生物表面活性剂影响Bt毒素在土壤颗粒表面解吸的作用机制

With the rapid development of agricultural biotechnology, some kinds of biotoxins residues in soil environment will cause threat to soil quality. The transgenic Bt crops will release significant amounts of Bt toxins during long term planting, while the Bt toxins will easily combined with the soil active particles and which resulted to be hard degradation. So the adsorption and desorption process are the keys affecting the fate of Bt toxins on granule surfaces in soil. The addition of biosurfactant will change the protein toxins adsorption process at granule interfaces. After the acquisition of Bt toxins from transgenic plants, the surface hydrophobicity and basic structures properties of the toxins will be identify. Then this research will focus on the effects of biosurfactants concentration and molecular structures on Bt toxins, during the desorption process on soil particle surfaces. In order to clarify the desorption process of Bt toxins affected by biosurfactnats and to understand the molecular interaction mechanisms between them, the characteristics of Bt toxins and biosurfactant complexion will also be determined, and the micro-environmental effects investigated. The results are expected to lay the groundwork for regulation of Bt toxins behavior in soil environment and for application of biosufactants in Bt toxin control.

随着农业生物技术的快速发展，一些生物毒素在土壤中的残留可能会对土壤环境质量造成威胁。转Bt基因作物在长期种植过程中，所分泌的大量Bt毒素会与土壤活性颗粒发生紧密结合而难以被降解。因此Bt毒素在土壤颗粒表面的吸附解吸行为将是决定该毒素归趋模式的重要因素。生物表面活性剂的介入会改变蛋白毒素在颗粒界面上的吸附行为。本研究从转Bt基因秸秆中分离提取毒素蛋白，经检测其表面疏水性及基本结构性能，将其用于土壤颗粒表面的解吸行为研究，考察生物表面活性剂浓度影响土壤颗粒中Bt毒素解吸行为的特征和规律；探讨表面活性剂分子结构对Bt毒素的作用机制。在此基础上进一步深入分析颗粒孔隙液相与颗粒固相界面间Bt毒素和表面活性剂胶束缔合的规律，测定其微环境效应特征，解析生物表面活性剂影响Bt毒素解吸过程的分子机理。研究结果拟为土壤环境中Bt毒素的行为调控奠定理论基础，为生物表面活性剂在Bt毒素控制领域的应用提供科学依据。

由于农业生物技术的快速发展，大量生物毒素在土壤中的残留将对土壤环境质量造成严重威胁。转Bt基因作物在长期种植过程中，所分泌的大量Bt毒素会与土壤活性颗粒发生紧密结合而难以被降解。因此Bt毒素在土壤颗粒表面的吸附解吸行为将是决定该毒素归趋模式的重要因素。生物表面活性剂的介入会改变蛋白毒素在颗粒界面上的吸附行为。本研究通过生物信息学方法对Cry1Ac蛋白的分子结构进行了分析，并在此基础上，以芘作为外源荧光探针，采用牛血清蛋白（BSA）作为参照，对转基因抗虫蛋白Cry1Ac与表面活性剂作用的特征进行分析。结果表明：RL和Tween 80体系的芘荧光行为有相似的变化规律，可与蛋白质发生稳定的缔合过程。Cry1Ac蛋白的亲水性、分子极性较强，在表面活性剂浓度低时，可导致芘的I1/I3值较高。在阴离子、非离子表面活性剂胶团形成后，两种蛋白质的存在，均不会改变芘与表面活性剂的结合位点。而CTAB对芘的荧光有一定猝灭作用，且在Cry1Ac介入下，不能形成稳定的胶束。本研究还采用了石英晶体微天平（QCM-D）技术研究了Cry1Ac在SiO2、Al2O3表面（模型土壤）上的吸附和解吸行为。结果表明，局部控制的静电吸引（PCEA）控制着Cry1Ac对SiO2的吸附，溶液的pH或离子强度对PCEA均有影响。利用伪二阶模型对吸附过程进行了拟合，并将吸附等温线拟合于朗缪尔模型，其相关系数均高于0.999。在单鼠李糖脂，双鼠李糖脂或复合鼠李糖脂的介入下测定二氧化硅表面的Cry1Ac解吸特征，结果表明单鼠李糖脂对解吸性能表现出最显著的促进作用。当单鼠李糖脂浓度达到50mg L-1时， Cry1Ac可完全解吸。此外，在碱性pH范围内解吸能力较强，在离子强度为5×10-2M时，Cry1Ac可被SiO2中的鼠李糖脂快速并完全解吸。研究结果拟为土壤环境中Bt毒素的行为调控奠定理论基础，为生物表面活性剂在Bt毒素控制领域的应用提供科学依据。