本文摘要：本篇文章是由 《中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)》 發(fā)表的醫(yī)學(xué)論文，創(chuàng)刊于1981年，由中華醫(yī)學(xué)會(huì)主辦。本刊理論與實(shí)踐相結(jié)合，普及與提高相結(jié)合，促進(jìn)我國(guó)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)事業(yè)的發(fā)展。主要報(bào)道電離輻射生物效應(yīng)，放射治療劑量控制，放射病診斷治療及實(shí)驗(yàn)研究，放射衛(wèi)生防
本篇文章是由《中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)》發(fā)表的醫(yī)學(xué)論文，創(chuàng)刊于1981年，由中華醫(yī)學(xué)會(huì)主辦。本刊理論與實(shí)踐相結(jié)合，普及與提高相結(jié)合，促進(jìn)我國(guó)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)事業(yè)的發(fā)展。主要報(bào)道電離輻射生物效應(yīng)，放射治療劑量控制，放射病診斷治療及實(shí)驗(yàn)研究，放射衛(wèi)生防護(hù)，環(huán)境放射性，環(huán)境放射性監(jiān)測(cè)，核事故醫(yī)學(xué)應(yīng)急等理論與應(yīng)用方面的文章。
摘要：隨著轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物的大范圍種植，以及生物農(nóng)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(lái)越受到人們的關(guān)注。本文系統(tǒng)綜述了轉(zhuǎn)Bt基因作物的發(fā)展現(xiàn)狀、Bt毒蛋白的來(lái)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(jī)質(zhì)、土壤顆粒等因素對(duì)Bt毒蛋白吸附的影響，旨在為進(jìn)一步研究Bt毒蛋白在土壤中的環(huán)境化學(xué)行為提供依據(jù)，為轉(zhuǎn)Bt作物的生態(tài)安全評(píng)價(jià)提供參考。
關(guān)鍵詞：Bt蛋白 吸附 土壤膠體 影響因素前言
自1983年第一例轉(zhuǎn)基因植物問(wèn)世以來(lái)，植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的研究發(fā)展迅速。轉(zhuǎn)Bt植物因其良好的經(jīng)濟(jì)效益，迅速地得到推廣和應(yīng)用。但轉(zhuǎn)Bt植物可通過(guò)根系分泌，花粉傳播等方式進(jìn)入土壤環(huán)境，進(jìn)入土壤的Bt毒蛋白能被土壤顆粒如粘土礦物、腐殖酸、有機(jī)礦物聚合體等快速吸附，并長(zhǎng)期保持殺蟲(chóng)活性，抵抗微生物的降解(Stotzky，2000)，導(dǎo)致土壤特異生物功能類群以及土壤多樣性發(fā)生改變，甚至產(chǎn)生級(jí)聯(lián)效應(yīng)(孫彩霞等，2002)轉(zhuǎn)基因植物給人們帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，其潛在的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越越來(lái)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(huán)境因素例如溫度、pH值、時(shí)間、土壤中有機(jī)碳等的影響。本文系統(tǒng)綜述了轉(zhuǎn)Bt基因作物的發(fā)展現(xiàn)狀、Bt毒蛋白的來(lái)源以及其在土壤中的吸附殘留等，旨在為進(jìn)一步研究Bt毒蛋白在土壤中的環(huán)境化學(xué)行為提供依據(jù)，為轉(zhuǎn)Bt作物的生態(tài)安全評(píng)價(jià)提供參考。
1轉(zhuǎn)Bt基因作物和Bt毒蛋白
蘇云金芽孢桿菌Bacillus thuringiensis，簡(jiǎn)稱Bt，革蘭氏陽(yáng)性需氧型芽孢桿菌，于1909年在德國(guó)蘇云金省首次發(fā)現(xiàn)并命名，是一種被廣泛應(yīng)用的生物殺蟲(chóng)劑(楊大興等，2008)。其產(chǎn)生的殺蟲(chóng)晶體蛋白與受體結(jié)合，會(huì)引起昆蟲(chóng)代謝紊亂甚至死亡(張永軍等，2002)，其殺蟲(chóng)原理也被廣泛運(yùn)用于轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)育種實(shí)踐。
1987年，Vaeck等(Barton et al., 1987)首次成功獲得轉(zhuǎn)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(nèi)的數(shù)十種轉(zhuǎn)Bt基因作物問(wèn)世(James，2006)。至2004年，全球的轉(zhuǎn)Bt作物的種植面積達(dá)到1560萬(wàn)hm2，自1996起的10年間，轉(zhuǎn)基因作物全球累計(jì)市場(chǎng)價(jià)值約為293億美元，2006年為61.5億美元(James，2007)。國(guó)內(nèi)關(guān)于轉(zhuǎn)Bt作物的研究起步較晚，但是發(fā)展較快，我國(guó)是第二個(gè)獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的國(guó)家。
轉(zhuǎn)Bt作物可以抵抗害蟲(chóng)侵害，提高作物產(chǎn)量，減少農(nóng)藥的使用，降低環(huán)境污染，從而增加經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。然而轉(zhuǎn)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(tài)平衡，其所帶來(lái)的潛在危機(jī)已引起人們的重視(陸小毛等，2006)。
轉(zhuǎn)Bt毒素蛋白進(jìn)入土壤的方式多樣。轉(zhuǎn)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(bào)道，轉(zhuǎn)Bt玉米根系向土壤中分泌殺蟲(chóng)毒蛋白(Saxena et al.，1999)。轉(zhuǎn)Bt作物的殘?bào)w是Bt毒蛋白進(jìn)入土壤環(huán)境的另一重要方式。轉(zhuǎn)Bt作物在其整個(gè)生育期散各種殘?bào)w(諸如落葉、植物組織等)進(jìn)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(lái)源。吳立成等(2004)發(fā)現(xiàn)生育期內(nèi)“克螟稻”根系分泌的Cry1Ab毒蛋白含量可高達(dá)48.02 ng/(株•d)，其地上部和根部中Cry1Ab的表達(dá)量更高，最高可達(dá)8.22 μg g-1，故在其秸稈還田過(guò)程中，會(huì)將CrylAb殺蟲(chóng)毒蛋白釋放到土壤。另外，轉(zhuǎn)Bt作物殺蟲(chóng)毒蛋白還可以通過(guò)花粉、傷口等途徑進(jìn)入土壤環(huán)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(dòng)力學(xué)研究
研究表明，土壤顆粒對(duì)蛋白質(zhì)的吸附過(guò)程可分為如下三個(gè)階段：首先是液膜擴(kuò)散，蛋白質(zhì)等大分子先由溶液擴(kuò)散至吸附劑的外表面，然后，由吸附劑外表面沿孔內(nèi)液相擴(kuò)散至吸附劑顆粒內(nèi)部，稱為孔內(nèi)擴(kuò)散，最終，吸附劑活性中心與蛋白質(zhì)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(zhǎng)型，可用Langmuir和Freundlich方程擬合，F(xiàn)reundlich方程擬合效果更好;蛋自在土壤膠體表面吸附是一個(gè)自發(fā)的放熱反應(yīng)，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(yīng)，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(nèi)，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(jìn)入土壤后，可與土壤粘粒和腐質(zhì)酸迅速結(jié)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(shí)間，蛋白濃度，粘土顆粒，土壤表面電荷量和表面積，有機(jī)碳含量，土壤pH等多種因素的影響(Jean et al.，2006)。
2.2.1 PH對(duì)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(nèi)時(shí)，蒙脫石對(duì)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(diào)節(jié)pH溶液的離子類型和懸浮基的強(qiáng)度相關(guān)(Stotzky，2000)。不同的土壤和粘土礦物，最大吸附量出現(xiàn)時(shí)的pH值不同(Wang et al.，2006)。質(zhì)子的含量對(duì)抗蟲(chóng)蛋白在M-Na上的吸附有顯著的影響，吸附在pH值為6時(shí)達(dá)到最高，而后隨著懸濁液pH的增大而減少(Stotzky，2004)。Stotzky(1986)解釋當(dāng)pH接近蛋白的等點(diǎn)電時(shí)吸附量最大的原因是蛋白質(zhì)之間的排斥力處于最低水平。此外，Quiquampoix(2000)討論了三個(gè)主要模型來(lái)描述PH對(duì)蛋白質(zhì)吸附的影響以及蛋白質(zhì)和土壤有機(jī)礦物表面之間的復(fù)雜的作用：(1)斥力橫向?qū)ΨQ模型;(2) 修改結(jié)構(gòu)后的對(duì)稱模型; (3)修改結(jié)構(gòu)和表面排斥力的非對(duì)稱模型(Quiquampoix et al.，2000) 。對(duì)于不同的模型，隨著PH的增大蛋白吸附量減小是因?yàn)椋瑤ж?fù)電荷的蛋白與帶負(fù)電的粘土表面的靜電斥力作用(Sibylle et al.，2007) 。
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