苏云金芽孢杆菌作为一种微生物杀虫剂使用，它比化学杀虫剂有更多的优点，因为有杀虫作用的晶体蛋白（ICPs）具有特异性，对非靶昆虫、脊椎动物、环境及使用者都无毒害作用。由于要求减少化学杀虫剂使用的压力越来越大，可以在开发改进型的苏云金芽孢杆菌产品的努力也随之增加。但目前，晶体蛋白（ICPs）在田间的稳定性还很低，产品的费用相对比较高，且杀虫种类的范围有限，因此，苏云金芽孢杆菌产品的需求价值为5千万美元，仅占全球杀虫剂市场的1%。最近，ICP基因导入农作物中，使其具有抗虫害能力。该项技术的发展，将会拓开苏云金芽孢杆菌产品的实用范围。这种抗虫害的转基因植物的应用，将排除了杀虫剂的稳定性的问题，也大大降低控制虫害的费用。如今，30多种农作物已转导成功，包括一些主要农作物，如玉米、棉花、大豆和水稻。预计在这10年内，具有ICP基因的抗虫害植物，将成为第一批商品化的转基因植物品种的一部分。值得一提的是，大规模地采用具有单基因抗性的农作物，可能会迅速导致昆虫群体中抗性的发展。而且，与直接喷洒相比，转基因植物体内的ICP残留量更多，会增加选择的压力和产生抗性的危险。化学杀虫剂的实验已证明，在足够的选择压力下，大多数种类的昆虫都将对所用杀虫剂产生一定忍耐力（抗性）。很长时间内，支持使用苏云金芽孢杆菌的人，则认为微生物杀虫剂不会引起昆虫的抗性。但是在实验室条件下，印度谷螟已经对苏云金芽孢杆菌产生了抗性。更严重的是，菜蛾对苏云金芽孢杆菌田间抗性的增强，已经表明了这可能真是个问题了。

防止昆虫的适应性

为了保证苏云金芽孢杆菌继续有效的应用，我们应对昆虫抗性问题采取预先的措施，以消除或减少产生抗性的可能性。最近的一些发现，可能为制定这一战略提供了基础。

首先，ICP蛋白——昆虫的不同组合表明，毒性与昆虫中肠的刷缘膜上不同感受器（ICP的作用点）的关系。例如，CryⅠA（b）和CryⅠB毒素均对大菜粉蝶有毒性，但对烟草天蛾仅CryⅠA（b）是有毒的。这两种毒素都能与大菜粉蝶的高亲和性感受器结合，而CryⅠA（b）仅不能与烟草天蛾的膜感受器结合。这表明，感受器上结合的状况，很大程度上说明了昆虫的敏感范围。这些昆虫各自对独特类型的ICP蛋白敏感。此外，感受器结合的研究已指明，一种昆虫可以对几种不同的ICP蛋白敏感，这取决于昆虫中肠壁上所具有的不同感受器。例如，已经证实，CryⅠA（b）和CryⅠB毒素可以识别大菜粉蝶的不同感受器。这些感受器分子似乎是糖蛋白。如今，在鳞翅目中，7种昆虫不同的专一ICP蛋白已被确定，每一种中至少有一条氨基酸顺序已知。人们已做了一些尝试，企图确定ICP蛋白中专性作用的区域。这些研究表明（至少CryⅡA和CryⅠA（a）是如此）ICP蛋白毒性专一性的区域在C - 末端部分，还未发现在蛋白顺序或结构型上与ICP蛋白结合或毒性有明显的联系。我们已经证实，对于ICP蛋白的专一性来说，与高亲和性的膜感受器结合是关键的决定因素，这引起人们推测：结合位点也在毒蛋白具C－末端的那一部分上。事实上，通过杂交ICP蛋白的研究，已证实至少在CryⅠ C这一类毒蛋白中，参与结合的多肽片段在C－末端（G. Honée等，未出版），由此可知，CryⅠA（b），CryⅠA（e）和CryⅠC这些ICP蛋白是由两个结构区域组成（Refs11、12和13，各自独立），可能这两个区域的结构是大多数苏云金芽孢杆菌的ICP蛋白的普遍特性。这种结构可以表现出功能区域的作用，C－末端区域参与专一性的作用，而N－末端区域可能通过微孔的形成而具有毒性。我们已研究了所知的对鳞翅目专一的ICP蛋白与一系列昆虫结合，发现这两者间总能发生关联。这些研究表明，对于昆虫膜感受器来说，每一种都有一到多种ICP蛋白能与之结合。

其次，上述所提到的印度谷螟的抗性形成，与一种ICP蛋白对膜感受器的亲和性减少50倍相关。有趣的是，抗性品种对其他ICP蛋白保持敏感。这种特性，在选择制剂（也即商用苏云金芽孢杆菌）作用下，是不出现的。实际上，与敏感的品种比较，这些抗性品种对这种ICP蛋白的抗性增加了，这显然是由于结合能力增强的缘故。另外，在这种情况下，这两种ICP蛋白可识别不同的结合位点，ICP蛋白的膜受体极不可能结合ICP蛋白是它唯一的功能。因此，可以设想，在昆虫的中肠中，它们还有一些未知的生理作用。很有趣地注意到，在抗性品种中发生两种变化：（1）一种ICP蛋白受体的亲和力降低；（2）其他种ICP蛋白受体的浓度增高（在印度谷螟品种中并未出现后一种变化）。这些抗性品种，不仅ICP蛋白的结合功能改变，而且第一类受体的正常生理功能也有所变化，功能的丧失，则通过其他受体浓度的增加而得到弥补。最近，我们证实，在田间已有抗性的菜蛾品种，和实验室选择得到的印度谷螟一样，其抗性是由于一种ICP蛋白膜受体的改变。这种昆虫对其他类型ICP蛋白保持敏感，而对田间使用的苏云金芽孢杆菌变种并未出现这种现象。由此可见，这些ICP蛋白与受体结合，在敏感和抗性品种中具有截然不同的结合特性。因此，具有田间抗性的菜蛾品种和实验室选择得到的印度谷螟品种，其抗性的生化机制是相同的。这说明，ICP蛋白膜受体的改变，是一种普遍的机制，从而昆虫能对苏云金芽孢杆菌产生抗性。

最后，这些结果说明了转基因植物能表达不同的ICP蛋白、这些蛋白与不同的受体结合可能是防止抗性的有价值战略。事实上，人们已经普遍认识到，使用具有不同作用位点的多种杀虫剂混合物，将会减缓抗性的产生。根据这种理论模型，混合杀虫剂的使用效果，优于其他方法。

模型的设想根据如下：

（1））每种杀虫剂的抗性是独立受控制的（指没有交叉抗性）且是隐性单基因的；

（2）双抗性的个体很稀少；

（3）部分植物未处理；

（4）杀虫剂具有相同的存留时间。

这些标准似乎与印度谷螟的抗性状况很相符，其两种测试的ICP蛋白没有交叉抗性，选择条件下的抗性是单基因，且至少是部分隐性。ICP蛋白还有待于有相等的残留时间，当然在植物中表达时，能通过两种类型的植株种子而得到一个混合植物群落（敏感和抗性植物）。

ICP基因表达的精细调节以减小选择的压力

不管使用单个ICP基因的植株，还是多个的，都应尽力使选择压力保持在尽可能低的水平 · 那些对虫害非常敏感的植物组织，限制其1℃P基因的表达，则减轻选择的压力，而同时仍具有强的保护作用。例如，在棉花中，通过利用组织特异性的调节顺序来表达ICP基因，使ICP基因的表达，仅被限制于棉铃中。有证据表明，蛋白具有抗食（anti-feedant）特性。因此，害虫的幼虫会迁移到植物未受保护的部位去。这样，对棉花不会造成重大损失，因棉花经得起一定的叶损伤。另一种方法，在生长期的特定阶段，激活ICP基因的表达，使其在短时间内具有保护作用。

具有精细调节ICP基因表达的转基因植物，使成为综合治理害虫（IPM）措施的一部分，其中，对于重大的害虫控制措施，仅在考虑经济损失后，才得以实施。这些技术的运用，通常是为了减少杀虫剂的使用，降低选择压力。例如，具棉铃特异性ICP基因表达能力的棉花品种，当遇到虫害密度高时，则需要化学杀虫剂的帮助。在棉田观察中，如果估计虫害密度高时，则对这些棉花品种采取综合治理虫害（IPM）的办法。另一种不同的措施，改进一类植物表达产生ICP蛋白，且仅对专一性虫害产生限制，在这方面，损伤可诱导启动子的鉴定，是个重要的手段。

未来展望

对付害虫最好的办法，是植物的抗性遗传基础。由于在昆虫对苏云金芽孢杆菌抗性的遗传价值方面，人们已作了详细研究，所以分子生物学家应继续研究植物DNA调节顺序，使其仅在可希望的空间位置或短暂时期内表达产生ICP蛋白。人们对昆虫和植物间相互作用的更深了解，必将为特定的农作物，将会导致更复杂的抗性处理方法的发展。田间的研究，必须监视昆虫可能产生的适应性，注意不能大面积地种植单一转基因农作物品种。从这些研究中可得到的经验，将使我们能够仔细调整对策。这些措施，可能对保证苏云金芽孢杆菌ICP的长期有效性是必需的。这方案是抑制抗性发展的潜在危险，也许ICP基因“消失”在昆虫中，将会得到新的抗虫因子，但不知多长时间才能推出这样的品种，

[Tibtech，1991年6月第9卷］