转Bt基因抗虫棉根际微生物区系和细菌生理群多样性的变化

在大田栽培条件下 ,以转 Bt基因抗虫棉 GK-12和常规棉花泗棉 3号作为材料 ,在棉花不同发育时期 ,于 2 0 0 1和 2 0 0 2连续两年测定棉花根际土壤细菌、放线菌和真菌数量的变化 ,并在 2 0 0 2年棉花的花铃期和吐絮期对根际细菌生理群的数量和多样性进行了分析 ,结果表明 :虽然不同年份和生育期棉花根际微生物数量存在差异 ,但是 ,年度间和相同的发育时期棉花根际微生物的数量变化趋势一致。在棉花的苗期和吐絮期 ,转 Bt基因抗虫棉根际微生物的数量与对照差异不显著 ;在棉花的花铃期 ,转 Bt基因抗虫棉根际细菌的数量比对照增加 ,放线菌的数量差异不显著 ,而真菌的数量变化没有规律。在棉花发育的花铃期和吐絮期 ,Bt棉根际细菌生理群的总数量比常规棉增加 ,但是根际细菌生理群的 Simpson指数、Shannon-Wiener指数和细菌生理群分布的均匀度下降     

黄河流域棉区转Bt基因棉种植对根际土壤微生物数量及细菌多样性的影响

采用传统培养与PCR-DGGE相结合的方法研究了黄河流域棉区4个省份种植的转Bt基因棉在4个生长时期（播种后第30天、第60天、第90天和第120天）的根际土壤微生物数量及细菌多样性.结果表明：同一省份同一生长时期转Bt基因棉根际土壤微生物数量与常规棉相比均无显著差异,其数量主要受不同生长时期影响,而不同省份间主要受地域条件的影响.4个省份转Bt基因棉根际土壤细菌多样性较丰富,同一省份同一生长时期内转Bt基因棉与常规棉根际土壤细菌多样性指数、均匀度和丰富度均无显著差异.不同省份间细菌多样性主要因地域条件而有所不同,但差异较小.     

种植转Bt基因抗虫棉对土壤生物学活性的影响

采用温室盆栽实验,研究了种植转Bt基因棉（苏抗103）和同源常规棉（苏棉12）对根际土壤生物学活性的影响。结果表明：与对照常规棉相比,种植转Bt基因棉对根际土壤脱氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶和土壤呼吸的影响因生育期而异,土壤脲酶、蛋白酶和微生物量C在各生育期均没有显著差异;土壤蔗糖酶、土壤脱氢酶和土壤呼吸分别只在苗期（苏抗103〉苏棉12,增幅为25．5％）、花铃期（苏抗103〉苏棉12,增幅为21．6％）、花铃期（苏抗103〉苏棉12,增幅为36．1％）存在显著差异;土壤磷酸酶在花铃期和吐絮期活性显著下降（降幅分别为22．1％和32．9％）。     

不同生育期转Bt基因棉种植对根际土壤微生物的影响

 在盆栽种植条件下,比较研究了两个转Bt基因棉(Gossypium hirsutum)与对照棉对根际土壤细菌、放线菌、真菌和主要功能类群及多样性的影 响差异。结果表明：两个转Bt基因棉根际土壤均可检测到Bt蛋白,且不同转Bt基因棉根系分泌Bt蛋白量以及Bt蛋白在根际土壤中的降解率不同 。与各自对照相比,转Bt基因棉对细菌和真菌生长繁殖有促进作用,对放线菌、好气固氮菌和钾细菌数量没有显著影响。苗期和花期转Bt基因 棉均可显著提高氨化细菌、显著降低无机溶磷菌数量,花期均可显著提高好气纤维分解菌、显著降低有机溶磷菌数量,‘Bt冀668’苗期也可显 著提高好气纤维分解菌数量。转Bt基因棉根际土壤好气纤维分解菌、有机和无机溶磷菌多度发生了变化。尽管功能类群总数转Bt基因棉高于各 自对照常规棉,但群落多样性和均匀度都有所下降,优势集中性表现明显,且花期转Bt基因棉多样性参数值以及功能类群数量的变化幅度大于 苗期。     

盐碱土壤转Bt基因棉花外源蛋白表达量时空变化及对抗虫性的影响

盐碱地是潜在的可利用耕地资源,但土壤盐碱化严重制约了农业生产的可持续发展。基于棉花机械化程度低、劳动力成本和生产资料投入剧增、比较效益下降和实施粮食生产安全战略等因素影响,我国长江流域和黄河流域棉花面积锐减,种植区域向内陆盐碱旱地或滨海盐碱地转移,但目前针对盐碱地转Bt基因棉种植可能带来的生态安全性问题研究甚少,正成为国内外研究的焦点和热点。伴随着棉花向盐碱地大面积转移种植趋势,检测盐胁迫是否影响转基因抗虫棉抗虫性,明确其影响程度,直接关系到转基因抗虫棉种植的安全性,也是目前抗虫棉扩大生产中迫切需要解决的问题。以非转基因棉花为对照,分别在低盐、中盐和高盐土壤种植的棉花的苗期、蕾期和花铃期采样,室内测定了转Bt基因棉花叶片对棉铃虫幼虫校正死亡率和外源蛋白表达量。研究结果发现盐分胁迫下转Bt基因棉花苗期叶片对棉铃虫幼虫校正死亡率下降了9.22%—47.46%,蕾期下降了31.61%—45.42%,花铃期下降了3.59%—18.52%;土壤盐分显著降低了转Bt基因棉花叶片中外源蛋白的表达量,苗期功能叶外源蛋白表达量下降了7.66%—29.86%;蕾期下降了3.77%—36.85%;花铃期下降了18.13%—41.02%;相关性分析表明,盐分胁迫条件下转Bt基因棉花叶片中外源蛋白表达量与其对棉铃虫抗性程度存在正相关关系。结果表明,盐碱土壤显著降低了转Bt基因棉花叶片外源杀虫蛋白表达量,从而导致转Bt基因棉花叶片对棉铃虫的抗虫性下降。研究土壤盐分对转Bt基因棉花对棉铃虫的影响及其作用机制,可为建立盐碱地转Bt基因棉花田害虫综合防控技术体系、转Bt基因棉花环境安全评价及转Bt基因棉安全管理提供依据。     

转几丁质酶和葡聚糖酶双价基因棉花对土壤细菌种群多样性的影响

以转几丁质酶和葡聚糖酶双价基因棉花为研究对象,非转基因受体棉花为对照,通过比较可培养细菌数量和基于16S rRNA克隆文库细菌种群分析,评价外源双价基因的导入在苗期、蕾期、花铃期和吐絮期对棉花根际细菌群落多样性的影响。结果表明,可培养细菌的数量不受外源双价基因的影响,随着棉花生育期的交替而变化,以代谢旺盛的花铃期最多。构建的转基因和非转基因不同生育期根际土壤细菌16S rRNA文库容量为2400个克隆,涵盖了细菌的283个属。其中,Acidobacterium是最大优势类群,共包括624个克隆,其次为未知细菌种群和Flavisolibacter。比较转基因和非转基因棉花根际土壤细菌的种群结构,结果显示,同一生育期内前者种群的多样性显著低于后者,二者的共有类群随着生长发育的进行而增多。研究结果说明几丁质酶基因和葡聚糖酶基因对棉花根际细菌种群多样性有着不同程度的削减作用,但是随着种植时间的延长,该差异呈现逐渐缩小的趋势。     

转GAFP基因棉花生态适合度及其对棉田昆虫群落的影响

新型转基因棉花生态适合度及其对棉田昆虫群落的影响是转基因棉花环境安全评价的重点内容.本文选用新型转GAFP(Gastrodia anti-fungal protein)基因棉花及其非转基因亲本棉花为试验材料,于2013和2014年在河南安阳研究了田间棉花生态适合度及其对昆虫群落的影响.结果表明: 转基因棉蕾期、花铃期和铃期叶片干物质量与其亲本无显著差异;苗期比叶面积显著低于亲本,蕾期、花铃期和铃期叶面积显著大于亲本;苗期株高显著低于亲本,蕾期、花铃期和铃期株高与亲本无显著差异;棉花生长的4个关键时期(苗期、蕾期、花铃期和铃期),转基因棉单株果枝数、蕾数和脱落数均与亲本无显著差异,而铃期单株大铃数显著低于亲本.棉铃虫发生的3个高峰期,转基因棉对棉铃虫和甜菜夜蛾无明显控制作用,且对棉田昆虫群落、害虫亚群落和天敌亚群落的昆虫个体总数、昆虫群落结构与组成、均匀性指数、多样性指数和优势集中性指数均无显著影响.表明外源基因GAFP导入后,新型转基因棉花营养生长增强,产量构成性状整体无显著变化,未引起棉田昆虫群落变化.研究初步明确了新型转基因棉花生存竞争势态和棉田昆虫群落发生规律与动态,可为新型转基因棉花环境安全评价提供理论依据,同时为转基因棉花环境安全评价积累科学数据.     

转GAFP基因棉花生态适合度及其对棉田昆虫群落的影响

新型转基因棉花生态适合度及其对棉田昆虫群落的影响是转基因棉花环境安全评价的重点内容.本文选用新型转GAFP(Gastrodia anti-fungal protein)基因棉花及其非转基因亲本棉花为试验材料,于2013和2014年在河南安阳研究了田间棉花生态适合度及其对昆虫群落的影响.结果表明: 转基因棉蕾期、花铃期和铃期叶片干物质量与其亲本无显著差异;苗期比叶面积显著低于亲本,蕾期、花铃期和铃期叶面积显著大于亲本;苗期株高显著低于亲本,蕾期、花铃期和铃期株高与亲本无显著差异;棉花生长的4个关键时期(苗期、蕾期、花铃期和铃期),转基因棉单株果枝数、蕾数和脱落数均与亲本无显著差异,而铃期单株大铃数显著低于亲本.棉铃虫发生的3个高峰期,转基因棉对棉铃虫和甜菜夜蛾无明显控制作用,且对棉田昆虫群落、害虫亚群落和天敌亚群落的昆虫个体总数、昆虫群落结构与组成、均匀性指数、多样性指数和优势集中性指数均无显著影响.表明外源基因GAFP导入后,新型转基因棉花营养生长增强,产量构成性状整体无显著变化,未引起棉田昆虫群落变化.研究初步明确了新型转基因棉花生存竞争势态和棉田昆虫群落发生规律与动态,可为新型转基因棉花环境安全评价提供理论依据,同时为转基因棉花环境安全评价积累科学数据.     

转基因棉花种植对根际土壤微生物群落功能多样性的影响

应用Biolog方法对两种转基因棉花及其亲本非转基因棉花根际土壤微生物的单一碳源利用水平进行了比较分析,探讨转基因棉花种植对其根际土壤微生物群落功能多样性的影响.结果表明：与非转基因亲本相比,在苗期、蕾期、吐絮期、衰老期转基因棉花种植对根际土壤微生物群落碳源利用能力、Shannon功能多样性指数和均匀度指数的影响均不显著,而在花铃期根际土壤微生物群落碳源利用能力和Shannon功能多样性指数显著降低.主成分分析表明,花铃期转基因棉花与非转基因棉花根际土壤微生物碳源利用在两主成分轴上的分异较大,碳源利用模式差异显著.     

种植转Bt基因棉土壤中Bt蛋白的分布

采用盆栽试验结合酶联免疫法(ELISA)测定了转Bt基因抗虫棉及常规棉花不同生育期根际及非根际土壤中的Bt蛋白含量.结果表明:红壤、黄棕壤及黄褐土种植转Bt基因棉花后根际土中Bt蛋白含量显著高于非根际土,而种植常规棉花的根际土与非根际土中Bt蛋白含量差异不显著.在初蕾期转Bt基因棉根际土中的Bt蛋白含量为黄褐土＞黄棕壤＞红壤,分别为常规棉根际土的144%、121%和238%;而在盛花期为黄棕壤＞黄褐土＞红壤,分别为常规棉根际土的156%、116%和197%.无论种植转Bt基因棉还是常规棉,供试土壤的根际和非根际土中Bt蛋白含量都随棉花生育期的推进先增加后减少,在盛花期达最大值.整个生育期内,转Bt基因棉根际土中的Bt蛋白含量大于其非根际土;种植转Bt基因棉土壤中Bt蛋白含量高于常规棉,说明转Bt基因棉花的Bt蛋白可释放到根际土中.     

Reproductive biology of two nontarget insect species, Aphis gossypii (Homoptera: Aphididae) and Orius sauteri (Hemiptera: Anthocoridae), on Bt and non-Bt cotton cultivars

Transgenic Bt cotton, engineered to continuously produce activated delta-endotoxins of the soil bacteria Bacillus thuringiensis, holds great promise in controlling Helicoverpa armigera and other lepidopteran pests. However, it also may impact the invertebrate community, which needs to be clarified. The effects of Bt cotton on two nontarget insects, Aphis gossypii and Orius sauteri, were assessed under semifield and laboratory conditions. Mean total duration of nymphal stages of A. gossypii was shorter (5.9 versus 6.3 d), and rm was higher (0.418 versus 0.394) on conventional Simian 3 (the most frequently planted non-Bt cotton in northern China) than on Bt transgenic NuCOTN 33B (the first Bt cotton commercially planted in China). Mean duration of fourth-instar O. sauteri was significantly longer on transgenic GK-12 (3.7 d) than on NuCOTN 33B (3.2 d), but no different from Simian 3. Mean total mortality was significantly lower on Simian 3 (3.7%) than on GK-12 (14.8%). During the fourth instar, the predator consumed a significantly higher number of prey on Simian 3 (202.3 prey) than on NuCOTN 33B (159.0), whereas the mean total number of A. gossypii prey consumed during the nymphal stage was significantly higher on Simian 3 (336.8 prey) and GK-12 (330.3 prey) than on NuCOTN 33B (275.7). No detrimental effects were detected on development (nymphs, adults, and progeny eggs), fecundity, longevity, and egg viability of O. sauteri on Bt cotton aphids compared with non-Bt cotton aphids. These results suggest that Bt cotton cultivars GK-12 and NuCOTN 33B have no direct effect on nontargets A. gossypii and O. sauteri. Germplasm divergence may account for the negative effects observed on A. gossypii and O. sauteri when reared on NuCOTN 33B or NuCOTN 33B-fed aphids. The biological meanings of the small difference observed between GK-12 and Simian 3 on survival of O. sauteri will require close monitoring over longer time periods.     

转Bt基因棉挥发性气味的化学成分及其对棉铃虫的电生理活性

报道了对转Bt基因棉“GK-12”及其常规棉亲本“泗棉3号”挥发性化学物质的分析结果,以及棉铃虫对Bt棉挥发性化学物质的电生理反应,以期为抗虫棉的生态学和安全性评价提供化学生态学的证据。结果表明,在7～8个真叶期,转Bt基因棉的α-蒎烯和β-蒎烯的相对含量比常规棉高许多,倍半萜烯C和一个含量很低的化合物（该化合物对棉铃虫有电生理活性）是常规棉所没有的。转基因Bt棉的挥发性物质中有9个化合物可引起棉铃虫的触角电位反应。     

Effects of repeated cultivation of transgenic Bt cotton on functional bacterial populations in rhizosphere soil

The impact of multiple-year (0–5 years) cultivation of transgenic Bacillus thuringiensis (Bt) cotton on the functional bacterial populations in rhizosphere soil was investigated. The transgenic Bt + CpTI cotton line SGK321 and a non-Bt cotton line Shiyuan321 were planted in four fields in which Bt cotton had been continuously cultivated for 0, 1, 3, and 5 years. Rhizosphere soil samples were collected at the seedling, squaring, flower and boll, and boll-opening stages of cotton. Numbers of bacteria involved in nitrogen-fixing, organic phosphate-dissolving, inorganic phosphate-dissolving, and potassium-dissolving were measured with cultivation-dependent approaches. The data presented here showed no consistent statistically significant differences in the numbers of different groups of functional bacteria between rhizosphere soil of Bt and non-Bt cotton in the same field, and no obvious trends in the numbers of the various group of functional bacteria with the increasing duration of Bt cotton cultivation. These studies suggest that multiple-year cultivation of transgenic Bt cotton may not affect the functional bacterial populations in rhizosphere soil.     

Bt毒蛋白在转Bt基因棉中的表达及其在害虫-天敌间的转移

以常规棉泗棉3号作为对照,采用酶联免疫生测法（ELISA）和室内生物测定法,研究了转Bt基因棉新棉33B和GK-12不同组织器官中Cry1Ac或Cry1Ab毒蛋白的表达及其向靶标害虫（棉铃虫）、非靶标害虫（棉蚜）以及天敌（龟纹瓢虫）的传递和影响。研究结果表明,新棉33B各组织器官中Bt毒蛋白的表达量较高,为79.7～1 390.0 ng/g鲜重,GK-012较低为165～2640 ng/g鲜重。在花盛期,新棉33B各组织器官中Bt毒蛋白的表达量依次为：柱头、花 >子房、花瓣>群尖;而5～7叶期的初展嫩叶、现蕾初期的幼蕾及花铃期的幼铃表达量相当,而且与花盛期群尖的表达量没有明显区别。同样处于花盛期的GK-12,其各组织器官中Bt毒蛋白的表达量依次为：花药>柱头>花瓣>群尖>子房;而5～7叶期的初展嫩叶、现蕾初期的幼蕾及花铃期的幼铃表达量相当,而且与花盛期群尖的表达量没有明显差异。常规对照棉的幼铃、花药、柱头以及子房中痕量Bt毒蛋白的存在可能与传粉昆虫等的活动有关。在转Bt基因棉田采集的棉蚜和棉铃虫老龄幼虫,其体内均可检测到Bt毒蛋白;在新棉33B棉田采集的龟纹瓢虫幼虫和成虫体内也可检测出Bt毒素。当以Bt棉田的棉蚜饲喂龟纹瓢虫时,龟纹瓢虫的生长发育、存活以及繁殖等基本没有受到影响。     

Behavioral Response of <Emphasis Type="Italic">Helicoverpa armigera</Emphasis> (Lepidoptera: Noctuidae) to Cotton with and Without Expression of the CrylAc δ-Endotoxin Protein of <Emphasis Type="Italic">Bacillus thuringiensis</Emphasis> Berliner

Behavioral responses of larvae and adults of cotton bollworm, Helicoverpa armigera to cotton with (GK-12) and without (SI-3) expression of the CrylAc -endotoxin protein of Bacillus thuringiensis (Bt) Berliner were observed during 2001 and 2002. Our results showed that 8.3% individuals fed with flowers and bolls of GK-12 could develop from neonate to pupa; however, pupal weight decreased by 48.6% and duration of development was delayed by 7.6 days compared with those fed with flowers–bolls of SI-3. Deterrence index (DI) of larvae decreased in later instars, which indicated that the Bt toxin decreased with age. Feeding frequency of 4th-instar larvae on GK-12 leaves decreased by 38.8%, but movement frequency increased by 37.1%. Larvae moved at least one plant away by the age of 10 days in both pure and mixed plantings of SI-3 and GK-12 in the field. Adults preferred to lay eggs on SI-3. The total number of eggs deposited on SI-3 plants in 3 days were about 232 and 95% greater than that on GK-12 plants at bud–flower stage and flower–boll stage, respectively. Based on the behavior of larva and adults in response to the transgenic cotton, the potential effect of refuge strategy in resistance management of H. armigera is discussed.     

棉花萌发期和苗期耐盐性评价及耐盐指标筛选

于2010年在江苏南京农业大学人工气候室内进行砂培试验,采用不同浓度的NaCl水溶液模拟盐胁迫,以多项指标盐害系数隶属函数值和总隶属函数值为依据,比较了13个棉花品种萌发期和苗期的耐盐性,并进行聚类分析.结果表明:150mmol·L-1NaCl是进行棉花耐盐性鉴定的适宜盐浓度.棉花的耐盐性在生育期和品种间表现不同:中棉所44和中棉所177是在萌发期和苗期均表现稳定的耐盐品种,表现稳定但不耐盐品种有中棉所102、苏棉12号和泗棉3号,表现稳定且中等耐盐品种有中棉所103、德夏棉1号和美棉33B;发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和鲜质量的盐害系数可以作为棉花萌发期耐盐鉴定指标,株高、叶片伸展速率、地上部干质量、根系干质量、根系活力和净光合速率的盐害系数可以作为棉花苗期耐盐鉴定指标.