Cry1Ac和Cry2Ab杀虫蛋白对粘虫幼虫生长发育的影响

【目的】为探究Bt杀虫蛋白对次要靶标害虫粘虫Mythimna separata (Walker)(鳞翅目:夜蛾科)的杀虫活性及对其生长发育的影响。【方法】本文通过浸叶法饲喂初孵及2龄末粘虫不同剂量的Cry1Ac及Cry2Ab杀虫蛋白后,观察其死亡率,称量幼虫重,并统计了幼虫历期、化蛹率、蛹重、蛹期、蛹的羽化率、畸形率等指标。【结果】初孵幼虫取食浸泡含16、64、128μg/mLCry1Ac及Cry2Ab的玉米叶片后,随着时间的延长及浓度的增加,死亡率逐渐增加,且Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的生物活性高于Cry2Ab蛋白,在128μg/mL浓度下,取食Cry1Ac和Cry2Ab蛋白13d时的死亡率分别达到了65%及60%。取食两种蛋白后,初孵幼虫和2龄末幼虫重量均受到显著抑制,短期取食两种蛋白对幼虫历期、化蛹率、蛹重、蛹期、蛹的羽化率、畸形率没有影响。【结论】取食Cry1Ac和Cry2Ab杀虫蛋白后,对初孵幼虫有很好的杀虫活性,且Cry1Ac杀虫活性高于Cry2Ab杀虫蛋白;短期饲喂两种杀虫蛋白时,对2龄粘虫后期生长影响不大。本文结果为转Bt基因作物更好的应用于粘虫的防治提供了理论基础。     

转Cry1Ac活性杀虫蛋白及慈菇蛋白酶抑制剂B基因的棉花

根据植物基因的结构特征。合成了Cry1Ac活性杀虫蛋白的编码序列并与内质网定位肽编码序列组成嵌合杀虫蛋白基因Bt29K。构建了含Bt29K基因及慈菇蛋白酶抑制剂B（API-B）基因表达框的双抗虫基因植物表达载体。通过根癌土壤杆菌（Agrobacterium trmefaciens(Smith et TOwnsend)ConnLBA4404)介导转化了棉花（Gossypium hirsu-tunL.)的两个生产品种（系）。根据抗棉铃虫（Heliothis armigera)试验及农艺性状的观察调查结果。经6代筛选,获得了抗棉铃虫90.0%_99.7%且农艺性状优良的9个双价抗虫棉纯合品系。分子生物学分析结果表明,两个抗虫基因在棉花基因组中的插入拷贝数为1个或2个,活性Cry1Ac和API-B蛋白在转基因抗虫棉株系中的表达量分别约占总可溶性蛋白的0.17%和0.09%。对双抗纯合系植株及仅转Bt基因的棉花纯合系抗虫性检测结果表明前者的抗虫性明显高于后者,因此推断本研究采用的双抗虫基因表达载体构建策略是合理的。     

PxCAD1与Cry1Ac蛋白混合物对小菜蛾生长发育及体内酶活性的影响

[目的]PxCAD1肽段可显著增强Cry1Ac的杀虫活性,探究其与Cry1Ac混合物对靶标昆虫生物学及体内酶活性的影响对明确其增效机制具有重要意义.[方法]采用叶片浸渍法,以PxCAD1肽段与Cry1Ac毒素的混合蛋白饲喂小菜蛾Plutella xylostella3龄幼虫,观察并统计小菜蛾死亡率、化蛹率和羽化率,并测定小菜蛾幼虫体体内羧酸酯酶、谷胱甘肽-S-转移酶、总蛋白酶和类胰蛋白酶的变化趋势.[结果]与对照相比,处理组幼虫的死亡率显著升高,化蛹率减少,羽化率显著降低;3龄幼虫在取食PxCAD1肽段与Cry1Ac毒素混合蛋白24 h和48 h后,羧酸酯酶活性显著升高,72 h显著降低,谷胱甘肽-S-转移酶活性在24 h显著升高,48 h显著降低,72 h则无显著差异,而总蛋白酶活性仅在72 h显著低于对照,类胰蛋白酶活性在各时间点无显著变化.[结论]PxCAD1不仅对Cry1Ac具有显著增效作用,同时对小菜蛾幼虫的生长发育及体内羧酸酯酶、谷胱甘肽-S-转移酶及总蛋白酶的活性产生不利影响.该结果将有助于进一步研究中肠受体蛋白对Cry1Ac的增效机制.     

Cry1Ac毒蛋白对粘虫生长发育、繁殖及飞行能力的影响

为了更全面地评价转基因作物对粘虫Mythimna separata (Walker)（鳞翅目: 夜蛾科）的影响, 在室内用生测法研究了粘虫初孵幼虫连续取食含不同浓度的Cry1Ac毒蛋白的人工饲料后, 其生长发育、繁殖及飞行能力的变化。结果表明: 取食0（对照）, 3, 6, 12, 24, 48和96 μg/g Cry1Ac毒蛋白人工饲料6 d后的幼虫头宽、 体长、 18 d后的体重随着毒蛋白浓度的升高显著降低, 幼虫发育历期显著延长, 死亡率显著升高。取食含毒蛋白浓度>12 μg/g饲料的幼虫不能正常化蛹; 取食含0, 3和6 μg/g毒蛋白饲料的幼虫能正常化蛹、 羽化, 化蛹率随着毒蛋白浓度的升高而显著降低、 蛹历期显著延长; 取食含0, 3和6 μg/g毒蛋白饲料的幼虫羽化的成虫繁殖能力有显著差异, 产卵前期随毒蛋白浓度的升高显著延长, 产卵量显著降低; 而1日龄成虫飞行能力（飞行距离、 时间和速度）则随毒蛋白浓度的升高显著降低。这些结果表明, Cry1Ac毒蛋白对粘虫的生长发育、 繁殖及飞行具有显著影响, 从而为完善转Bt作物的生态安全性风险评估提供了重要的实验依据。     

Vip3Aa及Cry1Ac对棉铃虫幼虫多种酶活力的影响

为了明确Vip3Aa的作用机制,为其作为新毒素策略重要蛋白的应用提供理论依据,本文比较了Vip3Aa、Cry1Ac对棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)主要蛋白酶、解毒酶、APN活性的影响,并研究了Vip3Aa和Cry1Ac共同使用对几种酶活力的作用。室内生测结果表明,Vip3Aa对棉铃虫的杀虫效果低于Cry1Ac,但Vip3Aa对棉铃虫幼虫生长有明显的抑制作用。取食含Cry1Ac、Vip3Aa或Cry1Ac+Vip3Aa饲料的棉铃虫,总蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活性很快升高;但经Cry1Ac处理12 h后这2种酶活性与对照差异不显著或低于对照,而取食含Vip3Aa饲料的棉铃虫酶活力显著高于对照的时间明显延长,而且类胰蛋白酶活性也显著高于对照;表明Cry1Ac降解速度比Vip3Aa快,可能是由于降解2种蛋白参与的酶系存在差异,同时Cry1Ac+Vip3Aa混用可以延长蛋白被酶解的时间。谷胱甘肽S-转移酶和α-乙酸萘酯酶活性在棉铃虫取食含Vip3Aa、Cry1Ac或Cry1Ac+Vip3Aa蛋白的饲料后活性升高,说明这2种酶可能参与了对Cry1Ac、Vip3Aa的解毒作用。但Cry1Ac、Vip3Aa对氨肽酶活性影响不大,可能在毒蛋白发挥毒性的过程中与氨肽酶活力变化无关。     

苏云金芽孢杆菌Cry1Ac杀虫晶体蛋白及其分子设计

cry1Ac编码的杀虫晶体蛋白是苏云金芽孢杆菌(Bt)产生的多种杀虫晶体蛋白中对鳞翅目昆虫有很高毒性的蛋白.第一个Cry1Ac杀虫晶体蛋白最早在库斯塔克亚种HD73中以伴胞晶体形式分离获得,其编码区为3 534 bp,编码蛋白分子量为133 kD,含1 178个氨基酸,等电点为4.84.自此以来,Cry1Ac杀虫晶体蛋白结构、功能以及应用研究一直是Bt杀虫晶体蛋白研究的重要方向.本文介绍了苏云金芽孢杆菌中应用最广泛的Cry1Ac杀虫晶体蛋白家族的结构、功能及其基因分类,并进一步就基于苏云金芽孢杆菌Cry1Ac杀虫晶体蛋白的基因工程研究做了分析,提出了持续利用BtCry1Ac杀虫晶体蛋白的一些见解.     

大肠杆菌中利用苏云金芽胞杆菌强启动子p1Ac指导Cry1Ac蛋白表达的特性分析

对利用苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)强启动子——cry1Ac基因启动子p1Ac指导cry基因在大肠杆菌中的表达进行了研究。结果显示,大肠杆菌中由启动子p1Ac指导表达的Cry1Ac蛋白与苏云金芽胞杆菌来源的Cry1Ac蛋白在碱溶性、胰蛋白酶活化、杀虫活性等方面有较好的一致性,从而解决了目前商业化载体大肠杆菌表达cry基因时形成不易溶解的包涵体问题。同时,还对p1Ac指导的cry1Ac基因在大肠杆菌中表达的发酵条件进行了初步探索。     

转Cry1Ac活性杀虫蛋白及慈菇蛋白酶抑制剂B基因的棉花

根据植物基因的结构特征,合成了CrylAc活性杀虫蛋白的编码序列并与内质网定位肽编码序列组成嵌合杀虫蛋白基因Bt29K.构建了含Bt29K基因及慈菇蛋白酶抑制剂B(API-B)基因表达框的双抗虫基因植物表达载体.通过根癌土壤杆菌(Agrobacteriumtumefaciens(Smith et Townsend)Conn LBA4404)介导转化了棉花(Gossypium hirsu-tun L.)的两个生产品种(系).根据抗棉铃虫(Heliothis armigera)试验及农艺性状的观察调查结果,经6代筛选,获得了抗棉铃虫90.0%～99.7%且农艺性状优良的9个双价抗虫棉纯合品系.分子生物学分析结果表明,两个抗虫基因在棉花基因组中的插入拷贝数为1个或2个.活性Cry1Ac和API-B蛋白在转基因抗虫棉株系中的表达量分别约占总可溶性蛋白的0.17%和0.09%.对双抗纯合系植株及仅转Bt基因的棉花纯合系抗虫性检测结果表明前者的抗虫性明显高于后者,因此推断本研究采用的双抗虫基因表达载体构建策略是合理的.     

Cry2Ab及Cry1Ac杀虫蛋白对棉铃虫中肠蛋白酶活性的影响

为明确Cry2Ab和Cry1Ac2种Bt杀虫蛋白单用与混用对棉铃虫Helicoverpa armigera（Htibner）中肠主要蛋白酶活性的影响,本文测定了取食含不同Bt蛋白人工饲料后棉铃虫中肠总蛋白酶、类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活性的差异。结果发现：Cry2Ab处理12h后对棉铃虫中肠总蛋白酶影响不大;对类胰蛋白酶的影响最大,除最高浓度处理外,其他浓度处理后棉铃虫类胰蛋白酶的活性明显高于对照;但对类胰凝乳蛋白酶活性的影响呈倒“V”字型,只有6．67ug／gCry2Ab处理后的棉铃虫酶活力显著高于对照,其他浓度处理与对照差异不显著或略低于对照;随着取食含Cry2Ab饲料时间的增加,棉铃虫中肠类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶的活性比对照显著增加;与对照相比,处理36h后类胰蛋白酶活性最高可增加到6．43倍。Cry1Ac处理棉铃虫12h后总蛋白酶、类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活性都明显增加,而且与处理浓度呈正相关;但是24h后,处理后棉铃虫的总蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活性明显降低,只有类胰蛋白酶活性仍高于对照,但活性增长倍数低于12h时的处理。Cru2Ab和Cry1Ac2种蛋白混用处理棉铃虫后,2种酶的酶活力基本低于Cry1Ac和Cry2Ab单用的酶活力之和;只有2种蛋白浓度均为2．22ug／g混用时,处理12h后类胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶的活性高于2种蛋白单用时酶活力之和,且都显著的高于对照。     

Cry1Fa对Cry1Ac抗性棉铃虫的毒力评价

为了防治多种鳞翅目害虫, 表达Cry1Fa的转基因玉米和棉花已在美国商业化种植。明确棉铃虫Helicoverpa armigera对Cry1Fa与Cry1Ac的交互抗性及这两种杀虫蛋白之间的协同作用, 可以为表达 Cry1Fa+Cry1Ac的转双价抗虫棉花的合理应用提供依据。本实验测定了Cry1Fa对棉铃虫敏感品系（96S）及用Cry1Ac筛选的抗性品系（BtR, 抗性倍数2 194.15倍）的毒力, 发现Cry1Fa对敏感棉铃虫的毒力远低于Cry1Ac, LC₅₀值是Cry1Ac的504.80倍; 而且抗性品系BtR对Cry1Fa存在19.98倍的交互抗性。Cry1Fa与Cry1Ac混用可以提高Cry1Fa毒杀敏感棉铃虫的效果, 尤其是Cry1Fa浓度较低时, 加入Cry1Ac, 可以显著增加Cry1Fa的毒力; 但只有加入较高浓度的Cry1Fa时才能增加Cry1Ac的毒力。由于BtR品系已经对Cry1Ac产生抗性, Cry1Ac对抗性棉铃虫的毒力明显降低; 在较高浓度的Cry1Ac中加入Cry1Fa可以显著增加棉铃虫的死亡率（P=0.0015, F=6.88, df=6）, 但最高死亡率仅为58.33%。D-饱和最优试验的结果证实, Cry1Ac对于敏感棉铃虫的死亡率的影响达到显著水平（t₁=13.76﹥t_0.05）, Cry1Ac与Cry1Fa的交互作用对毒力的影响也达到显著水平（t₂₂=2.42﹥t_0.05; t₁₁=6.95﹥t_0.05; t₁₂=3.43﹥t_0.05）。Cry1Ac和Cry1Fa对抗性棉铃虫死亡率的影响都达到显著水平（t₁=3.03﹥t_0.05;t₂=2.59﹥t_0.05）, 但Cry1Ac是决定抗、 感棉铃虫死亡率的关键因素; Cry1Ac与Cry1Fa最佳浓度配比范围都是1.41~2.10 μg/cm2; 在抗性品系中, Cry1Ac和Cry1Fa的交互作用不显著。所以, 尽管Cry1F+Cry1A作物扩大了杀虫谱, 但棉铃虫对这两种蛋白存在交互抗性, 而且这两种蛋白混用对治理抗Cry1Ac棉铃虫的效果不理想, 因此不建议在中国种植表达Cry1F+Cry1A的棉花。关     

黑化粘虫的形态特征及其遗传模式

本文首次研究报道了黑化粘虫Mythimna separata的形态特征及其遗传模式。所获的结果表明,黑化型与正常型粘虫的外部形态特征差异主要表现在成虫期。与正常型粘虫相比,黑化粘虫的成虫体色几乎全部变黑,正常型成虫所具有的黑色特征在黑化粘虫中已完全看不见,其他的颜色特征也由于黑化而产生了变异。卵、幼虫和蛹的颜色与正常型的没有明显的区别,只是黑化型的蛹在将羽化时的体色比正常型的深。黑化粘虫的遗传遵循孟德尔的隐性遗传规律,由位于常染色体上的单基因控制。这些结果表明,黑化型与正常型粘虫虽然仍属于同一个种,但黑化粘虫已经演变成了不同的基因型。最后,对黑化粘虫产生的原因及其在进化上的适应意义进行了讨论。     

松油烯-４-醇对粘虫幼虫的生物活性

测定了杀虫植物砂地柏Sabina vulgaris Ant.的精油中主杀虫成分-松油烯-4-醇（terpinen 4.01）对粘虫Mythimna separata Walker幼虫的生物活性。结果表明,松油烯- 4-醇对粘虫主要表现为熏蒸作用,对粘虫3龄幼虫24 h的熏蒸LC₅₀为5.3473 μL/L ;还具一定触杀作用,对粘虫4龄幼虫24 h的LD₅₀为147.8 μg/虫。试虫的中毒症状可明显地分为兴奋、痉挛、麻痹和死亡4个阶段,而麻痹的部分试虫有复苏现象。可明显抑制Na⁺ ,K⁺ATP酶的活性,在兴奋期、痉挛期、麻痹期和复苏期,抑制率介于21.28%～34.92% 之间。离体条件下对Na⁺,K⁺ATP酶的I₅₀为133.75 μg·mL^-1;对AChE活性有一定的影响;对酯酶,在兴奋期,酶活力为对照的7.0%,在麻痹期则为对照的1.33倍,而复苏期试虫的酯酶活力与对照相当。     

斑蝥素对粘虫几种代谢酶及多酚氧化酶的影响

为进一步探讨斑蝥素的杀虫作用机理, 本研究采用叶碟饲喂法处理粘虫Mythimna separata（Walker）5龄幼虫, 测定了饲喂处理后6, 12, 24, 36和48 h试虫体内羧酸酯酶(CarE)、酸性磷酸酯酶(ACP)、碱性磷酸酯酶(ALP)、谷胱甘肽 S-转移酶(GST)和细胞色素P450 Ο-脱甲基酶及多酚氧化酶(PPO)的活性。结果表明: 斑蝥素可显著激活羧酸酯酶, 处理后48 h酶比活力最大, 为同期对照的1.68倍; 酸性磷酸酯酶在处理后6和12 h活性变化不明显, 处理24 h后逐渐被激活, 且与对照差异显著(P＜0.05); 明显抑制碱性磷酸酯酶, 且随着处理时间的延长, 抑制作用增强; 对Ο-脱甲基酶表现为先抑制后激活的趋势; 谷胱甘肽S-转移酶表现出先激活后抑制的影响; 离体活体条件下均可显著抑制PPO活性。可见, 斑蝥素可明显影响昆虫的代谢酶系, 且其对碱性磷酸酶和多酚氧化酶的抑制作用可能与其毒杀作用有关。     

粘虫产卵前期的遗传特征

从田间采集的粘虫 Mythimna separata (Walker)种群在室内相同条件下饲养时 ,其后代雌蛾的产卵前期有较大程度的分化 ,最短的为 3d,最长的达 8d。通过亲子回归法 (雌性子代和亲本产卵前期的回归分析 )估算的粘虫蛾产卵前期遗传力值为0 .2 899,表明粘虫产卵前期受遗传因素的影响较小。对单雌系的双向选择所产生的选择响应表明 ,在一定的选择压力下 ,选择有利于产卵前期长的个体 ,即产卵前期长的个体进化速度要比短的个体快 ,但连续选择的响应较低。进一步通过家系间交互杂交来研究雌蛾产卵前期的遗传基础表明 ,产卵前期在很大程度上受雄性亲本的影响 ,即可能受 X-性染色体上的基因调控     

雷公藤总生物碱对粘虫幼虫神经系统酶活性及神经递质含量的影响

【目的】明确雷公藤Tripterygium wilfordii Hook. f.生物碱对粘虫Mythimna separata (Walker)神经系统的影响,为阐明其杀虫作用机制提供依据。【方法】采用载毒叶片法测定粘虫5龄幼虫经雷公藤总生物碱处理后体内乙酰胆碱酯酶（AChE）、Na⁺, K⁺-ATPase、Ca²⁺, Mg²⁺-ATPase、谷丙转氨酶（GPT）和谷氨酸脱羧酶（GAD）等重要神经系统酶活性及乙酰胆碱（ACh）、谷氨酸（Glu）和γ-氨基丁酸（GABA）等神经递质的含量。【结果】雷公藤总生物碱处理对粘虫5龄幼虫AChE无明显影响,麻醉期处理粘虫幼虫体内ACh相对含量与同期对照无显著差异。处理粘虫幼虫在轻度麻醉期、深度麻醉期和复苏期体内GABA和Glu含量显著升高,GABA含量分别升高了89.86%, 49.28%和20.29%,Glu含量分别升高了24.55%, 23.33%和8.13%。处理粘虫幼虫GPT活性明显受到抑制,而GAD活性无明显变化。处理明显抑制粘虫幼虫头部Na⁺, K⁺-ATPase和Ca²⁺, Mg²⁺-ATPase活性,但对中肠两种ATPase活性影响不大。【结论】研究结果有助于了解雷公藤生物碱对昆虫神经系统的影响,也为进一步阐明其作用靶标奠定了基础。     

Influence of green light at night on Juvenile hormone in the oriental armyworm Mythimna separata (Lepidoptera: Noctuidae)

The oriental armyworm Mythimna separata is an agricultural insect pest in Eastern Asia. Mythimna separata moths have a high phototactic response to green (520 nm) light. The biological characteristics of insects living under light of a specific wavelength at night can change and, accordingly, Juvenile hormone (JH) levels may be influenced by this light. The present study evaluates changes in the total JH levels at different developmental stages (larvae, pupae and adults) of M. separata reared under green light with different exposure periods at night (or dark period). The results show that, when the exposure time per day of the green light at night is extended, the JH levels in the final‐instar larvae (22 days) and older age pupae (8 days) are significantly reduced, and the JH levels in earlier age pupae (4 days) and adults (3, 6 and 9 days) are significantly increased, compared with groups not exposed to green light. Additionally, the JH level of male moths significantly differs from that of the female moths. We suggest that the JH level of M. separata insects could be regulated by the green light at night (or dark period). The findings of the present study will help to explain the relationship between the light environment and biological characteristics in nocturnal moths.     

粘虫成虫在气流场中飞行行为的观察研究

通过改进悬吊测飞技术、室内风洞和野外雷达相结合的观测方法,研究了粘虫在气流场中的飞行行为特征及其与气流的关系。直筒风洞自由飞行观测的结果表明,粘虫蛾对气流有明显行为反应,表现为头部迎风起飞和迎风飞行的特性;在3.0～5.5 m/s风速下,有92%～94% 的个体可一次逆风飞行通过2 m长的风洞;当风速≥6.0 m/s时,有71.9%的蛾子沿螺旋状的飞行轨迹逆风通过风洞。环形风洞悬吊飞行测试的结果表明,粘虫可逆风飞行的最大风速为7.2 m/s;在风速≤4 m/s条件下,90%以上个体头部迎风飞行或头部朝向与风向成一定的夹角,侧逆风飞行。 雷达观测发现粘虫在空中迁飞过程中具有成层现象,并有较强的秋季回迁定向行为,其头部总是朝向西南;迁飞的最终位移与风向及风速大小有关,迁飞位移速度是飞行速度与风速的矢量和。     

脱氧鬼臼毒素对粘虫几种代谢酶系的影响

脱氧鬼臼毒素是砂地柏Sabina vulgaris Ant.中的主要杀虫活性成分之一。为探讨其作用机理,以叶碟饲喂法处理粘虫Mythimna separata Walker 4龄幼虫,测定了饲喂处理12h、24 h、36 h、48 h和72 h后试虫的羧酸酯酶（CarE）、酸性磷酸酯酶(ACP)、碱性磷酸酯酶(AKP)、谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）和多功能氧化酶(MFO)的活性。结果表明：脱氧鬼臼毒素对粘虫羧酸酯酶的活性无明显影响;对酸性磷酸酯酶具有明显的抑制作用,且随着处理时间的延长,抑制作用增强;对碱性磷酸酯酶的影响较为复杂,表现为先抑制,后有所恢复,再被抑制的变化过程;对谷胱甘肽S-转移酶处理12 h后活性变化不明显,24 h后被抑制,36 h后逐渐激活,与对照差异极显著;对细胞色素P450酶系的O-脱甲基酶活性具有明显的抑制作用。