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基因 与 人上海交通大学通识核心课

上海交通大学教授 李大伟 电邮 daweili@sjtu.edu.cn 电话： 34204744 助教 武正华 电邮 wuzhenghua@sjtu.edu.cn 电话： 34205436

9. 基因网络与生物防治：基因间的战争与和平抗虫基因的前世今生 –基因网络与食物链

高效资源的获取：基因间的战争与和平

昆虫之死–红女王和爱丽丝的赛跑

认识世界 –为我所用：从生物防治到 BT 转基因

人 - 食物链的主宰

基因

基因

基因基因

基因

基因

基因

基因

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基因基因

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基因基因

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变化的基因：基因相互作用、改变、消亡、生成变化的基因：基因相互作用、改变、消亡、生成

繁衍探索

农药：人类对食物资源的排他性竞争

立顿茶叶在中国完全合格：

现行国家标准：噻嗪酮的最大残留限量为10mg／ kg，

“ 立顿” 袋茶：噻嗪酮残留最高含量为0.3mg／ kg，

欧盟标准：噻嗪酮含量最大限量为0.05mg／ kg

农药残留问题

农药残留标准的制定

为什么需要用农药

农药循环

US EPA Office of Pesticide Programs Web Site - Information on USA tolerances (MRLs)

USDA FASonline - International Maximum Residue Limit Database European Union - EU MRLs sorted by pesticide

Japanese maximum residue limits - The Japan Food Chemical Research Foundation

New Zealand (Maximum Residue Limits of Agricultural Compounds) - New Zealand Food Safety Authority

Northwest Horticultural Council, Export Manual, Yakima WA - US and international tolerances and export information for tree fruits

Taiwan Pesticide Residue Limits in Foods (PDF)

CODEX ALIMENTARIUS: Pesticide Residues in Food - FAO

国际农药最大残留量标准的制定

农业害虫的生物防治：微生物和天敌 （百度）

1 ）利用微生物防治。常见的有应用真菌、细菌、病毒和能分泌抗生物质的抗生菌，如应用白僵菌防治马尾松毛虫（真菌），苏云金杆菌各种变种制剂防治多种林业害虫（细菌），病毒粗提液防治蜀柏毒蛾、松毛虫、泡桐大袋蛾等（病毒）， 5406 防治苗木立枯病（放线菌）微孢子虫防治舞毒蛾等的幼虫（原生动物），泰山 1 号防治天牛（线虫）。

（ 2 ）利用寄生性天敌防治。主要有寄生蜂和寄生蝇，最常见有赤眼蜂、寄生蝇防治松毛虫等多种害虫，肿腿蜂防治天牛，花角蚜小蜂防治松突圆蚧。

（ 3 ）利用捕食性天敌防治。这类天敌很多，主要为食虫、食鼠的脊椎动物和捕食性节肢动物两大类。鸟类有山雀、灰喜雀、啄木鸟等捕食害虫的不同虫态。

抗虫基因的前世今生 –食物链的逆转生物与微生物

《南方草木状》记载了利用虫蚁防治柑橘害虫

《治蝗笔记》中详细地记载了陈经纶发明养鸭治虫的经过

Berliner 在 1911 年发现苏云金芽孢杆菌是地中海面蛾的致病菌

苏云金杆菌孢子和毒蛋白晶体在 1920 年代被广泛用于杀虫

早期生物防治

生物防治的局限性：“红女王的赛跑” -物种平衡的建立

抗虫转基因的前世今生：基因间的战争与和平 –从腐生到寄生

一勺土壤含有高达 10亿个微生物：腐生、共生、寄生

更高效的资源获取：食物链的逆转 –微生物猎食昆虫

真菌寄生蝙蝠蛾幼虫：冬虫夏草

从食物到共生和寄生：线虫 /荧光细菌 -猎食大蜡蛾

被杀死的蜡蛾幼虫体内出现荧光线虫和荧光细菌

荧光细菌 Tc 基因 毒蛋白昆虫死于细胞骨架凝聚

线虫 -荧光细菌共生周期

荧光细菌的工具基因

毒蛋白 抗菌素 消化酶

昆虫之死–红女王和爱丽丝的赛跑基因对决 -免疫基因和荧光菌毒蛋白基因 TcA 、 TcB 、 TcC

5个荧光菌 > 1000000个无毒菌

线虫释放

荧光细菌毒蛋白基因进化树

苏云金芽孢杆菌、毒晶体、和孢子

苏云金芽孢杆菌 : 农业害虫的生物防治

认识世界 –为我所用：从生物防治到 BT 转基因

BT 转基因玉米避难区研究

重要基因： cry

苏云金芽孢杆菌 作用机制 -肠壁通透性造成感染

cry 基因 Cry 蛋白作用

Spores and crystals

cry genes

Bacillus thuringiensis

多种 Bt、多种毒蛋白、多种宿主 : 进化的毒蛋白 – cry 基因家族的重组进化 1、孔道形成

活化的 Bt毒蛋白

2、孔道形成 蛋白稳定 宿主特异性

3、宿主特异性 受体结合

部分蝴蝶类幼虫 部分甲壳虫类

部分飞蛾类幼虫 部分蚊蝇类幼虫

宿主特异性

多样性来源：毒蛋白 3个区域的突变与进化