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1、一、发展历史一、发展历史第1页/共53页一、发展历史一、发展历史1901：日本石渡发现家蚕猝倒病1911：Berliner命名1938：法Sporeine第一个商品制剂1953：Hannay伴孢晶体1959：-exotoxin1970：HD-11977：Bti-医学线虫、防病、抗癌105年，农业年，农业医学医学第2页/共53页中国发展史中国发展史1941：蒲蛰龙菜青虫解放初：孟雨法国1955：曹骥法国商品分离、Lab杀虫1959：张履鸿(苏)刘崇乐(福州人)捷克-玉米螟1961：彭中允(苏)1965武汉、长沙生产1986-攻关、火炬、技改、863、973改革开放为生物工程发展提供了机遇！改革开
2、放为生物工程发展提供了机遇！第3页/共53页1901 Lepidopteran1977 Dipterans1980s Colepterans,1990s Mites,protozoa1998 tumor cellActivity spectrum of B.t.nematodes第4页/共53页二、二、形态特征及生理生化形态特征及生理生化1、形态特征、形态特征周鞭(无鞭)、G+、H抗原、O抗原芽孢芽孢:石碳酸复红、孔雀绿芽晶芽晶:芽孢高抗逆，菌株保存方式晶体典型为菱形、也有圆形、方形、椭圆形、不规则形，1个（几个)毒素、无毒France:PasteurInstituteDr.deBarjac第
3、5页/共53页Vegetative cell of Bacillus thuringiensis第6页/共53页Spore and parasporal crystal sporeCrystal第7页/共53页Crystal diversity of B.thuringiensis第8页/共53页2、生理生化、生理生化:要求不高。要求不高。碳碳 源源:淀粉、糊精、麦芽糖、葡萄糖N 源源:牛肉膏、蛋白胨、酵母粉、花生饼粉、豆饼粉、鱼粉、玉米浆无机盐无机盐:K2HPO4、MgSO4、CaCO3。主要元素有磷、硫、镁、钾、钠、钙，微量元素锰、锌、硅、铁，所需甚微，水杂质即可满足，多了有毒。温温 度度
4、:10-40，28-32适。pH：微碱性条件氧氧:好氧紫外线紫外线抗生素及化学物抗生素及化学物:放线菌素D、氯霉素、红霉素。乳化剂抑制发酵工程的前提发酵工程的前提第9页/共53页Midgut epithelialCell perforationSepsisdeath3、Mode of action 第10页/共53页生物活性物质生物活性物质苏云金芽胞杆苏云金芽胞杆菌活性因子菌活性因子胞内胞内胞外胞外苏云金素苏云金素双效菌素双效菌素营养期杀虫蛋白营养期杀虫蛋白活芽胞活芽胞死芽胞死芽胞芽胞衣芽胞衣芽胞杀虫晶体蛋白杀虫晶体蛋白免疫抑制因子免疫抑制因子A肠毒素肠毒素辅助蛋白辅助蛋白自身诱导物抑制蛋白自
5、身诱导物抑制蛋白蛋白质蛋白质核苷类多元醇类酶类酶类几丁质酶几丁质酶卵磷酯酶卵磷酯酶C溶血素溶血素第11页/共53页原生动物原始后生动物海绵动物 扁形动物门轮虫纲 腹毛纲 线虫动物门软体动物门环节动物门节肢动物门鳞翅目双翅目鞘翅目膜翅目螨类 等9个目纽形动物门 棘皮动物门苔藓动物门腕足动物门半索动物门脊椎动物门癌细胞植物线虫动物线虫丝虫 活活 性性 谱谱疟原虫血吸虫,肺吸虫第12页/共53页cry4A,cry4B,cry11A,cyt1A subsp.isrealensisDipterans第13页/共53页Meloidogyue sp.novel toxin genes:mites,nemat
6、odes,protozoacry5,cry6,cry7,cry8,cry1Ea第14页/共53页Used genes for transgenic plantscry1Aacry1Ab cry1Accry1C cry3Acry2A cry1Ab/cry1C cry9C第15页/共53页Transgenic cotton第16页/共53页Transgenic corn第17页/共53页Transgenic forest第18页/共53页四、四、分类及命名分类及命名1、鉴定及分类、鉴定及分类(1)生理生化：碳源、氮源、酶、代谢物(2)酯酶电泳(3)H抗原:德语Hauch(扩散)英、日、美、法4位专
7、家建议(1982)-H.deBarjac博士(法国)(4)PCR第19页/共53页分子生物学分子生物学1、基因鉴定（cry/chi/vip/aii/ihnA/cyt)2、克隆、表达3、构建工程菌（细胞工程、基因工程）4、转基因植物第20页/共53页工程菌研究出发菌杀虫谱不广、毒力效价不高细胞融合、基因重组第21页/共53页杀虫假单孢工程菌的构建杀虫假单孢工程菌的构建Bt菌菌:在土壤中不稳定，难防治土壤害虫;寿命短，需重复使用荧光假单孢菌(P.fluorescens)：植物根围和土壤中常见的有益细菌，对环境适应性强、同植物亲和性好、对人畜安全，不少菌株还防病增产。美国孟山都公司：HD-1 ICP
8、基因整合到玉米根际菌上 荷兰植物保护研究所 美国的Mycogen公司：CellCap,较长的持效期、防止紫外线对ICP的破坏。M-Trak和M-peril 中国农科院植保所：荧光假单孢菌P303，防治禾谷类全蚀病。美国威斯康辛大学：整合到植物根部和叶部的定居菌洋葱假单孢(P.cepacia)第22页/共53页植物疫苗植物疫苗-Incide-Incide禾本科杂草狗牙根中寄生细菌(Clavibacter xyli subsp.cynodontis)第23页/共53页构建遗传工程杆状病毒杀虫剂构建遗传工程杆状病毒杀虫剂杆状病毒杀虫需时较长，限制了它的商品价值插入对昆虫有效的毒素、激素等基因,垂直传
9、播第24页/共53页以蓝细菌等构建以蓝细菌等构建BtBt杀蚊工程菌杀蚊工程菌蚊子蚊子：疟疾、黄热病、登革热和丝虫病等疾病传播媒介，幼虫以微生物水藻和细菌为食两大难题需予克服:一是有效性，二为安全性蓝细菌(Cyanobacterium)：一种生活在水体表面，对营养要求不高，容易为蚊子幼虫摄食的光能细菌。一些种能适应淡水和盐水环境，对温度耐性亦较宽。它们容易用染色体或质粒转化，外源基因的表达载体亦已构建。第25页/共53页以枯草杆菌和其它芽孢菌以枯草杆菌和其它芽孢菌构建的工程菌构建的工程菌杀虫防病多功能工程菌未来：杀虫、抗病、除草、增产、固氮第26页/共53页植物抗虫基因的显著优点植物抗虫基因的显
10、著优点育种期限短，目的性强连续性保护，任何时期作用，避免反复多次 喷洒农药，不受气候影响和环境干扰仅对取食转基因作物的那些害虫才有效，对 非靶生物没有影响抗虫物质只存在于植物体内，在土壤和地下 水中无残留，不存在环境问题。能保护那些难以喷洒到的植物部位如根部与发展新型杀虫剂相比，投资较少。第27页/共53页BtBt基因的表达和修饰基因的表达和修饰原核生物基因表达调控系统具有原核生物特性，真核生物不能识别和运用这套表达调控系统Bt毒蛋白基因在转基因植物中的表达与其长度有关mRNA不稳定和翻译效率低基因修饰置换核苷酸残基广泛修饰：66.6密码子第三位的A或T碱基被G或C取代第28页/共53页密码子
11、偏爱密码子偏爱(codon preference)(codon preference)大部分-内毒素偏爱的氨基酸密码子往往是植物最不喜爱的密码子，尤其是在GC含量极高的单子叶植物如玉米。因此，Bt-内毒素基因中密码子用法的改造会导致单子叶植物和双子叶植物上异源基因表达的增强。第29页/共53页问题问题工程植物的安全性基因的表达量基因的定位表达昆虫的抗性第30页/共53页2、命名、命名(1)采集地采集地:苏云金、肯尼亚、以色列、九州、东北、云南、武汉、华中、山东等。(2)寄主虫名：寄主虫名：蜡螟、玉米螟、松毛虫等。(3)分离者：分离者：Kurstak、Thompson、Morrison等。(4)
12、病症：病症：猝倒、亚毒、杀虫等。第31页/共53页五、五、分离昆虫昆虫土壤土壤：大本营，土壤习居菌。Martin和Travers：2年（72个），24菌种，85年。叶片叶片苔藓苔藓60000：菌株非凡重视程度昆虫体(22%)土壤(44%)贮藏物（18%）其他（16%）第32页/共53页六、菌种选育高毒力良好的发酵和生产性能对原材料的要求生产稳定性退化现有菌株育种技术第33页/共53页七、菌种保藏2004.2.15.100多位世界微生物专家齐聚北京，在“21世纪微生物资源中心的使命”的国际学术研讨会上达成共识：建立全球共享的微生物资源中心是大势所趋。微生物菌种保藏专门机构：59个国家菌种保藏中心
13、：495个，90万余株。美国的ATCC（综合最大，12万株）。美国农业部的NRRL（最大农业微生物菌种中心，8万株）。中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)仅3000多株。第34页/共53页1、原理和要求总原则：代谢速度低，又不失活。低温：液氮、冷冻隔氧：石蜡油干燥：砂土管第35页/共53页2.方法(1)砂土管：砂土管：简单，不易污染(2)冷冻干燥：冷冻干燥：美国农业部BrownsvilleLab(3)滤纸条：滤纸条：法国Pasteur研究所(4)液体石蜡斜面法：液体石蜡斜面法：日本九州大学(5)菌膜保藏法：菌膜保藏法：便于邮寄，使菌种保藏微型化第36页/共53页3、机构美国：美国：Eco
14、gen公司：9000株农业部BrownsvilleLab，HD-X系列Ohio州立大学，大量突变株。法国：法国：巴斯德研究所（WHO昆虫病原细菌参考中心）3500株英国：英国：温室作物研究所H.Burges博士HB-X系列日本：日本：九州大学Aizawa和Ohha博士、北海道大学IIZUKA教授国内：国内：华中农大、中国林业科学院、湖北农科院、中科院武汉病毒所、南开大学、福建农大第37页/共53页八、生态学和地理分布 1、地理区域日本：发源地，广泛分布美国：主要分布东部和东南部，类似于中国，该地区是农业比较发达的地区。中国：十分丰富。集中东北、华中、华东、华南，西部和西北分离数较少。生物多样性
15、：澳大利亚、新西兰、丹麦、越南第38页/共53页2、地理环境(1)饲养昆虫(2)贮藏产品(3）土壤(4)植物体表面第39页/共53页九、生产1、概况1938：法国60年代后:多国中国:1976，年产量超过30000吨液体深层发酵、半固体发酵噬菌体后处理工艺第40页/共53页培养基优化/后处理正交设计二次回归旋转设计均匀设计板框压滤连续离心超滤第41页/共53页2、产品标准化芽孢生物测定：初孵家蚕、菜青虫、棉铃虫、小菜蛾蛋白晶体 3、安全性问题9种鱼、鸡、鼠、猪、兔、猴、牛、鸟、鸭、鹅人体：口服、饲喂、吸入、注射-外毒素：哺乳动物有害Bt近缘Bc（产生食物毒素、引起腹泻、呕吐、恶心）Ba（人、畜
16、炭疽病和头部生病、肺损伤和肠道感染）Bti 溶液的伴孢晶体毒素对动物有毒肠毒素第42页/共53页5、剂型 (1)液剂:普遍、方便 水剂、乳剂、油剂(2)可湿性粉剂:主产品，保存、包装、运输方便(3)胶囊剂:防止阳光、高温、干燥对芽孢和晶体 的破坏，又使毒性成分逐渐释放，保 护剂可防止紫外辐射的伤害第43页/共53页第44页/共53页第45页/共53页第46页/共53页第47页/共53页我国我国Bt现状现状 80家，139个产品，产量4万吨应用5000-6000万亩次，复配48家，登记产品74个，106个厂、213个产品山东：24河南：7湖北：7福建：6山西：6有机食品论证：Bt已通过，阿维菌素
17、不行第48页/共53页质量标准化质量标准化 1995：农业部标准：生测1999：化工部：毒蛋白2004.9：公布了原粉、WP、悬浮剂三个国家标准第49页/共53页问题问题 厂厂家家多多、规规模模小小、质质量量难难保保证证：2000-3000万产值只有3-4家。菌种剂型单一：菌种剂型单一：只登记Btk、Bti；生生产产水水平平相相对对落落后后，后后处处理理简简单单：碟片式分离损失30%以上。质检质检提纯：提纯：向抗生素学习，现在8%，上20%就好。第50页/共53页十、应用 (1)蔬菜(2)棉花(3)水稻(4)玉米、高梁、小麦(5)果树、茶叶、花卉(6)烟草和油料害虫(7)森林害虫(8)仓贮害虫(9)卫生昆虫第51页/共53页未来的路在延伸 资源：新基因集合各种优势，构建多功能工程菌转基因植物的扩大发酵水平的提高各种酶的研究和利用代谢途径的了解功能基因组学、蛋白质组学第52页/共53页感谢您的观看！第53页/共53页