昆虫病毒的研究进展
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[ 16]
。 目前已有羽化激素、 利尿激
4 2 插入外源基因 4 2 1 插入昆虫激素基因 素 ( DH ) 、 保幼激素酯酶 ( JHE ) 和蜕皮激素 ( PTTH ) 、 促前 胸腺激素 PTTH 基因等被重组到杆状基因组, 并 得到表 达。 E ldridge等 ( 1991) 从烟青虫 ( H elioth is a ssulta ) 中将羽 化激素的 cDNA 克隆 , 并 被 A c NPV 在昆虫细 胞中表达。 纯化的重组羽化激素注入草地贪夜蛾 ( Spodoptera frug iper da ) 蛹体内 , 可激发蜕皮行为, 对烟草天蛾幼虫有活性
[ 6] 2
。
尽管人们已经发现很多的昆虫病毒, 但目前用于农作 物防治害虫的病毒种类有限。目前用于生物防治的主要 是杆状病毒科的核型多 角体病毒 ( NPV ) 和 颗粒体病毒 ( GV ) 以及呼肠孤病毒科的质型多角体病毒 ( CPV ) 。目 前 , 至少已在 600多种昆虫 ( 主要是鳞翅目昆虫 ) 和其他无 脊椎动物中发现杆状病毒感染 , 也发现有部分核多角体病 毒也感染其它的昆虫如鞘翅目、 膜翅目、 脉翅目和双翅目 等
[ 5] 2
。本文就病毒的类群、 昆虫
病毒在生物防治上的应用、 病毒的增效因子的研究及昆虫 病毒基因工程改造的研究作一概述。
1 病毒的类群
目前已知有 20 个不同类群的昆虫病毒, 这些病毒分 属 13个不同的科。其中有杆状病毒科、 痘病毒科、 多分病 毒科、 泡囊病毒科和虹彩病毒科、 细小病毒科、 呼肠孤病毒 科、 二分 RNA 病毒科、 微 RNA 病毒科、 野田村病毒科和 T 四病毒科、 前病毒科和变位病毒科
关键词 : 昆虫病毒 ; 类群 ; 生物防治 ; 增效因子 ; 基因工程 中图分类号 Q 965 8 文献标识码 A 文章编号 1007- 7731( 2007) 13- 150- 03
Progress on the R esearch of In sect V irus
L i H ui1 T ang L i1 Chen Q ijin2 ( 1 Guangzhou b io log ica l contro l sta tion , Guangzhou 510460; 2 Institu te o f Ento m o logy of Zhongshan U n ive rsity Guangzhou 510275) Ab strac t : En tom oviruses have been successfu lly used in the contro l o f a variety of pest insects in agr iculture and fo restry It has a fe w o f defects co m pared w ith che m ica l insecticides T he artic le rev iew s the sort o f en tom oviruses and its app lication in b io log ical con tro , l the resea rch o f v ira l enchancing factors and reco m binant ento m ov iruses K ey words : ento m ov iruse ; sort ; b io log ica l contro; l enchancing factors ; recomb inant
( 1973) 在广州地区首次分离到斜纹夜蛾核型多角体病毒 (PI NPV ) 后, 中山大学昆虫学研究所与广州市中达生物工 程有限公司合作, 于 1998年生产出商品化的 虫瘟一号 病毒杀虫剂, 杀虫效果良好, 年产量达 30t以上
[ 8]
一个早期非必需基因蜕皮甾体尿苷二磷酸葡萄糖转移酶 基因, 该基因受早期启动子控制 , 编码的一个 506aa 蛋白 能阻止幼虫蜕皮和化蛹 , 促进病毒自身的增殖。缺失该基 因的重组病毒能比野生型病毒提早 27 5h杀死粉纹夜蛾 幼虫, 受感染的幼虫取食量也减少了 40% 。 4 1 2 修饰 gP64基因 gP64基因编码的 64kD 膜蛋白对 病毒的附着和进入细胞有重要作用, Bonn ing等 ( 1996) 将 AcNPV 的 gP64基因与专性杀甲虫的苏云金杆菌晶体毒素 基因融合, 并在大肠杆菌中表达, 其表达产物可杀鳞翅目 幼虫和甲虫
[ 11]
。
M aeda( 1989) 将一种昆虫利尿激素基因重组到 BmNPV 中 感染昆虫幼虫, 结果使幼虫的血淋巴比野生型病毒感染的 少 30% , 感染幼虫 的时间也 缩短了 1d 。 H a mm ock 等 ( 1990) 把烟芽夜蛾中分离的 JHE 插入到 A c NPV 中得到 重组病毒感染 1龄的粉纹夜蛾幼虫 , 能减少幼虫的取食和 体重, 并使虫体变黑 , 但对高龄幼虫的 LT50 ( 半致死时间 ) 和 LD50 ( 致死中量 ) 值并无影响
[ 17]
。 V ail等用光增白剂 T inopal LPW 和 A M f N
PV 混合喂食 4种夜蛾科昆虫, 分别为烟芽夜蛾 ( H eliothi virescens )、甜 菜 夜 蛾 ( Spod optera exigu e )、粉 纹 夜 蛾 (T richop lu sia n i)和美洲棉铃虫 (H eliothis zea ), LT 50 值减少 了 52 4 % , LC50 值则减少了 65 5% - 92 6 % 。粉纹夜蛾 和烟芽夜蛾对 A M f NPV 的敏感性最强, 而甜菜夜蛾敏感性 最差。另外, 他们还发现了光增白剂增效作用的最适浓度 为 0 25 % - 1% , 浓度为 0 01 % - 0 1 % 时无明显增效作 用 , 浓度过高则会抑制昆虫进食
( H aNPV ) 防治棉花、 玉米、 高粱、 大豆、 番茄等多种作物的 害虫, 取得较好的效果 , 并于 1971 年正式登记 , 是第一个 工业化生产的昆虫病毒商品。 20世纪 70 年代初, 杆状病 毒被 FAO /WH O 推荐为一种安全的生物杀虫剂用于害虫 防治。杆状病毒杀虫剂应用最成功的例子是巴西的豆夜 蛾 NPV, 在近 100万 hm 的大豆上应用, 每年可节省费用 1100万美元, 同时还免去了 1700万 t化学农药的使用, 具 有巨大的经济和生态效益
150
安徽农学通报 , A nhu i A gri S ci Bu ll 2007 , 13 ( 13) : 150 - 152
昆虫病毒的研究进展
李 辉
1
汤
历
1
陈其津
2
( 1 广州市生物防治站 , 广东广州
510460 ; 2 中山大学昆虫研究所 , 广东广州
510275 )
摘 述。
要 : 本文就昆虫病毒的类群 、 昆虫 病毒 在生 物防治 上的 应用 、 病毒 的增 效因子 及基 因工 程改造 的研 究进行 了综
作者简介 : 李辉 ( 1979- ) , 男 , 助理农艺师 , 昆虫毒理硕士 , 主要从事产品质量检验及病毒杀虫剂的开发与应用方面的工作。 收稿日期 : 2007- 06- 18
151
虫剂应用研究和产业化基本模式已经形成
[ 7]
。戴冠群等
死亡
[ 12]
。 OR ' eily等 ( 1991) 发现银纹夜蛾核多角体病毒的
[ 10]
Ac MNPVpp34基因编码的多角体
膜蛋白 ( Polyhedral envelope p rotein) 是构成多角体膜的主 要组分。 Zu idem a等 ( 1989) 用插入失活法破坏这一基因 后, 病毒多角体外周不存在膜状结构, 而病毒的感染性有 所提高。 pp34基因缺失病毒对寄主感染性提高的原因 , 可能 与该 病 毒的 病毒 粒子 更 容易 从多 角体 中 释放 有 关
[ 14]Fra Baidu bibliotek[ 13]
。
3 病毒增效因子的研究
3 1 生物增效因子 T anada( 1959) 首次报道颗粒体病毒 ( GV ) 和核型多角体病毒 ( NPV ) 同时感染美洲粘虫 ( P seu daletia un ipuncta ) 时 , PuGV 对 PuNPV 的增效作用。此外, 还发 现 一种 粉纹 夜 蛾颗 粒体 病毒 TnGV ( Trichop lusiani G ranu losis Virus ) 对苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒 ( Ac MN PV ) 和粉纹夜蛾核型多角体病毒 ( TnNPV ) 都有较高的增 效活性 , 八字地老虎颗粒体病毒 ( X estia Cn igrum G ranu losis V irus ) 也能增强八字地老虎核型多角体病毒对该种幼虫的 感染
[ 3]
。武汉大学刘
年翠等 ( 1978) 开始对菜粉蝶颗粒体病毒 ( PrGV ) 进行了系 统深入的基础和应用研究。该制剂在我国 29个省市、 216 个单位进行了 1 33万 hm 田间试验, 标志着昆虫病毒杀
2
。
2 昆虫病毒在生物防治上的应用
基金项目 : 广东省农业科技攻关项目 ( 2003C20509) 资助
人类使用化学杀虫剂 50 多年的历史表明 , 化学杀虫 剂在有效地防治害虫的同时 , 也带来了环境污染、 害虫抗 药性及害虫的再猖獗等一系列严重的问题。昆虫病毒因 其具有对天敌安全、 不污染环境、 在环境中滞留期短、 害虫 不易产生抗性以及能在害虫种群中形成流行病而长期控 制虫口密度等特点 , 使对昆虫病毒的研究成为近年来的热 点。但到目前为止, 病毒杀虫剂还有几个问题尚待解决, 一是杀虫谱窄 ; 二是杀虫速度缓慢 ; 三是在田间应用时受 太阳照射后其活性明显下降
。
的。此外还发现粘虫痘病毒的包含体也存在这种能加强 NPV 感染的增强因子。 3 2 非生物增效因子 除了生物因子能有效地增强病毒 的感染力外, 一些非生物因子也对病毒有增效的作用, 近 年来光增白剂对杆状病毒的增效作用已引起人们的兴趣, 因为光增白剂不仅能增强病毒的感染性, 而且能有效保护 杆状病毒免受紫外线辐射损伤 , 同时还在一定范围内扩大 病毒宿主域, 是一种很有应用潜力的杆状病毒增效因子。 Shapiro等 ( 1992) 首次报道光增白剂能极大增强 NPV 的感 染性, 他们用二苯乙烯类光增白剂和舞毒蛾 NPV ( Lym ant ria d is par NPV, LdNPV ) 混合喂食舞毒蛾幼虫, LdNPV 的感 染性大大增强 , 其 LC50从 18000降至 10- 44P I B s/m , l 减少 了 99 9 %
[ 2]
。据不完全统计 , 至今国际上
已有 30 多个国家和地区开展了昆虫病毒防治工作, 已有 50 多种农林害虫得到了有效的防治。 2 2 我国昆虫病毒的应用进展 我国的昆虫病毒防治开 始于 1973年左右, 蒲蛰龙等在广东首次发现马尾松毛虫 质多角体病毒 ( DpCPV ) 。 1988 - 1993 年间 , 在湖 北、 新 疆、 河南、 河北等省利用松毛虫 CPV 病毒防治松毛虫 , 总 计面积约 7 万 hm , 其防治效果相当于当前的高效化学农 药。另一项应用广泛的病毒是棉铃虫 NPV 病毒。 20世纪 70年代, 我国产棉区广泛开展了利用棉铃虫 NPV 防治棉 铃虫的田间试验 , 并在湖北兴建了第一座国家投资建设的 年产能力为 30 t的棉铃虫 NPV 制剂工厂
[ 1]
2 1 国外昆虫病毒的应用进展
利用昆虫病毒防治害虫
的研究早在 19 世纪末就已开展了 , G eh ren ( 1892) 在德国 利用 昆 虫 核 型 多 角 体 病 毒 防 治 模 毒 蛾 ( Lym an tria m onacha )
[ 4]
。 1961年 , 美国应用棉铃虫核型多角体病毒
[ 9]
。 P10蛋白是多角体膜的纤维结构
4 1 3 缺失 p10基因
成分, M aeda 等 ( 1995) 发现缺失 p10 基因的重组病毒在昆 虫中肠释放病毒粒子的效率提高, 毒力因而提高 2倍 , 但 对紫外线等的抵抗力降低 4 1 4 pp34基因缺失
[ 15]
。因此, GV 增强蛋白对 NPV 的增强作用是很普遍
。 目前已有羽化激素、 利尿激
4 2 插入外源基因 4 2 1 插入昆虫激素基因 素 ( DH ) 、 保幼激素酯酶 ( JHE ) 和蜕皮激素 ( PTTH ) 、 促前 胸腺激素 PTTH 基因等被重组到杆状基因组, 并 得到表 达。 E ldridge等 ( 1991) 从烟青虫 ( H elioth is a ssulta ) 中将羽 化激素的 cDNA 克隆 , 并 被 A c NPV 在昆虫细 胞中表达。 纯化的重组羽化激素注入草地贪夜蛾 ( Spodoptera frug iper da ) 蛹体内 , 可激发蜕皮行为, 对烟草天蛾幼虫有活性
[ 6] 2
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尽管人们已经发现很多的昆虫病毒, 但目前用于农作 物防治害虫的病毒种类有限。目前用于生物防治的主要 是杆状病毒科的核型多 角体病毒 ( NPV ) 和 颗粒体病毒 ( GV ) 以及呼肠孤病毒科的质型多角体病毒 ( CPV ) 。目 前 , 至少已在 600多种昆虫 ( 主要是鳞翅目昆虫 ) 和其他无 脊椎动物中发现杆状病毒感染 , 也发现有部分核多角体病 毒也感染其它的昆虫如鞘翅目、 膜翅目、 脉翅目和双翅目 等
[ 5] 2
。本文就病毒的类群、 昆虫
病毒在生物防治上的应用、 病毒的增效因子的研究及昆虫 病毒基因工程改造的研究作一概述。
1 病毒的类群
目前已知有 20 个不同类群的昆虫病毒, 这些病毒分 属 13个不同的科。其中有杆状病毒科、 痘病毒科、 多分病 毒科、 泡囊病毒科和虹彩病毒科、 细小病毒科、 呼肠孤病毒 科、 二分 RNA 病毒科、 微 RNA 病毒科、 野田村病毒科和 T 四病毒科、 前病毒科和变位病毒科
关键词 : 昆虫病毒 ; 类群 ; 生物防治 ; 增效因子 ; 基因工程 中图分类号 Q 965 8 文献标识码 A 文章编号 1007- 7731( 2007) 13- 150- 03
Progress on the R esearch of In sect V irus
L i H ui1 T ang L i1 Chen Q ijin2 ( 1 Guangzhou b io log ica l contro l sta tion , Guangzhou 510460; 2 Institu te o f Ento m o logy of Zhongshan U n ive rsity Guangzhou 510275) Ab strac t : En tom oviruses have been successfu lly used in the contro l o f a variety of pest insects in agr iculture and fo restry It has a fe w o f defects co m pared w ith che m ica l insecticides T he artic le rev iew s the sort o f en tom oviruses and its app lication in b io log ical con tro , l the resea rch o f v ira l enchancing factors and reco m binant ento m ov iruses K ey words : ento m ov iruse ; sort ; b io log ica l contro; l enchancing factors ; recomb inant
( 1973) 在广州地区首次分离到斜纹夜蛾核型多角体病毒 (PI NPV ) 后, 中山大学昆虫学研究所与广州市中达生物工 程有限公司合作, 于 1998年生产出商品化的 虫瘟一号 病毒杀虫剂, 杀虫效果良好, 年产量达 30t以上
[ 8]
一个早期非必需基因蜕皮甾体尿苷二磷酸葡萄糖转移酶 基因, 该基因受早期启动子控制 , 编码的一个 506aa 蛋白 能阻止幼虫蜕皮和化蛹 , 促进病毒自身的增殖。缺失该基 因的重组病毒能比野生型病毒提早 27 5h杀死粉纹夜蛾 幼虫, 受感染的幼虫取食量也减少了 40% 。 4 1 2 修饰 gP64基因 gP64基因编码的 64kD 膜蛋白对 病毒的附着和进入细胞有重要作用, Bonn ing等 ( 1996) 将 AcNPV 的 gP64基因与专性杀甲虫的苏云金杆菌晶体毒素 基因融合, 并在大肠杆菌中表达, 其表达产物可杀鳞翅目 幼虫和甲虫
[ 11]
。
M aeda( 1989) 将一种昆虫利尿激素基因重组到 BmNPV 中 感染昆虫幼虫, 结果使幼虫的血淋巴比野生型病毒感染的 少 30% , 感染幼虫 的时间也 缩短了 1d 。 H a mm ock 等 ( 1990) 把烟芽夜蛾中分离的 JHE 插入到 A c NPV 中得到 重组病毒感染 1龄的粉纹夜蛾幼虫 , 能减少幼虫的取食和 体重, 并使虫体变黑 , 但对高龄幼虫的 LT50 ( 半致死时间 ) 和 LD50 ( 致死中量 ) 值并无影响
[ 17]
。 V ail等用光增白剂 T inopal LPW 和 A M f N
PV 混合喂食 4种夜蛾科昆虫, 分别为烟芽夜蛾 ( H eliothi virescens )、甜 菜 夜 蛾 ( Spod optera exigu e )、粉 纹 夜 蛾 (T richop lu sia n i)和美洲棉铃虫 (H eliothis zea ), LT 50 值减少 了 52 4 % , LC50 值则减少了 65 5% - 92 6 % 。粉纹夜蛾 和烟芽夜蛾对 A M f NPV 的敏感性最强, 而甜菜夜蛾敏感性 最差。另外, 他们还发现了光增白剂增效作用的最适浓度 为 0 25 % - 1% , 浓度为 0 01 % - 0 1 % 时无明显增效作 用 , 浓度过高则会抑制昆虫进食
( H aNPV ) 防治棉花、 玉米、 高粱、 大豆、 番茄等多种作物的 害虫, 取得较好的效果 , 并于 1971 年正式登记 , 是第一个 工业化生产的昆虫病毒商品。 20世纪 70 年代初, 杆状病 毒被 FAO /WH O 推荐为一种安全的生物杀虫剂用于害虫 防治。杆状病毒杀虫剂应用最成功的例子是巴西的豆夜 蛾 NPV, 在近 100万 hm 的大豆上应用, 每年可节省费用 1100万美元, 同时还免去了 1700万 t化学农药的使用, 具 有巨大的经济和生态效益
150
安徽农学通报 , A nhu i A gri S ci Bu ll 2007 , 13 ( 13) : 150 - 152
昆虫病毒的研究进展
李 辉
1
汤
历
1
陈其津
2
( 1 广州市生物防治站 , 广东广州
510460 ; 2 中山大学昆虫研究所 , 广东广州
510275 )
摘 述。
要 : 本文就昆虫病毒的类群 、 昆虫 病毒 在生 物防治 上的 应用 、 病毒 的增 效因子 及基 因工 程改造 的研 究进行 了综
作者简介 : 李辉 ( 1979- ) , 男 , 助理农艺师 , 昆虫毒理硕士 , 主要从事产品质量检验及病毒杀虫剂的开发与应用方面的工作。 收稿日期 : 2007- 06- 18
151
虫剂应用研究和产业化基本模式已经形成
[ 7]
。戴冠群等
死亡
[ 12]
。 OR ' eily等 ( 1991) 发现银纹夜蛾核多角体病毒的
[ 10]
Ac MNPVpp34基因编码的多角体
膜蛋白 ( Polyhedral envelope p rotein) 是构成多角体膜的主 要组分。 Zu idem a等 ( 1989) 用插入失活法破坏这一基因 后, 病毒多角体外周不存在膜状结构, 而病毒的感染性有 所提高。 pp34基因缺失病毒对寄主感染性提高的原因 , 可能 与该 病 毒的 病毒 粒子 更 容易 从多 角体 中 释放 有 关
[ 14]Fra Baidu bibliotek[ 13]
。
3 病毒增效因子的研究
3 1 生物增效因子 T anada( 1959) 首次报道颗粒体病毒 ( GV ) 和核型多角体病毒 ( NPV ) 同时感染美洲粘虫 ( P seu daletia un ipuncta ) 时 , PuGV 对 PuNPV 的增效作用。此外, 还发 现 一种 粉纹 夜 蛾颗 粒体 病毒 TnGV ( Trichop lusiani G ranu losis Virus ) 对苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒 ( Ac MN PV ) 和粉纹夜蛾核型多角体病毒 ( TnNPV ) 都有较高的增 效活性 , 八字地老虎颗粒体病毒 ( X estia Cn igrum G ranu losis V irus ) 也能增强八字地老虎核型多角体病毒对该种幼虫的 感染
[ 3]
。武汉大学刘
年翠等 ( 1978) 开始对菜粉蝶颗粒体病毒 ( PrGV ) 进行了系 统深入的基础和应用研究。该制剂在我国 29个省市、 216 个单位进行了 1 33万 hm 田间试验, 标志着昆虫病毒杀
2
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2 昆虫病毒在生物防治上的应用
基金项目 : 广东省农业科技攻关项目 ( 2003C20509) 资助
人类使用化学杀虫剂 50 多年的历史表明 , 化学杀虫 剂在有效地防治害虫的同时 , 也带来了环境污染、 害虫抗 药性及害虫的再猖獗等一系列严重的问题。昆虫病毒因 其具有对天敌安全、 不污染环境、 在环境中滞留期短、 害虫 不易产生抗性以及能在害虫种群中形成流行病而长期控 制虫口密度等特点 , 使对昆虫病毒的研究成为近年来的热 点。但到目前为止, 病毒杀虫剂还有几个问题尚待解决, 一是杀虫谱窄 ; 二是杀虫速度缓慢 ; 三是在田间应用时受 太阳照射后其活性明显下降
。
的。此外还发现粘虫痘病毒的包含体也存在这种能加强 NPV 感染的增强因子。 3 2 非生物增效因子 除了生物因子能有效地增强病毒 的感染力外, 一些非生物因子也对病毒有增效的作用, 近 年来光增白剂对杆状病毒的增效作用已引起人们的兴趣, 因为光增白剂不仅能增强病毒的感染性, 而且能有效保护 杆状病毒免受紫外线辐射损伤 , 同时还在一定范围内扩大 病毒宿主域, 是一种很有应用潜力的杆状病毒增效因子。 Shapiro等 ( 1992) 首次报道光增白剂能极大增强 NPV 的感 染性, 他们用二苯乙烯类光增白剂和舞毒蛾 NPV ( Lym ant ria d is par NPV, LdNPV ) 混合喂食舞毒蛾幼虫, LdNPV 的感 染性大大增强 , 其 LC50从 18000降至 10- 44P I B s/m , l 减少 了 99 9 %
[ 2]
。据不完全统计 , 至今国际上
已有 30 多个国家和地区开展了昆虫病毒防治工作, 已有 50 多种农林害虫得到了有效的防治。 2 2 我国昆虫病毒的应用进展 我国的昆虫病毒防治开 始于 1973年左右, 蒲蛰龙等在广东首次发现马尾松毛虫 质多角体病毒 ( DpCPV ) 。 1988 - 1993 年间 , 在湖 北、 新 疆、 河南、 河北等省利用松毛虫 CPV 病毒防治松毛虫 , 总 计面积约 7 万 hm , 其防治效果相当于当前的高效化学农 药。另一项应用广泛的病毒是棉铃虫 NPV 病毒。 20世纪 70年代, 我国产棉区广泛开展了利用棉铃虫 NPV 防治棉 铃虫的田间试验 , 并在湖北兴建了第一座国家投资建设的 年产能力为 30 t的棉铃虫 NPV 制剂工厂
[ 1]
2 1 国外昆虫病毒的应用进展
利用昆虫病毒防治害虫
的研究早在 19 世纪末就已开展了 , G eh ren ( 1892) 在德国 利用 昆 虫 核 型 多 角 体 病 毒 防 治 模 毒 蛾 ( Lym an tria m onacha )
[ 4]
。 1961年 , 美国应用棉铃虫核型多角体病毒
[ 9]
。 P10蛋白是多角体膜的纤维结构
4 1 3 缺失 p10基因
成分, M aeda 等 ( 1995) 发现缺失 p10 基因的重组病毒在昆 虫中肠释放病毒粒子的效率提高, 毒力因而提高 2倍 , 但 对紫外线等的抵抗力降低 4 1 4 pp34基因缺失
[ 15]
。因此, GV 增强蛋白对 NPV 的增强作用是很普遍