Bt棉与常规棉根际土壤Bt毒蛋白和植物激素变化动态

通过ELISA法对常规棉（石远321）和转基因抗虫棉（99B、SGK321）根际土壤苏云金芽孢杆菌（Bt）毒蛋白和植物激素含量进行了分析,结果表明抗虫棉根际土壤Bt毒蛋白含量显著高于常规棉,特别是从苗期到盛花期抗虫棉根际土壤Bt毒蛋白含量高出常规棉200-300ng／g。抗虫棉根际土壤中脱落酸（ABA）和生长素吲哚乙酸（IAA）含量变化趋势与常规棉相比表现出较大差异。常规棉与抗虫棉根际土壤中ABA变化趋势表现为相似的单峰曲线,而抗虫棉根际土壤中ABA含量变化幅度明显小于常规棉。在棉花生长发育后期抗虫棉根际土壤中赤霉酸（GA3）含量较高,而常规棉根际土壤中GA,含量升高较抗虫棉早且变化幅度大,在高峰处常规棉高于抗虫棉,低谷时抗虫棉高于常规棉。7月17日常规棉根际土壤IAA含量显著高于抗虫棉,8月27日抗虫棉又大大高于常规棉,其他时期变化不大。上述结果表明,外源Bt基因的插入或表达能引起棉花根际土壤中Bt毒蛋白和植物激素含量的较大改变,这种改变可能会影响到抗虫棉的生长发育,并对环境产生影响。     

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。     

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     

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％）。     

种植Bt玉米及秸秆还田后土壤中Bt蛋白的变化及其对土壤养分的影响

在大棚水泥池内种植两个Bt玉米(5422Bt1和5422CBCL)及其同源常规玉米5422,研究了种植Bt玉米及秸秆还田过程中根际土、根围土、3层根外土(0～20、20～40和40～60 cm)中Bt蛋白含量的时空动态特征及其对土壤养分含量的影响．结果表明： 种植Bt玉米和常规玉米后,根围土(种植后90 d)和3层根外土(种植后30、60和90 d)中均检测到少量的Bt蛋白(含量<0.5 ng·g^-1),在Bt玉米5422Bt1和5422CBCL根际土中则分别检测到1.59和2.78 ng·g^-1的Bt蛋白．玉米秸秆还田后,Bt蛋白能在3 d内快速降解,在还田后第7天只检测到少量的Bt蛋白．与常规玉米5422相比,种植Bt玉米5422Bt1 90 d后根围土和3层根外土中有机质、速效养分(碱解氮、速效磷和速效钾)和全量养分(全氮、全磷和全钾)含量均没有显著差异;5422Bt1秸秆还田60 d后0～20 cm土层的有机质和全氮含量显著升高,速效钾含量显著降低,而其他养分指标则没有显著差异,20～40 cm和40～60 cm土层的所有养分指标均没有明显差异．种植Bt玉米5422CBCL后根围土中仅速效磷含量显著低于种植常规玉米5422,但0～20 cm土层中全磷含量显著提高,其他养分指标均没有差异;还田5422CBCL秸秆后仅0～20 cm土层的速效磷含量显著高于常规玉米5422．研究结果表明,通过玉米根系分泌和秸秆分解进入土壤的Bt蛋白不会在土壤中累积,对养分含量也基本没有显著影响.
     

高温和湿度对转Bt基因棉叶片Bt蛋白表达的影响

以来源于美国的转Bt基因棉DP410B(常规种)和岱杂1号(杂交种)以及来源于中国的转Bt基因棉泗抗1号(常规种)和泗抗3号(杂交种)为材料,研究高温(37℃)条件下,大气湿度(50％、70％、90％)变化对Bt蛋白表达的影响.结果表明:高温条件下,盛蕾期,温湿度对4个供试品种Bt蛋白表达均无显著影响;盛花期,与对照(温度25 ～ 30℃,湿度60％ ～70％)相比,常规种在50％湿度时叶片Bt蛋白含量显著降低2.6％ ～3.0％;盛铃期,DP410B、泗抗1号和泗抗3号的Bt蛋白含量在50％湿度处理下比对照显著降低3.3％ ～5.8％.4个转Bt基因棉品种中,DP410B和岱杂1号的Bt蛋白含量最高,而泗抗1号最低.     

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Bt基因水稻根际土壤微生物多样性的磷脂脂肪酸(PLFAs)表征

以亲本水稻为对照,应用13C脉冲标记和磷脂脂肪酸技术,分析转Bt基因对水稻根际微生物多样性的影响.结果表明:转Bt基因水稻与亲本水稻根际均以饱和脂肪酸和支链脂肪酸为主,单不饱和脂肪酸次之,多不饱和脂肪酸最少.苗期、拔节期和抽穗期,转成基因水稻根际革兰氏阳性菌(G+)代表性磷脂脂肪酸含量显著低于亲本水稻;革兰氏阴性菌(G-)代表性磷脂脂肪酸含量显著高于亲本水稻.水稻各生育期,转Bt基因未对水稻根际土壤真菌、放线菌磷脂脂肪酸含量造成显著影响,且转Bt基因水稻与亲本水稻根际微生物磷脂脂肪酸13C含量无显著性差异.表明外源Bt基因插入仅对水稻根际微生物多样性造成短暂影响,不具有持续性.     

不同生育期转双价(Bt+CpTI)基因抗虫棉根际土壤酶活性和养分含量变化

田间试验条件下,以转双价(Bt+CpTI)基因棉SGK321及其非转基因亲本常规棉石远321为研究对象,比较分析不同生育期(30、60、90、120d)转双价基因棉和亲本棉根际土壤酶活性(脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶)及速效养分(硝态氮、铵态氮和速效磷)的变化。结果表明,转双价基因棉根际土壤硝态氮、铵态氮和速效磷含量变化趋势与其亲本常规棉基本一致,但各养分的具体变化幅度因生育期不同而异。播种后30、60、120d转双价基因棉和亲本常规棉根际土壤碱性磷酸酶活性无显著差异;土壤脲酶和过氧化氢酶活性随棉花生育进程其变化趋势虽各不相同,但同一生育期转双价基因棉与亲本常规棉根际土壤脲酶和过氧化氢酶活性均无显著差异。表明,土壤酶活性和速效养分含量受转双价基因棉的影响较小,其变化主要受生育期的影响。     

转Bt基因抗虫棉(Gossyposium)伤流中Bt毒蛋白的运输

本文以常规棉品种‘石远321'和抗虫棉品种‘SGK321'与‘99B'为材料,通过考马斯亮蓝和ELISA方法分析了伤流中可溶性蛋白和Bt(苏云金芽孢杆菌)毒蛋白含量.结果发现,转基因抗虫棉伤流中可溶性蛋白含量显著高于常规棉,并在抗虫棉伤流中检测到了Bt毒蛋白,而常规棉伤流中没有Bt毒蛋白的存在.通过嫁接实验研究发现,将常规棉嫁接到转Bt基因抗虫棉砧木上,叶片中也有Bt毒蛋白的积累.这些结果说明,Bt毒蛋白可以通过木质部伤流液向地上部运输,并在叶片中积累,Bt毒蛋白由根系向地上部的运输对棉花的抗虫性是有益的.     

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.     

Transgenic Bt cotton has no apparent effect on enzymatic activities or functional diversity of microbial communities in rhizosphere soil

A transgenic Bt cotton (Sukang-103) and its non-Bt cotton counterpart (Sumian-12) were investigated to evaluate the potential risk of transgenes on the soil ecosystem. The activities of urease, phosphatase, dehydrogenase, phenol oxidase, and protease in cotton rhizosphere were assayed during the vegetative, reproductive, and senescing stages of cotton growth and after harvest. A Biolog system was used to evaluate the functional diversity of microbial communities in soils after a complete cotton growth cycle. Enzymatic activities in soils amended with cotton biomass were also assayed. Results showed that there were few significant differences in enzyme activities between Bt and non-Bt cottons at any of the growth stages and after harvest; amendment with cotton biomass to soil enhanced soil enzyme activities, but there were no significant difference between Bt and non-Bt cotton; the richness of the microbial communities in rhizosphere soil did not differ between Bt and the non-Bt cotton, and close to that of control soil; the functional diversity of microbial communities were not different in rhizosphere soils between Bt and non-Bt cotton. All results suggested that there was no evidence to indicate any adverse effects of Bt cotton on the soil ecosystem in this study.     

多年种植Bt稻后外源蛋白在土壤中的积累

外源蛋白在环境中的残留与积累是转Bt基因作物环境安全评价的重要内容之一。我国已育成多个具有商业化前景的Bt稻品系,但目前多年种植Bt稻后Bt外源蛋白是否会在土壤中积累还不清楚。本研究在同一试验田连续9年种植了转cry1Ab/1Ac基因明恢63(华恢1号)和转cry2A基因明恢63水稻,采用酶联免疫吸附法(ELISA)跟踪监测了分蘖期和收获后60 d根际土中外源蛋白含量变化,试验第1年(2012年)和最后1年(2020年)还测定了苗期、开花期和成熟期根际土中外源蛋白含量。结果表明: 2012年,转cry1Ab/1Ac基因明恢63在苗期、分蘖期、开花期、成熟期和收获后60 d根际土中外源蛋白含量分别为1.25、1.77、1.97、1.71和0.30 ng·g^-1,2020年分别为1.30、1.69、2.03、1.77和0.43 ng·g^-1;2012年,转cry2A基因明恢63在苗期、分蘖期、开花期、成熟期和收获后60 d根际土中外源蛋白含量分别为0.91、1.52、1.53、1.37和0.12 ng·g^-1,2020年分别为0.95、1.43、1.61、1.40和0.15 ng·g^-1。多因素方差分析显示,时间效应对Bt外源蛋白积累不显著,而品种和生育期效应显著。Bt稻生长过程中根际土中可以检测出微量的Bt外源蛋白,但收获后60 d已经基本降解完毕,根际土中Bt外源蛋白含量不会随着种植时间的增加而累积。     

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.