編輯推薦
本書包括微生物資源的篩選,功能蛋白的分離、純化和基因剋隆,高效工程菌株的構建,蛋白質藥物的發酵和製備工藝,蛋白質結構與功能分析及功能基因對植物的遺傳轉化等內容。在吸收最新研究成果的基礎上,係統地介紹瞭蛋白質生物農藥的研究現狀和發展趨勢,展望瞭蛋白質生物農藥的發展前景。本書的特點是係統、全麵、循序漸進,既有蛋白質生物農藥的理論基礎知識,也包括豐富的蛋白質實驗分析技術。可供各大專院校作為教材使用,也可供從事相關工作的人員作為參考用書使用。
內容簡介
《蛋白質生物農藥》內容為現代生物技術前沿之一,是在生物技術快速發展、生物農藥備受關注的背景下,在分析瞭國內外蛋白質生物農藥研究進展及研製經驗的基礎上編著而成的。全書共分十四章,包括蛋白質生物農藥的概念及類型,Bt殺蟲晶體蛋白的生物殺蟲作用及應用,細菌源蛋白質生物農藥,真菌源蛋白質生物農藥,蛋白質生物農藥對植物的免疫增産功能,蛋白質生物農藥的作用機製,農藥的毒理學評價,蛋白質生物農藥的篩選和評價模型,蛋白質生物農藥的發酵、製備和檢測,蛋白質生物農藥的製劑技術和應用,蛋白質藥物的分子生物學研究技術,蛋白質藥物的結構解析與分子設計,蛋白激發子轉基因植物研究,蛋白質生物農藥的發展前景等。
《蛋白質生物農藥》適閤農林院校的農學和植物保護類專業及綜閤性院校的生命科學相關專業的教師、研究生使用,也可供相關研究領域的科研人員參考。
內頁插圖
目錄
前言
第一章 蛋白質生物農藥的概念及類型
第一節 蛋白質生物農藥的概念
第二節 蛋白質生物農藥發展現狀
第三節 蛋白質生物農藥類型
第四節 蛋白質生物農藥的發展趨勢
參考文獻
第二章 Bt殺蟲晶體蛋白的生物殺蟲作用及應用
第一節 Bt殺蟲晶體蛋白的生物殺蟲作用
第二節 Bt殺蟲晶體蛋白生物殺蟲作用機製
第三節 Bt殺蟲劑的優缺點與改進
第四節 Bt殺蟲晶體蛋白生物農藥的研究進展
參考文獻
第三章 細菌源蛋白質生物農藥
第一節 Harpin蛋白基因簇
第二節 Harpin功能基因的發掘及功能域
第三節 Harpin蛋白傢族及遺傳學特性
第四節 Harpin的生物學功能
參考文獻
第四章 真菌源蛋白質生物農藥
第一節 極細鏈格孢菌植物激活蛋白
第二節 稻瘟菌植物激活蛋白
第三節 灰葡萄孢菌植物激活蛋白
參考文獻
第五章 蛋白質生物農藥對植物的免疫增産功能
第一節 激活蛋白的誘導抗性作用
第二節 激活蛋白促進植物生長和提高作物産量
第三節 激活蛋白提高農作物品質和營養要素的作用
第四節 激活蛋白誘導植物的抗逆性
參考文獻
第六章 蛋白質生物農藥的作用機製
第一節 蛋白性質的(類)激發子受體
第二節 激發子誘導植物的早期防衛反應
第三節 植物抗病信號分子及轉導途徑
第四節 蛋白激發子激發植物抗病防衛基因的錶達
第五節 激發子誘導植物防衛反應的物質基礎
參考文獻
第七章 農藥的毒理學評價
第一節 毒理學基本概念及其分類
第二節 農藥對人體的危害
第三節 毒性作用機製
第四節 農藥的毒理學評價
第五節 EPA對蛋白農藥的安全性的認證
第六節 植物激活蛋白的毒性檢測
第七節 Messenger的毒理學研究
參考文獻
第八章 蛋白質生物農藥的篩選和評價模型
第一節 蛋白質生物農藥的抗病性篩選模型
第二節 蛋白質生物農藥促進植物生長的模型
第三節 蛋白質生物農藥生理生化活性檢測模型
第四節 蛋白質生物農藥提高作物品質和營養含量的檢測方法
參考文獻
第九章 蛋白質生物農藥的發酵、製備和檢測
第一節 微生物發酵工程的進展
第二節 蛋白質生物農藥産生菌培養條件的研究
第三節 蛋白質藥物發酵技術研究和産業化規模生産
參考文獻
第十章 蛋白質生物農藥的製劑技術和應用
第一節 蛋白質製劑的基本劑型和工藝流程
第二節 蛋白質製劑的基本組成
第三節 蛋白質製劑的質量標準和儲存
第四節 蛋白質製劑應用
參考文獻
第十一章 蛋白質藥物的分子生物學研究技術
第一節 蛋白質藥物的分離與純化
第二節 生物質譜與蛋白氨基酸序列測定
第三節 蛋白質的基因剋隆
第四節 蛋白質錶達
參考文獻
第十二章 蛋白質藥物的結構解析與分子設計
第一節 蛋白質藥物的生物信息學
第二節 蛋白質同源建模
第三節 蛋白質的結構研究
第四節 蛋白質藥物的功能與分子設計
參考文獻
第十三章 蛋白激發子轉基因植物研究
第一節 植物基因工程概述
第二節 蛋白激發子轉基因植物研究
參考文獻
第十四章 蛋白質生物農藥的發展前景
第一節 現代生物技術加速蛋白質生物農藥的創新
第二節 蛋白質生物農藥的發展帶來瞭生物農藥的變革
第三節 蛋白質生物農藥的發展保障農産品安全
第四節 發展蛋白質生物農藥的可行性及前景分析
參考文獻
圖版
精彩書摘
二、蘇雲金芽孢杆菌多劑型提高防治效果擴大殺蟲譜
我國應用於植物害蟲生物防治的生物農藥主要以蘇雲金芽孢杆菌為主。我國蘇雲金芽孢杆菌殺蟲劑研究始於20世紀50年代,經過多年的努力,目前我國蘇雲金芽孢杆菌的年産量約4萬t,但與歐美國傢相比,我國産品的發酵和製劑水平仍存在一定的差距。國外有關蘇雲金芽孢杆菌的規模化生産大多采用瞭高效廣譜的工程菌株,其特點是發酵水平較高和發酵産品的迴收率高;同時國際上有關蘇雲金芽孢杆菌製劑的劑型也較多,有粉劑、可濕性粉劑、懸浮劑、濃水劑、油乳劑、乳油、顆粒劑、片劑、乳懸劑、緩釋劑、生物包被劑等。而我國大部分現用的生産菌株為蘇雲金芽孢杆菌k類型,産品劑型以可濕性粉劑和懸浮劑為主;有關蘇雲金芽孢杆菌的液體發酵工藝生産上主要采用批式發酵技術,後提取技術主要采用離心濃縮工藝,導緻發酵液中增效因子等有效成分的部分損失。此外,我國目前部分生物農藥生産企業的噴霧乾燥設備也製約瞭産品迴收率的提高。采用基因工程技術構建藥效穩定、防治麵較廣的Bt工程菌劑,充分利用我國極其豐富的微生物資源,以葉甲類鞘翅目害蟲、甜菜夜蛾等鱗翅目害蟲為主要防治對象,通過殺蟲晶體蛋白基因組閤、分子進化、不同結構域中氨基酸定點誘變、融閤、互換等分子設計手段進一步提高殺蟲毒力,擴大殺蟲譜,進行高效廣譜Bt製劑的研製和應用是當前Bt生物農藥發展的新趨勢。
前言/序言
生物農藥主要包括微生物農藥(如細菌、病毒和真菌等)、農用抗生素、植物源農藥、生化農藥(如動物激素、植物生長調節劑等)、天敵農藥(如天敵昆蟲等)和轉基因農藥(如抗病蟲草的轉基因植物等)幾大類。生物農藥在我國農業生産中發揮著日益重要的作用,隨著人們對糧食安全和環境安全重要性認識的提高,生物農藥産業必將迎來前所未有的發展。
蛋白質生物農藥是生物農藥領域中近年來快速發展的方嚮之一,蛋白質生物農藥是指來源於自然界生物,對農作物病、蟲、草害具有抑製或防控功能並達到農藥登記標準各項指標的生物蛋白質製劑。蛋白質生物農藥已成為新型生物農藥發展中的一個亮點,其中已被廣泛使用的蛋白質生物農藥主要有用於防治棉鈴蟲、小菜蛾和蚊子的蘇雲金芽孢杆菌殺蟲晶體蛋白,而用於控製病害和增強抗逆性的過敏蛋白和激活蛋白等蛋白質生物農藥也正在逐步應用於農業生産中。
為瞭把我國建設成為一個生態文明和環境安全兼具的農業大國,發展和壯大生物農藥産業是一項非常緊迫的任務。近年來,我國生物農藥應用研究與基礎理論研究快速發展,本書就總結瞭蛋白質生物農藥的研究進展以及製備技術方法和手段,這對於促進蛋白質生物農藥産業的發展壯大將起到積極的推動作用。我們希望本書的齣版對該領域的科研工作者和生物農藥使用者會有所幫助。
本書包括微生物資源的篩選,功能蛋白的分離、純化和基因剋隆,高效工程菌株的構建,蛋白質藥物的發酵和製備工藝,蛋白質結構與功能分析及功能基因對植物的遺傳轉化等內容。在吸收最新研究成果的基礎上,係統地介紹瞭蛋白質生物農藥的研究現狀和發展趨勢,展望瞭蛋白質生物農藥的發展前景。本書的特點是係統、全麵、循序漸進,既有蛋白質生物農藥的理論基礎知識,也包括豐富的蛋白質實驗分析技術。
全書分十四章,各章節的編寫人員如下:邱德文(第一、二、十四章),楊秀芬(第三、六章),張雲華(第四章 ),王旭麗(第五章 ),毛建軍(第七、十三章),郭立華(第八章 ),孫東園(第九、十章),曾洪梅(第十一、十二章)。
在本書的編寫過程中,中國農業科學院植物保護研究所和農業部生物防治重點實驗室的領導及同事給予瞭大力支持,藉本書齣版之際,我嚮諸位緻以衷心的感謝!
限於編著者的水平和經驗,書中難免存在錯誤和疏漏,敬請讀者批評指正!
《微生物視角下的農業革命:創新農藥的綠色前沿》 在農業生産追求可持續發展和環境保護日益嚴峻的今天,傳統的化學農藥正麵臨著巨大的挑戰。其對土壤、水源、生態係統乃至人類健康的潛在危害,促使著科學界和産業界不斷探索更安全、更環保的替代方案。正是在這樣的背景下,我們得以深入探究一個充滿希望的新興領域——微生物農藥。本書旨在從微生物學的核心視角齣發,全麵、深入地剖析微生物農藥的科學原理、發展現狀、技術瓶頸以及廣闊的應用前景,為讀者勾勒齣一幅由微觀生命主導的農業革命圖景。 第一章:微生物的天然武器庫:認識病蟲害的剋星 本章將帶領讀者走進微生物的微觀世界,揭示它們如何在自然界中扮演著至關重要的角色,特彆是它們作為天然病蟲害防治者的非凡能力。我們將從宏觀上認識微生物群落的豐富多樣性,重點介紹那些在農業生産中具有潛在應用價值的微生物類群,包括但不限於細菌、真菌、病毒和原生動物。 細菌的“微生物殺手”:我們將詳細介紹蘇雲金芽孢杆菌(Bt)這類明星細菌。Bt的基因工程改造,使其能夠生産齣具有高效殺蟲活性的伴孢晶體蛋白(Cry蛋白),這些蛋白能夠特異性地作用於某些昆蟲的消化道,從而達到殺滅害蟲的目的,而對非靶標生物則幾乎沒有影響。我們將深入探討Bt的不同菌株及其産生的不同Cry蛋白,以及它們所能防治的害蟲範圍,例如防治鱗翅目害蟲的Bt var. kurstaki、防治鞘翅目害蟲的Bt var. tenebrionis等。此外,還將介紹其他具有殺蟲、殺菌或促生作用的細菌,如蠟樣芽孢杆菌(Bacillus cereus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)等,闡述它們的作用機製,例如産生抗菌物質、競爭營養、誘導植物抗性等。 真菌的“隱形殺手”:我們將聚焦於具有優良生物防治潛力的真菌,特彆是真菌性殺蟲劑和殺菌劑。例如,綠僵菌(Metarhizium anisopliae)和白僵菌(Beauveria bassiana)是兩種廣泛研究和應用的殺蟲真菌,它們通過侵入昆蟲體錶,在昆蟲體內生長繁殖,釋放毒素,最終導緻昆蟲死亡。我們將探討這些真菌的感染機製、孢子萌發、侵入、生長和繁殖過程,以及影響其防治效果的環境因素。同時,我們將介紹一係列殺菌真菌,如木黴菌(Trichoderma spp.),它們能夠通過拮抗作用、寄生作用、産生抗生素等方式,有效防治植物病原真菌,如灰黴病、白粉病等。 病毒的“特異性武器”:我們將重點介紹昆蟲病毒,特彆是杆狀病毒(Baculoviruses)。杆狀病毒具有高度的專一性,僅感染特定的昆蟲種類,這使得它們成為極具吸引力的生物農藥。我們將深入解析杆狀病毒的生活周期、基因組結構、錶達的毒性蛋白以及其在昆蟲細胞內的復製過程。我們將介紹不同種類的杆狀病毒,如多角體病毒(NPV)和粒狀體病毒(GV),以及它們所能防治的害蟲範圍。 其他微生物的潛力:除瞭以上主流類群,我們還將簡要介紹原生動物、綫蟲等在生物防治中的應用潛力,並展望未來可能被開發的微生物資源。 第二章:微生物農藥的作用機製:精準打擊,綠色防護 本章將深入剖析微生物農藥作用於病原體和害蟲的各種機製,揭示其“綠色”和“高效”的科學基礎。理解這些機製對於優化微生物農藥的開發和應用至關重要。 直接緻病與毒素産生:這是最直觀的作用方式。例如,Bt産生的Cry蛋白能夠特異性地結閤昆蟲腸道細胞上的受體,形成孔洞,導緻昆蟲細胞滲透壓失衡,消化係統崩潰,最終死亡。本章將詳細介紹不同Cry蛋白的結構、作用模式以及對不同昆蟲類群的特異性。對於真菌,我們將探討它們如何分泌細胞壁溶解酶、蛋白酶等,侵蝕昆蟲或病原體的組織;以及它們産生的三萜類、大環內酯類等生物活性次級代謝産物,這些毒素能夠乾擾害蟲的生長發育、繁殖,或直接殺死病原菌。 競爭與排斥:一些有益微生物,如拮抗性真菌和細菌,能夠通過與病原微生物爭奪生存空間、營養物質,或者占據寄主錶麵的生態位,從而抑製病原微生物的生長繁殖。例如,木黴菌能夠快速在植物根際定殖,形成生物屏障,阻止緻病菌的侵入。 誘導植物抗性:某些微生物在與植物互作時,並非直接殺死病原體,而是能夠激活植物自身的防禦機製,提高植物對病蟲害的抗性。這種作用被稱為“誘導抗性”(Induced Resistance)。我們將介紹植物體內信號傳導途徑,如茉莉酸/乙烯途徑、水楊酸途徑,以及微生物如何觸發這些途徑,使得植物能夠閤成防禦性化閤物,增強細胞壁強度,甚至激活程序性細胞死亡以隔離病原體。 寄生與捕食:一些微生物,如真菌寄生綫蟲,能夠主動尋找並寄生於綫蟲,最終將其殺死。同樣,某些原生動物也能捕食細菌或真菌。雖然在農藥應用中相對較少,但這些機製也為生物防治提供瞭豐富的思路。 改善植物生長:部分微生物不僅具有防治病蟲害的能力,還能通過固氮、解磷、産生植物生長激素等方式,促進植物生長,提高作物産量和品質,間接增強瞭作物的抗逆性。 第三章:微生物農藥的開發與製備:從實驗室到田間的飛躍 本章將詳細介紹微生物農藥從實驗室研究到工業化生産的整個過程,包括菌種篩選、發酵培養、劑型開發以及質量控製等關鍵環節。 高效菌種的篩選與鑒定:優良的菌種是微生物農藥的基礎。我們將介紹從自然環境中分離、篩選具有生物防治潛力的微生物的方法,包括微生物學的經典分離技術、分子生物學鑒定技術(如16S rRNA基因測序、ITS序列分析)以及功能基因的挖掘。此外,還將介紹利用誘變育種、基因工程等現代生物技術手段,對現有菌種進行改良,提高其生物活性、環境適應性和生産效率。 規模化發酵與培養:微生物農藥的生産需要大規模的微生物培養。本章將詳細闡述不同類型微生物(細菌、真菌)的發酵工藝,包括培養基的選擇、發酵條件的優化(溫度、pH、溶氧、攪拌速度等),以及不同類型發酵罐的設計與運行。我們將討論如何控製發酵過程,以獲得高濃度的目標微生物或代謝産物,並最大化産量。 劑型開發與創新:微生物農藥的劑型直接影響其穩定性、持效性、施用便利性和環境兼容性。本章將介紹常見的微生物農藥劑型,如可濕性粉劑(WP)、懸浮劑(SC)、顆粒劑(GR)、微膠囊劑(MC)等,並深入探討每種劑型的優勢與劣勢。我們將重點介紹新型劑型,如生物降解載體、緩釋劑型、納米載體技術等,它們能夠有效保護微生物活性成分,提高藥效,減少對環境的影響。 質量控製與標準:確保微生物農藥的質量是其推廣應用的關鍵。本章將介紹微生物農藥的質量控製指標,包括微生物活菌數、雜菌率、有效成分含量、穩定性測試等。同時,還將討論微生物農藥的登記注冊流程、相關法規以及國際國內的質量標準。 第四章:微生物農藥的應用與挑戰:綠色農業的未來圖景 本章將聚焦於微生物農藥在實際農業生産中的應用,探討其優勢,同時也直麵其發展過程中遇到的挑戰,並展望未來的發展趨勢。 應用領域與效益:我們將列舉微生物農藥在不同作物(糧食作物、蔬菜、果樹、經濟作物等)和不同病蟲害防治中的成功案例,並分析其帶來的經濟效益和社會效益。例如,減少化學農藥的使用,降低生産成本,提高農産品質量安全,保護生態環境,維護生物多樣性。 環境因素的影響與適應性:微生物農藥的防治效果受到多種環境因素的影響,如溫度、濕度、光照、土壤pH、土壤類型等。本章將深入分析這些因素如何影響微生物農藥的存活、生長和活性,以及如何通過科學的施用技術和劑型設計來剋服這些限製。 靶標特異性與非靶標效應:盡管微生物農藥具有較高的靶標特異性,但其對非靶標生物的潛在影響仍然是關注的焦點。本章將討論如何通過精細的菌種選擇、劑型設計和施用策略,最大限度地減少對益蟲、授粉昆蟲、土壤微生物等非靶標生物的影響。 抗藥性管理:與化學農藥類似,病原體和害蟲也可能對微生物農藥産生抗性。本章將探討微生物農藥産生抗性的機製,並提齣相應的抗性管理策略,如輪換使用不同作用機製的微生物農藥、與其他防治手段結閤等。 技術瓶頸與未來展望:本章將總結微生物農藥目前麵臨的主要技術瓶頸,例如穩定性差、持效期短、成本高、作用速度慢等,並對未來的研究方嚮和發展趨勢進行展望。包括基因編輯技術在微生物農藥開發中的應用、與其他生物防治技術(如天敵、植物提取物)的協同增效、以及微生物農藥在精準農業和智能化農業中的角色。 本書的寫作目標是為廣大農業科研人員、技術推廣人員、農藥生産企業以及關心綠色農業發展的讀者,提供一個全麵、係統、深入瞭解微生物農藥的平颱。我們希望通過本書的解讀,能夠激發更多人對微生物農藥的關注和投入,共同推動這場綠色農業革命的深入發展,最終實現農業生産與生態環境的和諧共生。