1. 课题来源与背景 本课题来源于黑龙江省教育厅海外学人资助项目"新型玉米抗虫蛋白质的鉴定及应用（1154hz10）"。玉米螟是玉米的专化性害虫，主要以幼虫取食玉米植株和雄穗而造成植株叶片虫孔、茎杆折断导致玉米大量减产，玉米螟危害造成玉米减产高达10%-30%。玉米螟繁殖快、世代多，对农药的抗性越来越强，对其进行化学防治将面临很大的困难。因此，寻找高效、安全、环保的农药替代物成为亟待解决的问题。 2. 技术原理及性能指标 本项目以玉米和亚洲玉米螟作为研究对象，使用蛋白质组学技术和基因克隆技术，从植物和昆虫体内获得了具有较强抗虫效果的蛋白质共5个，将活性最高的蛋白进行抗虫试验，结果发现这个重组蛋白具有较高的抗虫效果和应用潜力，完成了预期目标，具体如下：从植物方面入手，在明确茉莉酸甲酯（MJA）诱导玉米抗性反应影响亚洲玉米螟生长发育基础上，通过双向电泳和质谱技术完成了玉米叶片响应MJA处理的60个差异表达蛋白的鉴定，选择了4个重要植物防御相关蛋白进行了抗虫活性验证，构建了原核表达载体并成功诱导了重组蛋白，其中2个重组蛋白pET28a-TRX和pET28a-PRP对亚洲玉米螟幼虫的生长发育有显著影响，生长抑制率分别为30.33%和34.14%。另外，1个重组蛋白pET28a-GRBP对亚洲玉米螟蛹重有显著影响。从昆虫方面入手，对玉米螟取食经茉莉酸甲酯（MJA）诱导玉米叶片消解后中肠内容物进行iTRAQ试验，通过8 plex iTRAQ技术和质谱分析以及Mascot数据库搜索，试验共完成了32 个蛋白的鉴定，筛选出具有共同诱导特性和具有较大潜在活力的玉米抗虫防御蛋白2个；结合玉米基因组和转录组信息，设计特异性引物完成目标基因保守片段克隆和以pET28a作为表达载体进行原核表达载体构建。经IPTG诱导后获得了2个重组蛋白pET28a-ZmGST 5和pET28a-ZmGST 19。生物学活性测定显示，二者表达的重组蛋白对亚洲玉米螟幼虫的生长抑制率分别达26.7%和23.3%。本试验所获得的5个玉米防御蛋白是良好的植物抗虫蛋白，而且，重组蛋白对亚洲玉米螟的生长发育有一定毒性作用，具有潜在的应用价值。 本项目从植物和昆虫体内共获得了5个抗虫蛋白，其中重组蛋白pET28a-PRP对玉米螟的生长发育抑制率最高（34.14%），为了验证该抗虫蛋白在田间的应用效果，本课题组在嫩江县、北安县和肇州县等玉米主产区建设示范点，其试验面积在500亩左右，试验作物为玉米，试验周期为三年，从对玉米螟的防效和玉米的产量两个方面开展试验。结果发现，从防治效果看，三年间嫩江县喷洒抗虫蛋白的玉米百杆活虫量低于清水组37.04-37.5%，另外，三年间北安县喷洒抗虫蛋白的玉米百杆活虫量低于清水组26.92-37.93%，虽不如Bt的防效，但也表现出一定的削弱态势；从产量上看，三年间嫩江县喷洒抗虫蛋白的玉米产量高于清水组5.59-11.25%，另外，三年间北安喷洒抗虫蛋白的玉米产量高于清水组5.59-9.11%，虽不如Bt的防效，但也表现出一定的增产态势。 本项目利用蛋白质组学手段解析外源植物激素诱导防御机制与虫害应答蛋白的关系，从生命活动的执行者-蛋白质入手，探索生物调控的分子机制，筛选的这个重组蛋白具有较高的抗虫效果，这项技术三年间三个示范点共落实面积为4900亩，新增总收入36.74万元，新增总利润31.84万元，完成了新型玉米抗虫蛋白的成果应用与推广，在玉米螟防治上减少了化学农药的使用，表现出明显的经济效益和社会效益，是发展优质高效玉米产业的一项先进的新技术，具有非常广阔的推广前景。 3. 技术的创造性与先进性 本项目的目的是利用蛋白质组学技术鉴定具有抗虫活性的玉米防御蛋白，通过在昆虫取食胁迫和茉莉酸甲酯双重诱导下筛选出新的毒性较强的抗虫防御蛋白，通过生测方法和田间应用进行其抗虫效果评价，从而为开发对人类与环境无害的生物农药、同时为提高玉米的品质和产量奠定良好基础。 这种新型玉米抗虫农药的研发，在学术思路上是一个创新。应用先进蛋白质组学技术和多学科技术并且团队合作为成功提供了保障。在实际应用上，喷洒抗虫蛋白，对减少化学农药的使用、保护环境、发展农业高产、高品质和生物能源、保障我省农业经济的可持续发展有着重要的意义。 4. 技术的成熟程度，适用范围和安全性 目前该技术在黑龙省的三个农业县城试用，取得了较好的效果，处于小范围试用阶段，适用的范围是黑龙江省的玉米田地，该蛋白来源于作物本身，为生物材料，具有安全无污染的特点。 5. 应用情况及存在的问题 这项技术三年间三个示范点共落实面积为4900亩，新增总收入36.74万元，新增总利润31.84万元，完成了新型玉米抗虫蛋白的成果应用与推广，在玉米螟防治上减少了化学农药的使用，表现出明显的经济效益和社会效益，是发展优质高效玉米产业的一项先进的新技术，具有非常广阔的推广前景。 6 历年获奖情况 由于本项目刚刚结题验收，因此目前尚未申报并获得过任何科技奖励。

黑龙江大学

该项目为储备库项目资源，暂无效益分析内容。