转基因棉花主要靶标害虫的抗性发展及抗性治理策略研究

转基因棉花的大面积种植有效的控制了棉铃虫Helicoverpa armigera、红铃虫Pectinophora gossypiella 等靶标害虫的危害,然而抗性监测结果显示,转Bt基因棉田的棉铃虫耐受性正逐年提高,抗性问题已成为影响持续利用转Bt基因棉花的主要因素,发展新的转基因棉花势在必行.新的基因或蛋白的选择应以对靶标害虫高效、不易产生抗性,且与现在广泛应用的基因或蛋白无交互抗性为原则.本文综述了转Bt基因棉花的主要靶标害虫对Bt抗性的研究进展,及其与新抗虫转基因棉花的关系,并讨论了抗性治理策略的发展历程.     

昆虫对Bt抗性的适合度代价及其与抗性治理策略的关系

由于昆虫对Bt毒素抗性的发展,不利于Bt制剂和Bl转基因作物的长期有效使用.但是昆虫对Bt抗性的产生常伴有适合度代价,这种代价能够延缓或阻碍抗性等位基因的发展.许多研究已经证明,有分属鳞翅目、鞘翅目以及双翅目的昆虫Bt抗性品系存在适合度代价.适合度代价往往会受生态因素的影响.而且,昆虫适合度代价的产生与其抗性机制密切相关.庇护所策略延缓抗性发展的能力不仅与敏感种群与抗性种群能否自由交配有关,还与适合度代价的大小及抗性基因的显隐性等因素有关.适合度代价的研究对探讨抗性发展规律以及完善抗性治理策略是非常重要的.本文从适合度代价与抗性发展、抗性机制和抗性治理的关系等方面的进行综述,为发展Bt抗性治理策略提供参考依据.     

棉铃虫对Bt杀虫剂的抗性遗传方式

随着转基因棉花种植面积的日益增加,棉铃虫Helicoverpa armigera（Hübner)对Bt的抗性已经成为一个不容忽视的问题。发展转多价基因作物是当前缓解害虫对Bt抗性的最有效措施。本研究以经室内多年筛选的、抗性倍数达2 000多倍的Bt杀虫剂（含多种蛋白）抗性品系为材料,通过生物测定和不同的杂交试验,测定棉铃虫对Bt杀虫剂的抗性遗传方式,以期为Bt生物农药的抗性治理提供一定的依据,同时为制定棉铃虫对转多基因作物的抗性治理策略提供一定的参考。对敏感亲本和抗性亲本杂交产生的F1代的研究结果表明,杂交品系的抗性倍数分别为22.2倍和24.6倍;抗性显性度D值均小于0,分别为-0.20和-0.17,抗性为常染色体不完全隐性遗传。对4种回交后代和2种自交后代F2的研究结果表明,实际死亡率与期望死亡率差异较大,说明抗性是由单基因多个位点或多基因控制。     

转Bt基因抗虫水稻的研究进展与生态安全评价

表达杀虫蛋白的转Bt基因植物正在改革着现代农业．综述了国内外转Bt基因水稻及其抗虫性的研究进展及水稻害虫对Bt水稻的抗性风险及抗性管理策略,提出了对转基因Bt水稻进行生态安全风险评价的具体内容．     

靶标害虫对Bt玉米的抗性发展和治理策略

全生育期有效表达Bt杀虫蛋白的转基因抗虫玉米为靶标害虫的防治提供了新途径。但是,靶标害虫抗性种群的发展严重威胁了转基因抗虫玉米的可持续应用。截止到2018年,已经有13例报道表明靶标害虫对转基因抗虫玉米产生了田间抗性;5例监测结果表明靶标种群没有降低对Bt玉米的敏感性,其中包括转vip3Aa玉米。抗性治理策略成功的关键主要包括:Bt杀虫蛋白的高剂量表达、靶标害虫的隐性遗传、初始抗性等位基因频率较低、不完全抗性、适合度代价等。当抗性为非隐性遗传时,可以通过增加庇护所的种植面积达到延缓抗性发展的目的。     

应用高剂量/庇护所策略管理Bt作物抗性的三个基本假设：综述与展望

目前, 抗虫转基因作物的抗性管理方法主要是高剂量/庇护所策略。该策略的有效性取决于3个基本的假设条件：（1）抗虫转基因作物（Bt作物）表达出高剂量的杀虫蛋白, 该剂量使得靶标害虫对Bt杀虫蛋白的抗性表现型为功能性完全隐性或近于完全隐性, 进而使得Bt作物可以杀死几乎所有的抗性杂合个体和所有的敏感性个体;（2）靶标害虫种群的Bt抗性基因起始频率处于很低的水平;（3）源自转基因作物田和非转基因作物田(庇护所)的成虫在田间随机混合并交配。这3个假设必须同时满足, 缺一不可。本文就这3个假设的理论基础和经验研究的进展进行了综合论述, 并着重讨论了随机交配假设的最新研究进展以及今后的研究方向和方法。     

昆虫对转Bt基因作物的抗性及对策

本文主要总结了近年来害虫对表达苏云金芽胞杆菌( Bacillus thuringiensis, Bt)杀虫毒素的转基因作物在实验室和自然田野环境下产生抗性的现状,及研究表明害虫产生抗性可能的机理,简单地讨论了昆虫抗性遗传机制对转基因作物持续性应用可能造成的影响和目前延缓昆虫产生抗性的策略.最后探讨了未来新的转基因技术的发展前景和延缓昆虫抗性策略的发展方向.     

昆虫对转Bt杀虫蛋白基因植物的抗性及其对策

1 引言 苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis 简称Bt)是目前世界上产量最大、应用最为成功的微生物杀虫剂,除了已筛选出多种Bt菌株直接发酵培养外,还培育出转基因工程菌及转基因植物,使Bt的使用范围大为扩大. Bt在形成芽孢时产生的伴孢晶体是Bt杀虫活性的主要来源,它可能由几种晶体蛋白即δ-内毒素组成,包括Cry和Cyt两大类.一般认为,δ-内毒素的作用过程要经溶解、酶解活化、与受体结合、插入和孔洞或离子通道形成等五个环节[1],涉及到多种毒素和作用位点,单一因素的改变对其敏感性影响不大,自50年代到80年代初Bt应用的30多年里,均未有昆虫对之产生抗性的报道,以至于一些研究者曾过分乐观地认为昆虫对Bt 不会产生抗性.进入80年代后,情况发生了急剧变化,相继发现五带淡色库蚊(Culex qu inquefasciatusg)、印度谷螟(Plodia interpunctella)等多种昆虫对Bt产生了抗体[2],同时在田间也发现世界性蔬菜害虫小菜蛾(Plutella xylostella) 对Bt产生了抗生[3-4],世界各国相继开展了昆虫对Bt产生抗性的条件和机制的研究,以期在昆虫还未普遍对Bt产生抗性之前,制定出相应的防治策略,这对于Bt制剂,尤其是转Bt工程菌和转Bt植物的推广使用,具有十分重要的意义.     

转Bt基因棉花生态风险评价的研究进展

转Bt基因抗虫棉(Gossypium spp.)是目前国内释放面积最大的转基因作物,其生态风险问题从一开始就受到密切的关注.从生态风险评价的角度,分转基因棉花中Bt杀虫蛋白的时空表达及其对害虫的控制效果、Bt基因通过花粉传播而扩散的风险、害虫对Bt棉花抗性的进化风险、Bt棉花对非目标生物体影响的风险等几个方面,综述了Bt棉安全性评价的最新研究进展,为生物安全管理提供咨询意见,并提出了目前针对Bt棉亟待研究的内容.期望本文能够为推动生物安全的研究和生物技术的发展做出一定的贡献.     

转基因食品的安全性探讨

转基因食品近几年成了大众关注的一个热点问题,但普遍存在一些错误观点。从转基因食品常用的基因,如抗生素抗性基因、Bt基因、抗除草剂抗性基因、人或动物基因等,分析其食用安全性, 排除对转基因食品的疑惑。     

杨树NL-80106转Bt基因植株的获得及抗虫性

通过根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导将苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis)毒蛋白基因Bt转入杨树NL-80106(美洲黑杨×小叶杨,Populus deltoides×Populus simonii),获得了再生植株.PCR及PCR-Southernblotting的分析结果表明,Bt基因已整合到基因组中.部分转基因植株的杀虫实验表明,转基因植株B45和B64对一龄舞毒蛾(Lymantria dispar Linn.)幼虫有明显抗性,饲喂转基因杨树叶片的幼虫死亡率显著高于未转基因的对照植株.     

甜菜(Beta vulgaris L.)叶绿体转化体系建立及抗虫和抗除草剂植株的获得

为建立外源基因甜菜叶绿体转化体系,利用分子生物学方法构建了包含有编码苏云金芽孢杆菌晶体蛋白基因By crylAc 和编码膦丝菌素乙酰转移酶基因bar 的甜菜叶绿体转化载体pSKARBt/bar,以甜菜叶绿体基因组中atpB/rbcL做同源片段,以甜菜叶绿体16S启动子和终止子为调控基因,以bar矿基因为筛选标记基因.基因枪法转化甜菜叶柄,经筛选获得抗性转基因植株.对转基因植株进行外源基因 Bt crylAc和bar的PCR检测、DNA印迹分析,结果表明:外源基因Bt crylAc和bar确已导入到甜菜叶绿体基因组中.转基因植株除草剂抗性鉴定及其离体叶片虫试鉴定结果表明:转基因植株具有较强的杀虫活性和抗除草剂特性,表达了相应的蛋白质.研究结果还表明:bar基因在植物叶绿体转化中,既可以用作抗性基因,又可用作转化体筛选的标记基因.建立了甜菜叶绿体转化体系.     

转 Bt 基因水稻对三化螟自然种群的影响

为了了解水稻重要害虫三化螟 Scirpophaga incertulas（Walker）对转 Bt 基因水稻产生抗性的潜在风险,本文利用自然种群生命表,研究了第 3 代三化螟在转Bt基因杂交稻汕优 63 及非转 Bt 基因杂交稻汕优 63 上的种群参数。结果表明：在 Bt 稻上1～2 龄幼虫的存活率为 4.03%,极显著低于非转基因 SY63（55.76%）;Bt 稻上幼虫为害率为1.75%,极显著低 于非转基因 SY63（5.98%）;Bt 稻上存活的幼虫发育历期明显长于非转 Bt SY63。     

基因工程植物的安全性问题

转基因植物的研究进展很迅速,但基因工程植物是否安全一直争论不休,主要表现在转基因食品的安全性及生态安全性问题上.转基因食品的安全性涉及这些食品的过敏性、毒性以及抗生素标记基因的安全性几个方面.转基因植物的生态安全性包括基因漂流、是否能诱发昆虫产生Bt抗性和对生物多样性的影响等.本文针对这些问题,对转基因植物潜在危害以及国际上现有的评价作简要综述.     

盐城棉区棉铃虫田间种群对Bt蛋白的抗性基因频率

【背景】转Bt基因抗虫棉已经在我国进行了近20年的大规模商业化种植,产生了显著的经济和环境效益。但是,靶标害虫棉铃虫的抗性是转Bt基因抗虫棉产业健康发展所面临的最大问题,而抗性监测是解决这一问题的必要管理措施。盐城市是江苏省转基因抗虫棉的主产区,但有关该地区棉铃虫对转Bt基因抗虫棉的抗性基因频率未见报道。【方法】于2012年在盐城三龙镇和东台镇棉区采集田间棉铃虫种群,检测了初孵幼虫对花铃期转Bt基因抗虫棉中30幼嫩叶片的敏感性,用区分剂量法检测了2龄幼虫对Bt蛋白的抗性基因频率。【结果】取食转Bt基因抗虫棉叶片后,棉铃虫初孵幼虫在9 d内全部死亡;三龙镇和东台镇棉铃虫2龄幼虫对Bt蛋白的抗性基因频率分别为7.6×10-3和6.9×10-3。【结论与意义】目前,盐城棉区的棉铃虫对转Bt基因抗虫棉仍保持很高的敏感性,棉铃虫种群对Bt蛋白的抗性基因频率没有发生显著变化,但仍需持续监测。     

转单、双Bt基因741杨外源基因表达和抗虫性比较

【目的】研究联合使用两种或两种以上的抗虫基因的抗虫效果, 同时鉴定并筛选出转双Bt基因741杨对鳞翅目和鞘翅目害虫有较强抗性的株系。【方法】选取转三基因（Cry3Aa+Cry1Ac+API）741杨8个株系、 转双基因（Cry1Ac+API）741杨1个株系和转单基因（Cry3Aa）741杨3个株系为试材, 从外源基因PCR检测、 毒蛋白表达和抗虫性三方面对转基因株系进行对比分析。【结果】经PCR扩增后各转基因株系出现了预期的电泳条带。ELISA蛋白检测显示转基因株系中都有与所含基因相应的Bt杀虫蛋白表达。用转基因株系新鲜叶片进行柳蓝叶甲Plagiodera versicolora和美国白蛾Hyphantria cunea室内饲虫实验表明： 转入不同抗虫基因的杨树对昆虫的抗性具有选择性, 对非靶标昆虫没有毒杀作用。转双Bt基因741杨具有双抗性, 不同转基因株系表现出高中低的抗性水平： 在对柳蓝叶甲的抗性上, 筛选出的其中5个高抗株系（pCCA1, pCCA2, pCCA5, pCCA6和pCCA9）的抗性水平明显比含Cry3Aa单Bt基因的3个高抗株系（pCC11, pCC53和pCC84）高; 在对美国白蛾的抗性上, 有7个株系（pCCA2~pCCA7和pCCA9）的抗性水平与含Cry1Ac单Bt基因株系（pB29）表现一致, 只有1个株系（pCCA1）对美国白蛾表现出了极低的抗性。【结论】多个抗虫基因在741杨上的联合使用, 不仅扩大了抗虫谱, 其中的高抗株系还具有了更高的抗虫能力, 有效地发挥了基因的叠加效应。     

小菜蛾对苏云金芽胞杆菌(Bt)的抗性研究进展

小菜蛾Plutella xylostella(L.)是为害十字花科蔬菜的一种重要的世界性害虫,由于其分布范围广、繁殖速度快、抗性水平高,已经成为最难防治的害虫之一。基于苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis(Bt)开发的杀虫剂在小菜蛾生物防治中发挥重要的作用,但小菜蛾作为在田间最早对Bt产生抗性的害虫,其抗性发展及抗性机理也引起了全世界的广泛关注。本文概述了小菜蛾的发生危害及其抗药性的研究动态、苏云金芽胞杆菌的起源、发展及应用,分析了小菜蛾对Bt杀虫毒素产生抗药性及其抗性机理,并从抗性发展风险、转基因油菜种植和进一步深入开展抗性机理的研究三个方面进行了展望,以期为优化小菜蛾抗药性的治理策略、提高生物农药和Bt作物的控害效能提供借鉴和参考。     

棉铃虫对转Bt基因抗虫棉花的抗性机制及治理

棉铃虫是危害棉花最严重的害虫之一. 作为生物技术产品, 转Bt杀虫基因棉花产生的Cry毒素对棉铃虫有高效毒杀作用. Bt棉花已在世界范围内商业化种植, 通过有效控制棉铃虫种群数量, 而显著减少了化学农药的用量. 尽管没有发现棉铃虫田间种群对Bt棉花产生高水平抗性, 但室内持续筛选已培育出多个高水平抗性品系, 表明存在棉铃虫对Bt棉花产生抗性的风险. 鉴于棉铃虫对Bt棉花产生抗性可能对Bt棉花利用价值的影响, 国内外近10年来对此进行了系统深入地研究. 本文综述了棉铃虫对Bt棉花抗性的生物化学和分子机制、抗性治理与监测技术的最新研究进展, 并分析了中国、澳大利亚和印度等国家棉铃虫对Bt棉花的抗性治理策略.     

The relationship between Bt toxin content and resistance to Sylepta derogata in various transgenic Bt cotton varieties

棉大卷叶螟Sylepta derogata Fabricius为近年来长江流域棉花中后期的一种重要害虫.在其危害盛期测定了8种转基因棉叶片Bt毒蛋白的含量与受害程度,在此基础上就转基因棉对棉大卷叶螟的抗虫性采用不同抗性指标相结合的方法进行了综合评估,同时对转基因棉对棉大卷叶螟的抗虫效果与毒蛋白含量的相关性进行分析.结果表明:各转基因棉品种的不同部位叶片的毒蛋白含量呈现顶叶最高,功能叶次之,老叶含量最低的趋势.抗蚜8017和SGK321 2个转基因棉品种的棉叶毒蛋白表达量相对较低,平均值在120μg/g以下,对棉大卷叶螟的抗性级别均为中抗.其它供试转基因棉棉叶毒蛋白表达量均值在150μg/g以上,抗性级别也均为高抗,而非转基因棉泗棉3号与石远321对棉大卷叶螟不具抗性.转基因棉对棉大卷叶螟的抗性水平与毒蛋白含量呈正相关.     

转基因植株毒素可渗漏

纽约大学的研究人员,通过室内种植转基因Bt玉米植株试验表明：该玉米可免受钻心虫危害,其时效可达２５天之久。然而,在此种玉米根系的周围土壤中,可以提取Bt毒素物。他们认为此现象是使用转基因植株对土壤生态学冲击的例证。美国目前栽种有６００万公顷的Bt玉米,据推测在杀死危害玉米害虫的同时,对土壤中其它有机物的影响也是非常显著的。由于该毒素在土壤中存留时间较长,从而可使目标害虫增加抗药性。如果目标害虫增加了抗性,则表明以该种技术制成的转基因作物宣告失败。环境专家提示大家,现在是再次提出评价转基因玉米对环境风…