理科论文 ：在实验田相应浓度下土壤理化性质对Bt Cry1Ab杀虫蛋白吸附的影响[1]

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摘 要：本文研究了Bt Cry1Ab杀虫蛋白在钠质蒙脱石 （M-Na） 和土壤粘土上的吸附。研究目的不在于找到种植Bt玉米（MON810）实验田土壤对Bt蛋白的吸附能力，而是总结试验田典型浓度下的Cry1Ab抗虫蛋白的吸附规律。动力学试验表明，抗虫蛋白在M-Na表面吸附迅速（<60分钟）。在蒙脱石的浓度变化和保持抗虫蛋白的加入量不变（20和45 ng ml-1）的条件下，随着蒙脱石浓度的增加，每单位重量的蒙脱石对Cry1Ab蛋白的吸附量减小。Cry1Ab蛋白在蒙脱石上的吸附量随着悬浮液pH值的升高而减少。所有的吸附等温线都可由有含参数K的线性回归线来描述，直线的斜率为分配系数。尽管它们的矿物成分几乎相同，不同的土壤粘粒表现出不同的K值。K值的不同与土壤粘土组分的物理和化学性质有关，例如有机碳含量，比表面，粘土表面的电动电荷以及外部表面电荷密度。土壤有机质含量和土壤表面电荷量的增加会引起分配系数K值的减小，而土壤粘土组分的外表面积的增加会导致K值的增大。
吸附在土壤粘粒上Cry1Ab蛋白质中不到10%的为可逆吸附，能够被解吸，蒸馏水的解吸率比CaCl2（2.25mmol）和溶解性有机碳（50 mg Cl-1）溶液高。
关键词：Cry1Ab杀虫蛋白；苏云金芽孢杆菌；Na-蒙脱石；土壤粘粒；吸附；解吸；有机碳；比表面；表面电荷；表面电荷密度。
1 引言
最近几年转基因植物（GMP）的种植区域明显增加，例如，在2005年，全球的GMP种植面积从2004年的8100公顷上升为9000万公顷（James, 2005）。一种基因修饰植物如玉米能合成Bt毒蛋白，该蛋白能直接抵御欧洲玉米螟幼虫的危害，从而使这些植物（这里我们称之为转Bt植物）免受害虫的干扰。
Bt基因植物所合成的杀虫蛋白通过不同的途径进入土壤，例如，在生长期内通过根系分泌物进入土壤（Saxena et al., 1999; Saxena and Stotzky, 2000），转基因植物收货后残余的生物量被纳入土壤（Tapp and Stotzky, 1998; Stotzky, 2000），还有一些通过花粉进入土壤（Losey et al.,1999）。在大田条件下，土壤中最高含量的Bt内毒素存在于活的根片段中。其次含量较高的是在分解的前茬玉米残体中检测到的（Hopkins and Gregorich, 2003）。抗虫蛋白在根际土中的含量比在转基因玉米（MON810）的田间土体土块中的含量要高（Baumgarte and Tebbe, 2005）。由于Bt毒素与土壤成分的相互作用，导致苏云金芽孢杆菌所产生的部分杀虫蛋白能够抵抗微生物降解而残留于土壤中（e.g., Koskella and Stotzky, 1997; Saxena and Stotzky, 2000; Stotzky, 2000, 2004），被土壤成分所约束的该毒素生物利用度降低，并且不易退化。因此，这种毒素可在土壤环境中积累（Crecchio and Stotzky, 1998, 2001; Tapp and Stotzky, 1998; Vettori et al.,2003; Muchaonyerwa et al., 2004）。此外，当与土壤粒子结合后，这种转Bt毒素的杀虫活性会保留，有时甚至会增强（Tapp and Stotzky, 1995; Crecchio and Stotzky, 1998; Zhou et al., 2005）。然而，Bt毒素在土壤中的持久性，以及他们的微生物降解是土壤类型，环境条件，蛋白质来源（植物的产生或纯毒素）和特定杀虫蛋白的研究多种因素共同作用的结果（Clark et al., 2005）。
几项研究已经调查了转Bt毒素在土壤中的行为，以及土壤颗粒对Bt毒素的吸附（e.g., Stotzky, 2004）。由于其大的比表面积和高阳离子交换量，粘土矿物质和腐植物质是土壤中最重要的吸附物质（Sposito, 1984; Stotzky, 1986）。因此，粘粒对Bt毒素的吸附量大于沙粒和原土（Muchaonyerwa et al., 2006）。Bt毒素在蒙脱石（M）上的吸附量比在高岭石（K）上的大（Venkateswerlu and Stotzky, 1992; Tapp et al., 1994; Lee et al., 2003）。最大吸附发生在30分钟内，更长时间的接触并没有引起转Bt毒素吸附量的增加（Crecchio and Stotzky, 2001; Venkateswerlu and Stotzky, 1992; Lee et al., 2003; Zhou et al., 2005）。转Bt毒素在沙质壤土的最大吸附理学论文