本文摘要：本篇文章是由 《中華放射醫學與防護》 發表的醫學論文，創刊于1981年，由中華醫學會主辦。本刊理論與實踐相結合，普及與提高相結合，促進我國放射醫學與防護事業的發展。主要報道電離輻射生物效應，放射治療劑量控制，放射病診斷治療及實驗研究，放射衛生防
本篇文章是由《中華放射醫學與防護》發表的醫學論文，創刊于1981年，由中華醫學會主辦。本刊理論與實踐相結合，普及與提高相結合，促進我國放射醫學與防護事業的發展。主要報道電離輻射生物效應，放射治療劑量控制，放射病診斷治療及實驗研究，放射衛生防護，環境放射性，環境放射性監測，核事故醫學應急等理論與應用方面的文章。
摘要：隨著轉基因抗蟲植物的大范圍種植，以及生物農藥用量的日趨增多，Bt毒素蛋白在土壤中的降解和殘留越來越受到人們的關注。本文系統綜述了轉Bt基因作物的發展現狀、Bt毒蛋白的來源以及Bt毒蛋白在土壤中的吸附殘留，著重分析溫度、pH、有機質、土壤顆粒等因素對Bt毒蛋白吸附的影響，旨在為進一步研究Bt毒蛋白在土壤中的環境化學行為提供依據，為轉Bt作物的生態安全評價提供參考。
關鍵詞：Bt蛋白 吸附 土壤膠體 影響因素前言
自1983年第一例轉基因植物問世以來，植物轉基因技術的研究發展迅速。轉Bt植物因其良好的經濟效益，迅速地得到推廣和應用。但轉Bt植物可通過根系分泌，花粉傳播等方式進入土壤環境，進入土壤的Bt毒蛋白能被土壤顆粒如粘土礦物、腐殖酸、有機礦物聚合體等快速吸附，并長期保持殺蟲活性，抵抗微生物的降解(Stotzky，2000)，導致土壤特異生物功能類群以及土壤多樣性發生改變，甚至產生級聯效應(孫彩霞等，2002)轉基因植物給人們帶來經濟效益的同時，其潛在的生態環境問題也越來越越來越引起人們的重視(李孝剛等，2008)。
Bt毒蛋白在土壤中的吸附受多種環境因素例如溫度、pH值、時間、土壤中有機碳等的影響。本文系統綜述了轉Bt基因作物的發展現狀、Bt毒蛋白的來源以及其在土壤中的吸附殘留等，旨在為進一步研究Bt毒蛋白在土壤中的環境化學行為提供依據，為轉Bt作物的生態安全評價提供參考。
1轉Bt基因作物和Bt毒蛋白
蘇云金芽孢桿菌Bacillus thuringiensis，簡稱Bt，革蘭氏陽性需氧型芽孢桿菌，于1909年在德國蘇云金省首次發現并命名，是一種被廣泛應用的生物殺蟲劑(楊大興等，2008)。其產生的殺蟲晶體蛋白與受體結合，會引起昆蟲代謝紊亂甚至死亡(張永軍等，2002)，其殺蟲原理也被廣泛運用于轉基因抗蟲育種實踐。
1987年，Vaeck等(Barton et al., 1987)首次成功獲得轉Bt基因作物，到目前為止，已有包括煙草、番茄、棉花、玉米、馬鈴薯、油菜、大豆、木瓜、小麥、水稻在內的數十種轉Bt基因作物問世(James，2006)。至2004年，全球的轉Bt作物的種植面積達到1560萬hm2，自1996起的10年間，轉基因作物全球累計市場價值約為293億美元，2006年為61.5億美元(James，2007)。國內關于轉Bt作物的研究起步較晚，但是發展較快，我國是第二個獲得自主知識產權生產轉基因抗蟲棉的國家。
轉Bt作物可以抵抗害蟲侵害，提高作物產量，減少農藥的使用，降低環境污染，從而增加經濟利潤。然而轉Bt基因作物可向土壤中釋放Bt毒素蛋白，并引起殘留，改變土壤的生態平衡，其所帶來的潛在危機已引起人們的重視(陸小毛等，2006)。
轉Bt毒素蛋白進入土壤的方式多樣。轉Bt作物的根系分泌是其釋放到土壤中的主要方式之一(楊大興等，2008)。1999年，Saxena等在Nature上報道，轉Bt玉米根系向土壤中分泌殺蟲毒蛋白(Saxena et al.，1999)。轉Bt作物的殘體是Bt毒蛋白進入土壤環境的另一重要方式。轉Bt作物在其整個生育期散各種殘體(諸如落葉、植物組織等)進人土壤，以及收獲后大量殘留在土壤中的殘茬都是土壤中Bt毒蛋白的主要來源。吳立成等(2004)發現生育期內“克螟稻”根系分泌的Cry1Ab毒蛋白含量可高達48.02 ng/(株•d)，其地上部和根部中Cry1Ab的表達量更高，最高可達8.22 μg g-1，故在其秸稈還田過程中，會將CrylAb殺蟲毒蛋白釋放到土壤。另外，轉Bt作物殺蟲毒蛋白還可以通過花粉、傷口等途徑進入土壤環境中(吳立成等，2004)。
2Bt毒蛋白的吸附研究
2.1 Bt毒蛋白的吸附動力學研究
研究表明，土壤顆粒對蛋白質的吸附過程可分為如下三個階段：首先是液膜擴散，蛋白質等大分子先由溶液擴散至吸附劑的外表面，然后，由吸附劑外表面沿孔內液相擴散至吸附劑顆粒內部，稱為孔內擴散，最終，吸附劑活性中心與蛋白質相互作用(李慧姝等，2008)。
Bt蛋自在土壤膠體表面的等溫吸附曲線為L型，可用Langmuir和Freundlich方程擬合，Freundlich方程擬合效果更好;蛋自在土壤膠體表面吸附是一個自發的放熱反應，且該吸附主要是物理吸附;Bt毒蛋白在紅壤和黃褐土膠體表面的吸附為熵增反應，而在磚紅壤和黃棕壤表面的吸附與之相反(付慶靈等，2008)。Pagel-Wieder等(2007)的研究表明，在一定蛋白濃度內，Bt毒蛋白的等溫吸附線是一條線性方程。
2.2 吸附的影響因素研究
Bt毒蛋白進入土壤后，可與土壤粘粒和腐質酸迅速結合，而在土壤中殘留。Bt毒蛋白在土壤顆粒表面的吸附受溫度，時間，蛋白濃度，粘土顆粒，土壤表面電荷量和表面積，有機碳含量，土壤pH等多種因素的影響(Jean et al.，2006)。
2.2.1 PH對吸附的影響
吸附量隨pH升高而下降。pH 在4.4到10.0范圍內時，蒙脫石對毒素的吸附量隨;pH的增加而線性降低;高嶺石的吸附量也隨pH的增加而降低(李云河等，2005)。最大吸附量與調節pH溶液的離子類型和懸浮基的強度相關(Stotzky，2000)。不同的土壤和粘土礦物，最大吸附量出現時的pH值不同(Wang et al.，2006)。質子的含量對抗蟲蛋白在M-Na上的吸附有顯著的影響，吸附在pH值為6時達到最高，而后隨著懸濁液pH的增大而減少(Stotzky，2004)。Stotzky(1986)解釋當pH接近蛋白的等點電時吸附量最大的原因是蛋白質之間的排斥力處于最低水平。此外，Quiquampoix(2000)討論了三個主要模型來描述PH對蛋白質吸附的影響以及蛋白質和土壤有機礦物表面之間的復雜的作用：(1)斥力橫向對稱模型;(2) 修改結構后的對稱模型; (3)修改結構和表面排斥力的非對稱模型(Quiquampoix et al.，2000) 。對于不同的模型，隨著PH的增大蛋白吸附量減小是因為，帶負電荷的蛋白與帶負電的粘土表面的靜電斥力作用(Sibylle et al.，2007) 。
參考文獻
1付慶靈，鄧雅麗，李慧姝等.Bt毒蛋白在土壤表面吸附的動力學和熱力學研究.見：中國土壤學會第十一屆全國會員代表大會暨第七屆海峽兩岸土壤肥料學術交流研討會論文集.中國土壤學會第十一屆全國會員代表大會暨第七屆海峽兩岸土壤肥料學術交流研討會，北京：中國農業大學出版社，2008a，PP142-149
2 付慶靈，向愛華，胡紅青等.乙酸鹽對幾種地帶性土壤吸附Bt毒素的影響.土壤學報，2008b，45(6)：1208-1210
3 付秀芹.轉Bt基因水稻對土壤生態系統的影響.【博士學位論文】.湖南師范大學：湖南師范大學圖書館，2008
4 黃威，張運紅，陳迪勤等.Bt蛋白在幾種土壤中的降解與殘留.華中農業大學學報，2009，28(2)：169-173
5 李慧姝，劉潔.土壤對轉基因作物釋放毒素蛋白的吸附作用研究.河北北方學院學報(自然科學版)，2008，24(6)：23-27
6 李孝剛，劉標，韓正敏等.轉基因植物對土壤生態系統的影響.安徽農業科學，2008，36(5)：1957- 1960
7 李學垣. 土壤化學， 北京：高等教育出版社，2001
8 李云河，王桂榮，吳孔明等.Bt 作物殺蟲蛋白在農田土壤中殘留動態的研究進展.應用與環境生物學報，2005，11(4)：505-509
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