Bt棉花害虫综合治理研究前沿

自1996年以来,全球Bt(Bacillus thuringiensis)棉花应用规模迅速增长,目前已占棉花种植总面积的60%左右,主要种植国家包括美国、澳大利亚、中国、印度和巴基斯坦等。大量研究表明,Bt棉花的大面积种植有效控制了多种靶标害虫的发生危害,从而大幅度减少了化学杀虫剂的使用量;化学杀虫剂的减少使用导致一些非靶标害虫的发生危害明显加重。针对Bt棉花生产中呈现出的害虫新问题,各国分别发展了由农业防治、生物防治、化学防治等不同措施构成的防控技术体系。     

Advance in insect pest management in Bt cotton worldwide

自1996年以来,全球Bt(Bacillus thuringiensis)棉花应用规模迅速增长,目前已占棉花种植总面积的60％左右,主要种植国家包括美国、澳大利亚、中国、印度和巴基斯坦等.大量研究表明,Bt棉花的大面积种植有效控制了多种靶标害虫的发生危害,从而大幅度减少了化学杀虫剂的使用量;化学杀虫剂的减少使用导致一些非靶标害虫的发生危害明显加重.针对Bt棉花生产中呈现出的害虫新问题,各国分别发展了由农业防治、生物防治、化学防治等不同措施构成的防控技术体系.     

二十一世纪以来棉花害虫治理成就与展望

本文对21世纪以来的20年间我国棉花害虫治理研究进展进行了回顾,从Bt棉花害虫种群地位演替、靶标害虫对Bt棉花抗性演化、棉花-害虫-天敌化学通讯三个方面总结了棉花害虫生物学与生态学研究进展,从预测预报、棉花抗虫性利用、生态调控、理化诱控、生物防治、化学防治等方面梳理棉花害虫防控关键技术研发概况,以棉铃虫、盲蝽两大主要害虫为例介绍了棉花害虫绿色防控技术体系创新应用。最后,从我国棉花产业发展现状出发,对今后一段时间我国棉花害虫防控研究与实践进行了展望。     

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.     

转历基因棉花对刺吸式口器害虫种群的影响

综述了转Bt基因棉花对棉田刺吸式口器害虫的影响,并从棉田生态、棉花生理和昆虫生理等方面分析了转Bt基因棉田刺吸式口器害虫种群上升的原因。     

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。     

转Bt基因棉花对刺吸式口器害虫种群的影响

综述了转Bt基因棉花对棉田刺吸式口器害虫的影响,并从棉田生态、棉花生理和昆虫生理等方面分析了转Bt基因棉田刺吸式口器害虫种群上升的原因.     

ISAAA信息

BT棉花保护近邻作物免受害虫危害 中国农业科学院的科学家发现,表达了Bt蛋白的转基因棉花不仅能降低自身害虫的种群数量,同时还能减少附近非转Bt作物的害虫数量。他们的研究成果刊登在近期的Science杂志上。     

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.     

转基因抗虫棉花和玉米与节肢动物相关的生态安全性研究进展

转基因抗虫棉花和玉米自1996年商业化种植以来,已取得显著的经济、生态和社会效益。与其相关的生态安全性,特别是其对非靶标生物的影响及靶标害虫的抗性监测和治理已成为人们普遍关注的话题。本文在大量室内和田间评价工作的基础上,系统综述了国内外研究在该领域内取得的进展。结果表明： 由于Bt棉田和玉米田杀虫剂用量的减少,某些对Bt杀虫蛋白不敏感的非靶标植食害虫种群有上升的趋势; 现阶段生产上推广种植的Bt棉花和玉米花粉对家蚕、柞蚕和蜜蜂等经济昆虫以及帝王斑蝶是安全的。杀虫剂用量的减少,降低了对天敌的杀伤力,Bt田中捕食性天敌的种类和数量均显著高于常规施药田; 但Bt田内靶标害虫数量的减少和质量的降低,在一定程度上影响了寄生性天敌的种类和数量。Bt棉花和玉米的大面积种植对农田生态系统节肢动物群落结构无明显不利影响。靶标害虫田间抗性监测结果表明,无论在以大农场单一种植经营为主的发达国家如美国或澳大利亚,还是在以小农经营为主的多种寄主作物小规模交叉混合种植模式的发展中国家如中国或印度,田间并未出现10年前人们所关注和预测的靶标害虫种群抗性上升问题。究其原因,可能与发达国家严格执行了预防性的抗性治理对策及发展中国家独特的作物种植模式有关。尽管目前在田间尚未发现害虫对Bt作物产生抗性,但应用更多年份之后,害虫对Bt作物的抗性就很可能不是“是否”发生问题,而是“何时”发生的问题。因此,今后的研究重点应放在Bt棉花和玉米长期、大面积种植后,其对非靶标生物及靶标害虫抗性发展影响的长期生态效应上。     

转基因棉花Bt毒蛋白的表达及其生态学效应

苏云金杆菌毒蛋白 (Bacillusthuringiensisgtoxicprotein)基因导入棉花植株后获得的转Bt棉可以特异性地毒杀棉铃虫及鳞翅目的一些其它害虫 ,有效地保护棉花植株不受此类棉花害虫的危害。Bt毒蛋白在棉花植株中的表达受一些内外界因素的影响而呈明显的时空变化。转Bt棉除了严重影响靶标害虫自身外 ,还能对其它一些非靶标昆虫和环境产生影响。另外 ,该文还对害虫对Bt棉的抗性以及防止害虫产生抗性的治理对策进行了综述     

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。     

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.     

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Bt基因棉花杀虫晶体蛋白的表达及光合特性的研究

转Bt基因棉花(GK、ZK)及非Bt基因棉花(CZ)杀虫晶体蛋白表达及光合特性的研究表明,杀虫晶体蛋白在转Bt基因棉花GK与ZK中的表达总量及在各器官中的分配均有所不同．转Bt基因棉花叶片的净光合速率的光响应与常规棉有所不同．转Bt基因棉花GK与ZK叶片的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率的日变化有明显的不同,而胞间二氧化碳浓度、气孔限制值、叶温的日变化趋势则基本一致．胞间二氧化碳浓度的日平均值在两转Bt基因棉花间的差异达显著水平,而其它各指标在不同处理间的差异均未达显著．     

棉红铃虫幼虫田间分布型的研究

<正> 棉红铃虫Pectinophora gossypiella(Saun-ders)是江汉平原棉区主要害虫,常年因幼虫钻蛀花铃,严重影响棉花产量和品质。研究棉红铃虫幼虫田间分布结构,有助于分析为害损失。对密度估值、合理田间试验设计、取样、以至做     

转Bt基因棉花中Cry1Ac蛋白经烟粉虱途径向龟纹瓢虫的传递

【目的】烟粉虱Bemisia tabaci是转基因棉的非靶标害虫,对棉花生产造成严重影响。本文探讨转Bt基因棉花中Cry1Ac蛋白在棉花-烟粉虱-龟纹瓢食物链中的传递规律,以期为转基因棉的环境安全评价提供科学依据。【方法】在实验室条件下,以常规棉SM3号、33、SY321为对照,分析转Bt基因棉花GK12、XM33B、SGK321叶片、在这些棉花上取食的烟粉虱、以及捕食烟粉虱的瓢虫体内Cry1Ac蛋白含量。同时,将取食转Bt基因棉花上的烟粉虱的瓢虫转接到对应的受体亲本棉花上,分析瓢虫体内Cry1Ac蛋白含量变化规律。【结果】在转Bt基因棉花上取食的烟粉虱成虫和若虫以及它们的蜜露中均能检测到Cry1Ac蛋白,以转Bt基因棉花上的烟粉虱若虫为食料的龟纹瓢虫体Propylaea japonica内也能检测到Cry1Ac蛋白。龟纹瓢虫取食转Bt基因棉花上的烟粉虱若虫1 d后体内即能检测到Cry1Ac蛋白,并且随着取食时间的延长,体内Cry1Ac蛋白的含量逐渐增加,但到第6~8天后Cry1Ac蛋白的含量相对稳定。取食3个不同品种棉花上烟粉虱若虫的龟纹瓢虫体内Cry1Ac蛋白的含量存在明显差异,这种差异与棉花叶片上表达的Cry1Ac蛋白量呈正相关。但取食后6 d,在3个品种棉花上取食的龟纹瓢虫体内的Cry1Ac蛋白含量之间没有明显的差异。以转Bt基因棉花上的烟粉虱若虫为食料的龟纹瓢虫转移到对应的常规棉亲本上以后,体内的Cry1Ac蛋白的含量迅速下降,但10 d后仍能检测到微量的Cry1Ac蛋白。【结论】转Bt基因棉花中的Cry1Ac蛋白可以通过烟粉虱途径传递到龟纹瓢虫体内,龟纹瓢虫对食料中的Cry1Ac蛋白具有富集作用,并且Cry1Ac蛋白的富集存在饱和现象,富集饱和量与食料中的Cry1Ac含量无关;龟纹瓢虫脱离含有Cry1Ac蛋白的食料环境后,体内的Cry1Ac蛋白可以消减,但在10 d时间内龟纹瓢虫体内仍会有Cry1Ac残留。     

转基因杨树林下种植转基因棉花对转基因杨棉复合系统内节肢动物群落多样性的影响

【目的】转Bt基因棉花和转Bt基因杨树在我国已推广使用。本研究的目的是调查和分析不同转基因杨棉复合系统内地上节肢动物群落多样性变化,为转基因杨树大规模应用提供生态安全方面的数据。【方法】2019年4-10月,在河北任丘采取欧洲黑杨Populus nigra林下种植转基因棉花Gossypium hirsutum的模式,设置转基因杨树 转基因棉花(复合生态系统1)和非转基因杨树-转基因棉花(复合生态系统2)两种杨棉复合系统,调查杨树和棉花地上部植株节肢动物种类和个体数量,比较节肢动物各功能群的物种数量和个体数量以及香农指数、优势集中性指数、均匀度指数等群落多样性指数,并测定了转基因杨树和棉花叶片Bt蛋白含量。【结果】复合生态系统1中转基因杨树和棉花各自植株上鳞翅目种群累计个体数均显著低于复合生态系统2相应植株上的个体数量。转基因杨树上叶甲类累计个体数量显著高于非转基因杨树上的,寄生蜂类累计个体数量则显著低于非转基因杨树上的。在6月5日、6月21日和9月7日的调查中,转基因杨树上的节肢动物群落香农指数显著高于非转基因杨树上的。除鳞翅目害虫外,2个复合系统中棉株上节肢动物各功能群累计个体数量无显著性差异,香农指数、优势集中性指数和均匀度指数随时间变化的趋势基本一致且同一调查时间无显著性差异,仅在8月17调查中复合生态系统1中棉株上节肢动物香农指数显著高于复合生态系统2棉株上的。将杨树和棉花上节肢动物各类群累计数量相加作为系统整体,复合生态系统1和复合生态系统2在香农指数、优势集中性指数和均匀度指数数值上无显著差异。在调查后期,2个复合系统中节肢动物种群均向杨树叶片聚集。转基因棉花叶片Bt蛋白含量在各调查期均显著高于转基因杨树叶片的。【结论】转基因杨树对靶标害虫种群数量有较好的控制作用,对同系统内棉花上鳞翅目害虫数量亦有协同控制作用。转基因杨棉复合系统中地上节肢动物群落结构稳定,对系统内棉花地上部节肢动物群落多样性无显著影响。靶标害虫对转Bt基因杨树的抗性发展需持续监测。     

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.     

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.