Bt抗虫棉秸秆还田对土壤养分特征的影响

【目的】研究转基因作物秸秆或残茬还田可能对土壤养分特性造成的影响。【方法】以不同抗虫水平Bt棉花和常规棉花(泗棉3号)为研究材料,分别在经过一、二个生长周期后将秸秆机械粉碎后原位还田,40 d后测定分析土壤中Bt蛋白含量及肥力相关的养分含量变化。【结果】Bt棉秸秆还田后,所有品种棉花土壤中Bt蛋白含量与还田前无显著增加,且转Bt基因棉与非转基因棉还田对土壤Bt蛋白含量的影响并无显著差异。同时,棉秸秆还田可显著提高土壤有机质、速效磷、碱解氮、速效钾、全氮、全磷和全钾含量,提升土壤pH值;增加幅度在不同抗虫水平Bt棉花间及与非转基因常规棉花品种间皆无显著性差异。【结论】秸秆还田对土壤肥力的提升与Bt棉的抗虫水平无关。“转Bt基因”不成为Bt棉秸秆还田提高土壤肥力的限制性因素,其秸秆还田不会对土壤肥力质量产生负面影响,可使土壤养分含量增加,有效提升土壤肥力。秸秆原位还田简单、无害又提升肥力,有条件作为转Bt基因植物秸秆无害化处理的理想方式。     

不同还田方式对Bt玉米秸秆中Bt蛋白田间降解的影响

采用网袋法在田间研究了Bt（Bacillus thuringiensis）玉米(Zea may)1246×1482和H9235Bt/RR秸秆中Bt蛋白的降解动态,并应用移动对数模型进行拟合及估算DT₅₀和DT₉₀,探讨不同还田方式对降解的影响。结果表明:1246×1482和H9235Bt/RR秸秆中Bt蛋白在埋入土壤和地表覆盖2种还田方式下均能在7 d内降解90%以上,但还田180 d时仍能检测到占初始含量0.004%～0.069%的Bt蛋白;不同还田方式并没有显著影响到1246×1482秸秆中Bt蛋白的降解过程,其埋入土壤和地表覆盖处理的DT₅₀分别为0.90 d和0.79 d,DT₉₀则分别为3.45 d和5.03 d;但不同还田方式影响了另一Bt玉米H9235Bt/RR秸秆中Bt蛋白的降解过程,在秸秆还田前期,埋入土壤处理下Bt蛋白的降解比地表覆盖处理慢,其埋入土壤和地表覆盖处理下Bt蛋白降解的DT₅₀分别为6.80 d和0.54 d,DT₉₀则分别为21.76 d和7.12 d。由此可见,2个Bt玉米品种秸秆中Bt蛋白在2种还田方式下均能快速降解,不同还田方式只影响到H9235Bt/RR秸秆中Bt蛋白的田间降解,使得地表覆盖处理下Bt蛋白的降解比埋入土壤处理快。     

高温胁迫对Bt棉铃壳中Bt蛋白含量及氮代谢的影响

以Bt基因来源于中国的棉花品种泗抗1 号(常规种)、泗抗3 号(杂交种)和来源于美国的棉花品种99B(常规棉)、岱杂1 号(杂交棉)为材料,研究了不同高温水平下Bt 棉盛铃期铃壳中Bt 蛋白含量变化及氮代谢生理特征.结果表明: 铃壳中Bt 蛋白含量随温度升高而降低,与对照相比(32 ℃),常规棉品种在38 ℃、杂交棉品种在40 ℃以上时,铃壳中Bt 蛋白含量大幅度下降.其中,常规种泗抗1号和99B在38 ℃时分别下降53.0%和69.5%;杂交种泗抗3号和岱杂1号在40 ℃时下降64.8%和54.1%.铃壳Bt 杀虫蛋白含量下降显著时,其可溶性蛋白含量明显下降,游离氨基酸含量明显提高,GPT活性显著下降,蛋白酶活性显著增加.高温影响铃壳的氮代谢引起Bt蛋白的分解加剧,合成减弱,从而造成Bt蛋白含量减少,抗虫性下降.     

转基因稻及其非转基因亲本对照在间隔种植条件下的转基因漂移

随着转基因技术的迅速发展, 越来越多的转基因作物被培育出来。转基因作物的外源转基因通过花粉传播向非转基因作物的漂移, 会影响非转基因作物品种的种子纯度, 从而可能导致一系列生物安全问题。为了研究转基因栽培水稻(Oryza sativa)中的外源转基因通过花粉介导向非转基因水稻品种逃逸的可能性及其频率, 我们选用3个含双价抗虫基因(Bt/CpTI)的转基因水稻品系及其相对应的非转基因水稻亲本品种(近等基因系)进行了转基因漂移的实验。为了获取在近距离状况下转基因水稻与非转基因水稻品种之间的转基因漂移频率, 采用了转基因与非转基因水稻品种间隔种植的栽培方式, 分别在福建省福州市和海南省三亚市的转基因环境安全实验地进行实验, 并利用潮霉素抗性筛选标记基因来鉴定转基因和非转基因稻的杂种。共检测了从非转基因水稻品种随机收获的70,056颗种子, 以此计算转基因漂移频率。结果表明, 在相邻种植的情况下, 由这3个转基因水稻向对应的非转基因水稻品种的转基因漂移的频率比较低(0.275–0.832％)。如此近距离条件下获得的低转基因漂移频率表明, 对于严格自花授粉的水稻而言, 通过一定的隔离措施, 能有效地降低由花粉介导的转基因漂移导致的非转基因种子混杂。     

风向因素对转基因抗虫棉花基因漂移效率的影响

在转基因作物获准进行环境释放并实行大面积商品化推广的同时,基因漂移所引起的生态环境安全问题不容忽视。本研究以含有双价抗虫基因（Bt/CpTI）的转基因棉花SGK321为花粉供体材料,以常规非转基因棉花品种石远321、中棉35、吉扎1号为花粉受体材料,在温室中人工创造定向风和非定向风条件,应用PCR与蛋白检测相结合的方法,检测外源基因发生基因漂移的效率。结果表明：随着与转基因棉花SGK321距离的增加,外源基因转移至非转基因棉花的基因漂移频率呈现波动性变化。在定向风处理中,基因漂移频率在距离转基因棉花6.4 m处达到峰值33.33%,在测定范围内基因漂移最远距离为25.6 m;而在非定向风处理中,基因漂移频率在距离转基因棉花12.8 m处达到峰值36.67%,在测定范围内基因漂移最远距离为36 m。非定向风可显著提高转移至海岛棉吉扎1号的基因漂移频率。外源基因从SGK321转移至其非转基因亲本石远321的基因漂移频率显著高于转移至陆地棉中棉35和海岛棉吉扎1号的漂移频率。本研究可为转基因棉花的生态安全性分析提供一定的理论参考价值。     

抗虫转基因植物对非靶标节肢动物生态影响的研究进展

重组DNA技术的发展为培育高效的抗虫作物提供了前所未有的便利条件。通过转基因技术,全世界已培育出众多转基因抗虫植物品系。其中,表达苏云金芽孢杆菌(Bt)基因的作物品系如Bt棉花和Bt玉米已在很多国家大规模种植,在害虫控制方面发挥了重要的作用。转基因抗虫作物可能带来的生态风险问题,如对农田非靶标节肢动物的潜在影响,一直受到相关研究者及民众的广泛关注。至今,已有大量研究论文发表。本文在总结、归纳前人研究的基础上,阐述了从实验室到田间多层次评价转基因抗虫作物对非靶标生物影响的一般研究程序和方法,并简要综述了Bt玉米和Bt棉花2种已商业化种植的转基因抗虫作物对农田非靶标节肢动物生态影响的研究进展。现有研究表明:当前种植的Bt作物所表达的Cry蛋白杀虫专一性非常强,对农田非靶标节肢动物没有毒性;且Bt作物的利用降低了广谱化学杀虫剂的施用量,从而提高了非专一性害虫天敌的种群密度,加强了对害虫的控制,并有效地保护了生态环境和农民健康。因此,Bt作物可以作为害虫综合防治(IPM)的一个策略,结合其他防治措施可加强对害虫的有效控制。     

Bt/CpTI转基因稻及其非转基因亲本对照在间隔种植条件下的转基因漂移

随着转基因技术的迅速发展,越来越多的转基因作物被培育出来。转基因作物的外源转基因通过花粉传播向非转基因作物的漂移,会影响非转基因作物品种的种子纯度,从而可能导致一系列生物安全问题。为了研究转基因栽培水稻(Oryzasativa)中的外源转基因通过花粉介导向非转基因水稻品种逃逸的可能性及其频率,我们选用3个含双价抗虫基因(Bt/CpTI)的转基因水稻品系及其相对应的非转基因水稻亲本品种(近等基因系)进行了转基因漂移的实验。为了获取在近距离状况下转基因水稻与非转基因水稻品种之间的转基因漂移频率,采用了转基因与非转基因水稻品种间隔种植的栽培方式,分别在福建省福州市和海南省三亚市的转基因环境安全实验地进行实验,并利用潮霉素抗性筛选标记基因来鉴定转基因和非转基因稻的杂种。共检测了从非转基因水稻品种随机收获的70,056颗种子,以此计算转基因漂移频率。结果表明,在相邻种植的情况下,由这3个转基因水稻向对应的非转基因水稻品种的转基因漂移的频率比较低(0.275–0.832%)。如此近距离条件下获得的低转基因漂移频率表明,对于严格自花授粉的水稻而言,通过一定的隔离措施,能有效地降低由花粉介导的转基因漂移导致的非转基因种子混杂。     

转Bt基因水稻秸秆降解对土壤微生物可培养类群的影响

以高抗螟虫、已释放应用的 Bt水稻 (克螟稻 1号 )及其亲本 (非 Bt水稻 )为材料 ,在实验室条件下研究了转 Bt基因水稻及其亲本秸秆在降解过程中对土壤微生物主要类群的影响 ,这些类群包括细菌、真菌、放线菌、反硝化细菌、解磷微生物。结果表明 :(1)降解过程中 Bt蛋白浓度在前两周内迅速下降 ,随后降解速度变慢 ,17d以后至 5 3d,Bt蛋白浓度基本上保持在 6 .72 8～6 .196 ng/ g的水平。 (2 )秸秆降解过程中 ,不同处理细菌数量的变化趋势相似 ,转基因水稻与其亲本之间差异显著 ,非转基因细菌数量高于转基因细菌数量。(3)除降解初期第 3天、第 6天之外 ,其他取样时期的转基因水稻真菌数量要显著高于非转基因和对照。(4)放线菌数量没有明显变化规律 ,除第 6、9、2 6、35天外 ,非转基因数量显著高于转基因。(5 )非转基因秸秆降解反硝化细菌活性高于转基因 ,而解磷微生物活性处理之间无明显差异。     

转基因抗虫棉苗期氮代谢

以3种不同转基因抗虫棉及其亲本对照为材料,研究了盆栽条件下不同品种棉花苗期氮代谢特征。结果表明与非转基因棉花比较,转Bt基因棉Z30叶片内的硝酸还原酶活性、肽酶活性、游离氨基酸含量均没有明显变化,但转氨酶活性显著增加(增幅为14.03%),可溶性蛋白含量显著减少(降幅为26.29%)。双价转基因棉花CCRI41叶片内除可溶性蛋白含量没有明显变化,其它所测指标均发生了显著的改变。双价转基因棉花SGK321叶片内硝酸还原酶活性、转氨酶活性、氨基酸含量没有明显变化,但肽酶活性和可溶性蛋白含量均显著增加(增幅分别为7.01%和121.32%)。随着转入基因的多样化,其可能引发转基因棉花产生的非预期效应更加不确定与复杂。     

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基因玉米叶片次生代谢物DIMBOA和酚酸类物质含量的变化

异羟肟酸和酚酸类物质是玉米植株中重要的次生代谢物,可以帮助抵御多种病原菌、害虫、线虫和其它植物的危害。采用HPL C法研究了Bt玉米34B2 4、G30、农大6 1(Nongda6 1)和14 2 6×14 82以及部分相应的非转基因玉米叶片DIMBOA和酚酸类物质含量的变化。试验结果表明,不同玉米品种之间DIMBOA含量的差异很大;各Bt玉米品种叶片的DIMBOA含量普遍低于相对应的非转基因近等基因系。从不同部位的叶片看,玉米幼嫩叶片中的DIMBOA含量普遍较高;不同品种叶片DIMBOA含量的差异主要表现在幼叶之间,而老叶间的差异普遍较小。无论是Bt玉米还是非转基因玉米,随着生长时间的增加,各品种玉米幼苗全株叶片的DIMBOA含量急剧减少;各品种倒1叶的DIMBOA含量也都随着生长期的增加而减少,倒3叶却没有这样的规律。Bt玉米叶片的DIMBOA含量在单一的干旱胁迫或缺氮胁迫下的变化规律与非转基因玉米相似,即单一的干旱胁迫或缺氮胁迫下玉米各部位叶片的DIMBOA含量均显著升高;然而,在干旱和缺氮双重胁迫下,Bt玉米14 2 6×14 82在生长的中后期各部位叶片的DIMBOA含量却低于正常生长条件,明显不同于非转基因玉米的变化规律。与相应的非转基因近等基因系相比,虽然Bt玉米中香草酸和丁香酸的含量没有显著减少,但阿魏酸的含量显著降低。这一结果表     

Bt毒素在转基因棉花与土壤系统中的分布

研究了转Bt基因棉花与土壤系统中Bt毒素的分布.结果表明,两种转Bt基因棉花地上部(叶片、茎秆)的毒素表达量(103.5～134.1 ng·g^-1)显著高于地下部分(根系)(44.7～21.2 ng·g^-1),土壤中Bt毒素总量可通过转基因棉花地上部分秸秆的处理得到控制;Bt毒素在转Bt基因棉花根系分泌物中的含量极低,如果控制Bt毒素的其它导入来源,将显著降低转Bt基因作物释放中因Bt毒素导入而引发的对土壤生态系统的扰动.     

抗烟青虫转基因烟草的培育

烟青虫属鳞翅且(Lpidoptera)昆虫。前人研究表明,苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis)中的Bt毒蛋白对其具有很强的毒杀作用。设法将Bt基因导入到烟草中,是防治这类虫害的一种有效途径。80年代后期以来,为了提高Bt基因在植物中的表达水平,在编码区密码子的优化、编码顺序的改进和高效启动子的选配方面．都有了很快的发展。有些经过部分改进或人工全合成的Bt基因,还被先后导入到番茄〔1.2〕、烟草〔2-4〕、棉花〔5.6〕、玉米〔7〕、水稻〔8〕等重要作物中。迄1995年止．在美国获准可供商业用的Bt毒蛋白转基因作物已有槔花、玉米和马铃薯等〔9〕。在烟草中迄今未见有Bt毒蛋白转基因株达到生产实用水平的报道。本实验试图通过农杆菌介导法,将密码子经过优化的Bt基因cryIA(b)及cryIA?〔10〕叫导入离体培养的烟草叶片,然后使之再生,形成转基因植株,再从其后代中选育出既保留原品种优良农艺性状,又具有对烟青虫稳定抗性的转基因株,以期提高该品种的稳产性,降低杀虫农药成本。保护烟田的良好生态环境。     

转入抗虫基因 减少农药使用——转基因抗虫棉的环境安全和风险管控

正人类利用基因工程技术可以将外源基因转入农作物,使受体作物获得新的性状,如抗病虫、抗旱、抗寒等。全球商业化种植转基因农作物始于1996年,到2017年种植转基因耐除草剂或抗虫大豆、玉米、棉花和油菜等达到1.898亿公顷。到目前为止,我国只批准了商业化种植转基因抗虫棉花(Bt棉花)和转基因抗病毒木瓜两种作物。转基因抗虫棉花的商业化始于1997年,到2017年种植面积约280万公顷。转基因抗病毒木瓜种植比例高于普通木瓜面积的80%,但年度面积不足1万公顷。鉴于上述     

转基因棉花的Bt基因流

通过两年实验检测转基因陆地棉品种间和海岛棉与陆地棉种间的Bt基因流.将转基因陆地棉国抗12号种植在12m×12m的样方内,周围分别种植非转基因陆地棉品种中棉所12号和海岛棉品种新海13号,在离转基因棉花不同距离选取样点,采集非转基因棉花种子,利用标记选择基因、Dot朎LISA和PCR扩增检测Bt基因流.结果表明在0～6m内陆地棉品种间显示较高频率的基因流,随着距离的增加Bt基因流降低,最大可达36m;提高样方内转基因棉花纯度,仅增加0～3m内基因流,对较远距离基因流无影响.海陆种间Bt基因流在0～6m内比陆地棉品种间低,但Bt基因流随距离增加下降幅度小,最远达72m.因此,在小规模转基因棉花环境释放实验,可选用同种不同品种棉花作为缓冲隔离带,并讨论了棉花转基因逃离至我国棉属种类的可能性.     

种植Bt水稻后的土壤对赤子爱胜蚓生长发育及酶活性的影响

【背景】转基因作物种植的安全问题一直备受关注。关于Bt蛋白对地下非靶标生物影响的研究是转基因作物安全评价的重要内容。【方法】在转Bt基因水稻收割后的稻田里分别种植豌豆、紫云英和油菜作为后茬作物。分别于2013年1、3和6月3次采集不同后茬作物田中的土壤作为材料,于室内饲养赤子爱胜蚓,4周和7周后,测定蚯蚓的生长发育指标、存活率以及体内酶活性的变化情况。此外,还测定了不同深度土壤中Bt蛋白的含量以及用Bt蛋白直接饲喂的赤子爱胜蚓的存活率。【结果】与种植过非转基因水稻MH63的土壤相比,分别种植过含cry2A和cry1C基因水稻后的土壤对赤子爱胜蚓的生长发育、存活率及体内酶活性无显著影响。1月份和3月份转cry2A基因水稻田以及1月份转cry1C基因水稻田采集的表层土样中的Bt蛋白含量显著高于地下10 cm和地下20 cm土壤中的含量,地下2层土样中的Cry2A蛋白含量之间无差异。3月份转cry1C基因水稻田以及6月份转cry2A和转cry1C基因水稻田的土壤中Bt蛋白的含量均不受土壤深度的影响。种植的后茬作物对土壤中的Bt蛋白无显著消解作用。室内模拟土壤最高Bt蛋白浓度的条件下,Cry2A蛋白处理的蚯蚓存活率为96.7%,Cry1C蛋白处理的蚯蚓存活率为95.0%,两者与对照相比无显著差异。【结论与意义】转cry2A和cry1C基因Bt水稻的种植对蚯蚓的生长发育和体内酶活性无显著影响。本研究为转基因水稻的安全评价提供了一定的依据。     

转Bt基因植物对蜜蜂的安全性研究进展

蜜蜂是农业生态系统中重要的传粉昆虫,也是重要的经济昆虫.其可通过取食抗虫转基因作物花粉而摄取到外源转基因杀虫蛋白.因此,蜜蜂通常作为重要的指示物种用于转基因抗虫作物的环境安全评价工作中.本文在总结国内外相关研究数据的基础上,系统分析了抗虫转基因作物的种植对蜜蜂的安全性,获得以下结论:Bt杀虫蛋白具有较强的杀虫专一性,当前商业化应用的Bt杀虫蛋白对蜜蜂没有直接毒性,因此,转Bt基因作物的种植不会对蜜蜂种群及其发挥的重要生态功能产生显著的负面影响.而早期曾用于植物转基因的蛋白酶抑制剂和植物凝集素对蜜蜂的生长发育及行为具有显著的不利影响,因此,表达这类杀虫蛋白的转基因作物应该不会进入商业化应用.     

Bt水稻田重要非靶标节肢动物暴露于Cry2Aa蛋白的程度分析

根据风险=危险×暴露的原理,在实验室条件下评价转基因作物对非靶标节肢动物影响时,所选择的代表性非靶标生物通常是在农田系统中较高地暴露于转基因外源杀虫蛋白的节肢动物种.为了弄清Bt稻田主要节肢动物暴露于Cry蛋白的程度,选择合适的非靶标节肢动物,用于转基因抗虫水稻的风险评价,本文采用酶联免疫技术检测了水稻不同生长期从转cry2Aa基因水稻田采集的不同节肢动物体内Cry2Aa蛋白的含量.结果表明: 不同节肢动物种体内的Cry蛋白含量差异显著.一些节肢动物体内不含Cry蛋白,而一些节肢动物体内含有较高的Cry蛋白;相对于花期后采集的节肢动物,在Bt水稻花期采集的节肢动物,特别是捕食性节肢动物体内的Cry蛋白含量较高;寄生性节肢动物体内未检测到Cry蛋白.这为在实验室条件下评价转基因水稻对农田非靶标节肢动物的影响奠定了基础.     

转Bt基因水稻对土壤微生态系统的潜在影响

随着转基因作物商品化应用的增多,对其进行生态风险性评价尤为重要.国内外对转基因作物中外源基因向野生亲缘物种漂移的可能性、昆虫对抗虫转基因作物的耐受性以及转基因作物对生物多样性的潜在影响等问题进行了广泛的研究.文中从Bt杀虫结晶蛋白在土壤中的残留特性、Bt杀虫晶体蛋白对土壤微生物可培养类群和土壤酶活性的影响等方面对转Bt基因抗虫水稻的潜在生态风险性进行了简要综述,以期为同类研究提供有益的信息.