微生物杀虫剂

Bt蛋白是什么?听起来很高深，它的学名是苏云金芽孢杆菌(Bacillusthuringiensis，Bt)，属于革兰氏阳性细菌。然而，它也正是目前世界上应用最广泛的微生物杀虫剂。

　　

　　差点与世界失之交臂

　　

　　明治维新后的日本，经济发展十分迅速，养蚕业就是一个代表。当时日本不仅是最大的蚕丝产地，还是最主要的蚕丝出产国。不过在19世纪和20世纪之交，一种叫做猝倒病的细菌性疾病袭击了日本的养蚕业。被感染的病蚕突然停止进食桑叶，随后出现颤抖的症状，并且很快侧倒死亡。这种病传染迅速，来势猛烈，对整个产业形成了威胁。于是日本的科学家希望能找到对付这种传染病的办法。1901年，细菌学家石渡繁胤成功地分离出了“猝倒病”的病原体。在显微镜下，病原体细菌呈棒状，是一种杆菌。石渡将它命名为猝倒杆菌。不过石渡并没有更深入地研究下去，也没有及时发表研究结果，所以他的发现很快就被埋没了。

　　10年后，在地球另一端的德国，一家面粉加工厂的老板注意到一个奇怪的现象。一般来说，面粉在储存的过程中，免不了会被一些昆虫糟蹋。比如一种叫做地中海粉螟的鳞翅目动物，就是让面粉厂最为头痛的害虫之一。不过这一次，情况发生了变化，当地中海粉螟的幼虫吃了面粉之后，出现了大规模死亡的现象。这是为什么?德国科学家恩斯特·贝尔林纳经过仔细地研究，像石渡繁胤一样成功地分离出了病原体杆菌。不过他并不知道石渡繁胤曾经的发现，他根据发现地将其命名为苏云金杆菌(Bt)。

　　有意思的是，贝尔林纳不久之后就把培养Bt的培养基弄丢了。在当时，人们还没有充分认识到Bt的使用价值，差点就要和这种日后对人类造成巨大影响的微生物失之交臂。不过幸运的是，后来的研究人员在1927年重新从地中海粉螟中分离出了Bt。

　　很快，科学家就发现一个重要的事实，后来分离出的Bt有极强的生物针对性——它能杀死鳞翅目昆虫，而对其他动物没有什么影响。于是，Bt开始被用于控制有害生物。20世纪20年代末，美国政府试着用Bt控制森林害虫舞毒蛾，效果不错。欧洲也做了类似的尝试：法国在1938年成功地研制出第一个商业化的Bt杀虫剂。到了50年代，Bt作为绿色有机农药，在美国开始被大规模地应用，原因是当时发现其主要农药DDT很难降解。DDT虽对哺乳动物无急性毒杀作用，但是针对性不强，不仅能杀死节肢动物，还能在鸟类的身体中积累。所以更有针对性的Bt开始被大量应用在森林和农业害虫的防治上。

　　

　　缺点与优点并存

　　

　　虽然有很多优点，但是Bt作为生物农药的缺陷也很明显。首先，它的价格很贵。其次，它在自然环境中很不稳定。作为喷洒剂，Bt农药很容易被雨水冲走，在紫外线的照射下也很快被分解。这就意味着农民需要多次喷洒Bt杀虫剂，不仅麻烦，而且还提高了成本。随着更加便宜的化学合成杀虫剂的出现，Bt农药在市场上的份额大幅度下降，只有那些坚持用有机绿色方式种植作物的农民才会使用它。所以如何改进更加环保的生物农药，让它们变得便宜、稳定，成了一个棘手却十分重要的问题。

　　这个问题的解决，得益于现代生物技术的诞生。20世纪50年代中期，科学家发现Bt蛋白对鳞翅目动物产生的毒性来自孢子形成过程中产生的晶体蛋白质。1981年，美国的研究人员成功地提纯了这种蛋白质并将其命名为cry。随后他们克隆出了cry的基因，几年以后，又把Bt蛋白的基因转入玉米和棉花中，让它在植物中持续地表达出来。这样，就不需要人工喷洒Bt蛋白了。转基因技术和传统的杂交育种技术并无本质的区别，但是它的可控性更好。打个比方，如果说传统的杂交育种是盲目地将大量基因像一团乱麻一样塞入新品种，那么转基因技术更像一把锋利的手术刀，能够精准地切割我们需要的基因，然后把它接入新作物中。这样，培育新品种作物的不确定性就大大降低了。Bt转基因作物的出现还有一个好处，因为Bt蛋白更加集中地出现在植物体内，所以误伤非农业害虫的几率变低了不少。经过了10年的检验后，1996年，转基因玉米和棉花在美国成功地上市。从那时算起已经有十多年的时间，还没有发现对人类健康有任何负面的影响。Bt转基因作物对于环境的贡献是巨大的。在美国，转基因抗虫棉让杀虫剂的使用量降低了82％。而在中国，转基因棉的种植也可以让农药的使用量降低60％～80％。

　　

　　虫吃了要死，人吃了会怎样?

　　

　　人类使用Bt的历史已经有大半个世纪了。在此期间，科学家做了数不清的实验评估Bt中cry蛋白的安全性。检验一种物质是否有毒，最直接的方法就是急性经口毒性检测。科学家用纯的Bt蛋白在老鼠身上做实验。对于老鼠来说，按照每千克体重口服3.8～5克cry蛋白的量是安全的。中国的转基因水稻中Bt蛋白含量不超过每克2.5微克，所以一个体重60千克的人吃120吨稻米也不会因为cry蛋白而中毒。另一方面，Bt蛋白在人体内不能积累。如果把它加入胃液提取物中，所有的Bt蛋白会在0～7分钟内被分解，这是一种容易消化的蛋白质。而且它包含了全部的人体必需氨基酸。所以从某种程度来说，Bt蛋白不但没有毒性，反而具有营养。

　　对Bt蛋白的毒理研究显示，Bt蛋白本身是无毒的，是一种原毒素。这种原毒素可以被某些昆虫体内的酶活化，随后能够结合在肠道的受体上。造成肠道穿孔。人类和绝大多数动物既没有可以激活原毒素的蛋白酶，也不存在能和Bt蛋白特异性结合的受体，所以Bt蛋白质对人类的健康没有任何影响。很多人对Bt蛋白的恐惧来源于“虫吃了要死，人吃了会怎样”的担忧。然而，人类和昆虫本来就是完全不同的物种。番茄碱，辣椒素都能杀虫，但是并不妨碍番茄和辣椒成为人们喜爱的食物。

　　还有一些人担心Bt蛋白会成为一种过敏原，这种担心也是不必要的。Bt蛋白在氨基酸序列和蛋白质结构上都和人类已知的过敏原相差很大，而且没有任何实验证据说明它能够引起过敏反应。美国自上世纪50年代开始大规模使用Bt蛋白作为生物农药，迄今为止只发现了两例有争议的过敏案例。其中一人有严重的食物过敏症，所以不能确定过敏原一定是Bt蛋白——就算是Bt蛋白，也不能说明什么，要知道美国每年因为花生过敏死亡的人数就有约100人。

　　一些新的cry蛋白也成功地从Bt中分离出来，它们可以杀灭不同的昆虫种类，但是都具有特异度高的特点。某些cry蛋白可以对抗鞘翅目昆虫，土豆的头号杀手一科罗拉多甲虫以及我国重要的用材树种杨树的天敌天牛都属于鞘翅目，另外一些cry蛋白则针对双翅目昆虫。虽然双翅目昆虫大多不是农业害虫，但是它们能传染疾病。蟠尾丝虫症又叫河盲症，是仅次于沙眼之后的第二大致盲传染病。河盲症由一种叫做黑蝇的双翅目动物传播，一度在非洲非常流行。1974年开始，联合国卫生组织开展了蟠尾丝虫症控制计划(OCP)，这一计划大量地使用Bt扑灭黑蝇。1985年以来，每年的Bt用量都在21万升～40万升之间。OCP计划最后大获成功，3000万人得到了保护。据估计，因为OCP计划直接避免盲眼的人数就有26万5千人。Bt作为控制疾病最主要的因素之一，功不可没。

　　大自然不是为了人类而设计的。自从1万年前最原始的农业产生以后，人类就开始逐渐将天然的野生植物改造成适合人类食用的作物。开始是通过无意识的人工选择。上世纪产生的诱变育种和杂交育种技术让我们能够人为地改变作物的基因组。不过这种改变是随机的，掺杂了很多不定因素。转基因技术的诞生让人类能够更有效地使作物符合自己的需要。纵观人类历史，科学技术一再帮助我们提高了生活质量，延长了平均寿命。正是因为一代代人努力并负责任地改造这自然中野生的物种，我们货架上的食品才会越来越丰富，越来越可口，越来越健康，越来越安全。

　　

　　责任编辑　赵　柠