性等优点,是一种高效无毒的新型生物农药,被联合国粮农组织与世界卫生组织推荐为化学农药理想的代用品。其中第一类杀虫剂获中国科学院科技进步奖二等奖;第二类现已获准进入田间中试和环境释放,申请专利9项,授权专利1项。

70年代初武汉病毒所的科研人员为解决化学农药污染环境、棉铃虫抗药性日益增长的问题,着手开展棉铃虫病毒杀虫剂的研制。1975年,从棉铃虫体内分离出了棉铃虫特异性病原病毒(HaSNPV)用于棉铃虫的防治。1976年起,与湖北蒋湖农场协作,对棉铃虫病毒进行应用基础和生产应用研究。主要对棉铃虫病毒的生物学特性,包括病毒的理化性质、血清学特性、病毒复制增殖规律、病毒侵染途径、昆虫细胞培养等进行了潜心研究,取得了一批国际先进的学术成果。并通过多年的生产实践,以武汉病毒所分离的高效棉铃虫病毒株为毒源,通过工厂化大量饲养棉铃虫幼虫增殖病毒,经过添加病毒增效剂、光保护剂等成分生产出制剂,研制成功棉铃虫核多角体病毒杀虫剂,并于1989年在蒋湖农场建成我国第一座半机械化生产的中间试验工厂。在病毒杀虫剂的生产工艺流程、剂型开发等方面获得多项专利。1993年这种野生型棉铃虫病毒被登记注册为我国的第一个病毒杀虫剂。该杀虫剂问世后,转化到11个生产厂家,每年可生产300-500吨,应用面积可达300-500万亩。现已累计生产2000余吨,应用面积2000万亩次,防治效果为85%-92%,是世界上病毒杀虫剂应用的成功范例,在国际上有较大影响,并曾出口美国,创造了良好的生态效益和经济效益。

1995年病毒所的科学家又提出并展开了基因工程重组棉铃虫病毒杀虫剂的研究,当年我国棉铃虫害又一次大爆发,损失近100亿元,棉铃虫的防治受到了各方空前关注。野生型病毒杀虫剂有一个较大的缺陷:杀虫速度较慢,病毒洒进棉田4-5天后才能杀死虫子,且宿主范围过窄、对高龄害虫需用量大。特别是见效较慢,使得杀虫剂推广起来有相当难度。能否通过病毒基因研究,改变其原有的生物特性,从而获得更优良的杀虫剂产品呢?这不只是摆在我国,也是摆在世界面前的一道难题。随着杆状病毒分子生物学及基因工程技术的发展,科学家们提出了对野生型病毒进行遗传改良,构建高效广谱安全的重组病毒杀虫剂的新策略。美国、英国、加拿大、以色列等世界发达国家的政府和大型生物农药公司均投入相当的力量加以研究,研制新一代工程病毒杀虫剂成为国际竞争的热点。其中,美国著名的生物农药企业杜邦公司也集中人力物力,破译美洲棉铃虫病毒基因。

基因工程产品的开发,需要病毒的分子生物学研究做基础。从1993年起武汉病毒所开始与荷兰Wageningen大学进行国际合作研究,主要开展杆状病毒的分子生物学及利用基因工程改良杆状病毒杀虫性能的合作研究。新世纪初,世界上正值随机文库测序法刚刚成熟,以陈新文为骨干的科研人员依托长期的分子生物学积累,并抓住这一契机,利用最先进的方法进行基因测序。一个多月下来,几乎每天工作到凌晨3、4点钟。通过深入研究取得一系列重要进展:HaSNPV全长131403bp,编码长度在50氨基酸以上的基因135个,其中110个为杆状病毒的同源基因,20个为HaSNPV的特有基因。利用“基因对比排列图”方法,该研究首次揭示出杆状病毒基因组排列的共同特征,对杆状病毒的基因组结构和进化研究具有重要意义。研究结果发表于2001年1月的Journak of Generak Virokogy上。武汉病毒所对基因组序列拥有自主知识产权。据美国ISI的数据库2002年3月统计的基本科学指标ESI表明:该篇论文已被引用20次,而且大多数都是国外引用的,属高被引论文。该研究成果占据了棉铃虫病毒功能基因组研究和遗传改良的制高点,标志着在杆状病毒基因组的结构与分子进化研究中居世界领先水平。

中国棉铃虫单核衣壳核型多角体病毒(HaSNPV)的全序列测定成果发表后,杜邦公司眼看研究进程大大落后,自动放弃竞争,并提供大部分研究成果。陈新文等又与美国和荷兰科学家一起完成了美洲棉铃虫核型多角体病毒(HzSNPV)基因组全序列分析,该成果证明了中国棉铃虫单核衣壳核型多角体病毒和美洲棉铃虫核型多角体病毒是同一病毒的不同分离株。

在理论得到突破后,武汉病毒所在世界上率先利用DNA重组技术对野生型棉铃虫进行基因工程改良,成功地将棉铃虫病毒基因同蝎毒基因进行重组,开发出一系列杀虫性能更为优良的新一代重组棉铃虫病毒杀虫剂。经过大量的田间试验及生物测定表明,含有蝎毒基因的重组棉铃虫病毒的药效达到2天左右,而且棉铃虫在中毒后食量下降52%。当前棉铃虫病毒功能基因组的研究已全面展开,有3种重组棉铃虫病毒通过我国农业部农业生物基因工程安全性评价,成为获准进入田间试验和环境释放的我国第一个重组病毒杀虫剂,在此基础上有望研制出国际上第一例商品化生产的重组病毒杀虫剂。

撰稿人:尚纳新 陈新文

点评:

武汉病毒所棉铃虫病毒杀虫剂的研究,历经27年三代科研人员的共同努力,攻克了一个个难关,不断提高,取得一系列重要成绩。开展“新一代工程病毒杀虫剂研究”,体现了科研人员敢于站在国际前沿,参与最先进技术竞争的雄心壮志。在研究过程中,既注重国际合作,取长补短;更注重在此基础上的自主创新,这是成功的关键。他们敏感地抓住契机,利用最先进的方法--随机文库测序法,进行基因排序,并在国际上首创了“基因对比排列图”研究方法,使此项研究获重要进展。

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