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生物農藥:引發昆蟲流感的病毒–核多角體病毒

94/07/06 瀏覽次數 6353
昆蟲核多角體病毒

昆蟲核多角體病毒(Nucleopolyhedrovirus, NPV)是一種桿狀病毒,桿狀顆粒大小大約是(40~60)×(200~400)微米,其遺傳物質核酸是雙股超螺旋環狀的DNA,分子量約50~100百萬道爾頓,僅在無脊椎動物體內繁殖。核多角體病毒感染寄主後,會啟動多角體蛋白基因,產生大量的多角體蛋白,以至於寄主細胞中的細胞核內出現明顯的包涵體或稱多角體,也因此而得名。

一般認為這一類病毒的寄主範圍狹窄,專一性高,只會在少數的昆蟲(主要是鱗翅目)體內生長繁殖,不會造成人類和植物的傷害。這項生物特性不但造就了NPV在微生物殺蟲劑研究開發上的潛力,也奠定了NPV在生物防治研究領域上的重要地位,目前巳有32種商品化的NPV殺蟲劑上市。在1973年世界食品安全衛生組織會議中,認可核多角體病毒是具有安全性的微生物製劑,所以核多角體病毒已被許可應用在殺蟲劑上,而且是最常使用的病毒殺蟲劑。

目前在世界各地,核多角體病毒已成功地用來防治許多農業及森林害蟲,包括蘋果蛀心蟲、花旗松毒蛾、甜菜夜蛾、松小眼夜蛾、秋粘蟲、甘藍夜蛾等。其中甘藍夜蛾核多角體病毒於1993年在法國註冊上市後,除了用來防治甘藍的甘藍夜蛾外,還可用來防治非洲地區棉花和番茄的害蟲,防治效果相當良好。

核多角體病毒在田間使用時,有極良好的防治效果。除了對害蟲有專一的感染效果外,其所含有的大量多角體蛋白,可稍微抵抗陽光、高溫及乾燥等氣候因子的衝擊,而使病毒得以繼續存活於田間,持續發揮防治害蟲的功能。

讓害蟲生病

核多角體病毒的致病機制,主要是被昆蟲食入後,在蟲體內的中腸鹼性環境下溶解,釋出其中包含的病毒粒子。這些病毒粒子的外膜會與中腸上皮細胞微絨毛融合,使病毒核酸被送至細胞核,進行核酸複製產生新的子代病毒。

當多角體蛋白量增加後,可包住留在細胞核內的病毒粒子,而形成包埋體病毒,待細胞裂解後釋出蟲體外,這種釋放至外界環境中的包埋體病毒,可再感染其他昆蟲而誘發昆蟲間的流行病,而達到實際有效控制農業害蟲的目的。此病毒的感染方式除可藉由上述水平式的感染,由昆蟲食入外界的病毒,以及經由碰撞、抓傷已受感染的昆蟲而被感染外,也可經由母代傳給子代,造成垂直性的感染。

由於核多角體病毒使害蟲死亡所需的時間較長,一般需3~6天或更久,且只對特定的害蟲有效,所以無法做為廣效性的生物防治製劑。因此,利用基因工程改造核多角體病毒,是最佳的改善策略。目前桿狀病毒專家們,紛紛把研究聚焦在病毒的分子生物學及遺傳學層次上,希望能藉由分子生物技術,增強病毒的殺蟲活性和擴增殺蟲範圍。

目前利用基因重組技術,依其目的的不同,可選用不同來源的基因插入病毒基因組中。例如昆蟲有專一性的酵素、激素或毒素等基因,病毒本身經基因的修飾及異源病毒的重組,即可改變病毒的殺蟲範圍或促進殺蟲的效果。例如北美毒蠍,會分泌神經毒素把昆蟲麻痺再進行取食,該分泌毒素基因已被選殖出來,目前已把這些毒素基因剪接到桿狀病毒上,使病毒具有表現神經毒素的能力,可快速麻痺受感染的昆蟲,以減少取食,進而縮短昆蟲致死的時間和減少農作物受損的面積。

此外,也有把類的神經毒素基因轉殖入桿狀病毒,這種神經毒素也可麻痺昆蟲並加速昆蟲的死亡,經田間試驗,證明具有良好、快速的殺蟲效果,可減少農作物受害的面積。

目前農委會農業藥物毒物試驗所與中原大學生物科技研究所合作,進行核多角體病毒表現載體–重組螢光病毒的生物活性檢測實驗,實驗結果證實,含水母綠螢光及珊瑚紅螢光病毒,能高效率感染擬尺蠖幼蟲,可做為感染的標誌(研究結果正申請專利中)。

因此水母綠螢光及珊瑚紅螢光可成為有效的病毒追蹤標誌,有助於蒐集重組病毒在田間的感染率、傳播率、殘留率等生態流行病資料。對於日後進行重組病毒運用在田間的追蹤及風險評估,將扮演相當重要的角色。

由於核多角體病毒是無脊椎動物的病原,不會傷及天敵與哺乳動物,對環境和人類皆無傷害,因此,開發核多角體病毒殺蟲劑是目前全球生物農藥市場發展的重要趨勢,我國在這方面的研究與應用,自也不能落於人後!
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