不起眼的细菌,主导了一场农业革命

作者: C.CristataX

来源: 物种日历

发布日期: 2018-05-28

苏云金芽孢杆菌的发现和应用,对农业产生了革命性的影响,尤其是在控制害虫方面。这种细菌通过产生特异性毒素,能够有效针对鳞翅目昆虫,减少了对化学杀虫剂的依赖,同时也推动了转基因技术的发展。然而,随着时间的推移,害虫对抗性作物的抗药性问题也逐渐显现,这促使科学家们不断寻找新的解决方案。

在欧洲,面粉是最主要的食品原材料,但是两百多来,面粉商人都为一种大肉虫子而头疼。它们是地中海粉螟的幼虫,足有两厘米大,悄咪咪地躲在储存面粉的仓库里,毫无节制地吞噬着面粉。它们在温暖的面粉仓库和面包房里拼命繁殖,然后羽化,迅速交配留下下一代,然后死去——只需要7周就能繁殖一代,每一只雌虫都能产下将近600颗卵。吃掉面粉,留下死皮、尸体、排泄物,这些都没所谓。

对于面粉商来说,真正的麻烦在于,在加工面粉的时候,它们肥硕的身子跟着面粉一起装进机器,然后卡住零件,导致机器损坏或者工厂停工——在工业社会里,影响生产这件事真的是最让人头疼的了。

从1879年开始,这些昆虫就开始困扰整个欧洲,令面粉商人们束手无策。1927年,人类终于成功从死于非命的地中海粉螟幼虫尸体上分离出了苏云金芽孢杆菌。这次成功,让人类真正意识到了苏云金芽孢杆菌的重要作用,人类终于没再像前几次那样,让这种细菌从手指间溜走。19世纪末,日本人就和这种细菌打过交道了。

那时候,日本的蚕养殖业面临前所未有的巨大打击——看上去健康的家蚕突然前半身抬起,停止继续吃桑叶,胸部膨大,一边痉挛一边吐出液体,就好像随时要有一只异形破胸而出一样。最长只要几小时,这些蚕就全身麻痹一下子倒下死亡,死没多久尸体就变得柔软,迅速腐烂,体内流出大量的黑褐色液体。就算十分幸运没死掉的蚕,发育也变得十分迟缓。一时间,日本的丝绸产业被蒙上了一层死亡的阴影。

1901年,细菌学家石渡繁胤从病死的家蚕体内分离出了一种棒状的细菌,根据病症,他给这种细菌起了个名字,叫猝倒杆菌(Bacillus sotto)。没人知道石渡繁胤为什么地把这件事给放在一边没有继续研究,他的发现也就再也没人提起。10年之后,德国微生物学家恩斯特·贝尔林纳在德意志帝国图林根地区重新发现了这种细菌。

1915年,贝尔林纳重新发表了这个物种,他用发现地命名了这个物种,把它叫做图灵根芽胞杆菌(B. thuringiensis),一直沿用至今。

随着1927年取得的成功,人类对苏云金芽孢杆菌的研究终于进入了快车道。很快,人们就发现苏云金芽孢杆菌有很强的特异性——鳞翅目昆虫被它们针对了。那时候,美国森林里的舞毒蛾正在肆虐,美国政府自然而然地就成了最早吃螃蟹的人,结果效果拔群。欧洲人一看,也开心地把这种细菌拿去商业化使用了。

1938年,法国推出了第一款商业应用的苏云金芽孢杆菌农药Sporine,这款农药就是专门用来对付那些破坏面粉产业的大肉虫子的。用今天的眼光来看,这种农药简直可以用“简陋”来形容,它不过就把苏云金芽孢杆菌溶进水里而已。虽然简陋,但是好用,苏云金芽孢杆菌的水溶性制剂作为一种重要的农药,一直到上世纪五十年代。和化学杀虫剂相比,苏云金芽孢杆菌不仅容易降解,对除了鳞翅目昆虫以外的其他动植物都近乎绝对的安全。

上世纪八十年代,对苏云金芽孢杆菌毒蛋白的研究已经非常成熟了,人们最终发现苏云金芽孢杆菌其实是一种具有大量亚种的生物,而每个亚种都有不同的特性,会产生不同的蛋白,可能针对不同的生物。因为存在于晶体(crystal)中,因而这些蛋白又命名为Cry蛋白,譬如库尔斯塔克亚种中分泌的最著名的Cry1Ab。

随着越来越多的菌种被检测,从中发现的Cry蛋白们越来越多,杀虫的范围自然也就越来越广,从最早的鳞翅目昆虫专杀,扩大到后来的鞘翅目、双翅目昆虫,越来越多的农业害虫遇到了对应的“武器”。

然而一个尴尬的现实是,在自然界,有了矛,不可避免的,就会产生盾。就像抗生素遭遇抗药性一样。按照严格的种植规范,种植转基因作物的同时,必须要种植一定数量的非转基因、没有抗虫性的“庇护所”。它们不可避免的会被各种害虫吃得千疮百孔,但是它们的存在可以有效减少物种的选择压,防止抗药性的过早出现。

人们很快发现苏云金芽孢杆菌提供给人类的武器不仅仅只有Cry一族。科学家们在苏云金芽孢杆菌的以色列亚种中发现了另一种蛋白,它们与Cry蛋白不同,分布在细胞质(Cytoplasm)中而不是晶体里,因而被叫做Cyt蛋白。Cyt蛋白的作用原理是和昆虫细胞膜上的磷脂酰乙醇胺结合,不需要酶,简单粗暴地直接溶解它们的细胞。有了两套“抗生素”,我们似乎有办法对有抗性的害虫们做些什么了。

UUID: 56ccedb3-59e0-4309-a301-2bcc3b79a27c

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/物种日历公众号-pdf2txt/2018年/2018-05-28_不起眼的细菌,主导了一场农业革命.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0064 元