转Bt/CpTI基因棉花抗虫性鉴定与筛选

以国内育成和国外引进的52个转Bt/CpTI基因棉花品种(系)为材料,在河北农业大学棉花育种圃种植,采用室内生物鉴定方法,研究供试转基因棉花的棉铃虫抗性和甜菜夜蛾抗性,并进行抗虫性筛选.结果表明:国内育成的品种(系)在棉田二代棉铃虫危害期对棉铃虫的抗性不低于国外引进的品种(系);在三代棉铃虫危害期对棉铃虫的抗性,国内育成的品种(系)还略高于国外引进品种.新棉33B对甜菜夜蛾表现高抗,其他品种抗性一般.转Bt和CpTI的双价抗虫棉对甜菜夜蛾幼虫的抗性不高.根据供试品种(系)的抗虫性鉴定结果,筛选出SGK321等15个在二代、三代棉铃虫危害期对棉铃虫表现高抗的品种(系)和兼抗棉铃虫、甜菜夜蛾的新棉33B.     

转基因抗虫棉Bt基因不同剂量的聚合与抗虫性表现

通过有性杂交手段培育出聚有不同数目Bt基因的植株,在不同生育期进行抗虫性测定和Bt毒蛋白表达的ELISA检测,旨在揭示聚合不同数目Bt基因的植株抗虫性的互作表达机理。聚合有1－4个Bt基因的植株在整个生育期的抗虫性、毒蛋白表达特性和单价抗虫棉时空表达一致,生育前期抗虫性好、毒蛋白表达量高;生育中、后期抗虫性有所下降,毒蛋白表达量降低。聚合有4个Bt基因的纯合材料并未因Bt基因的增加而起到抗性增强的效果,相反还因同源抑制而有所降低。不同来源的Bt基因处于杂合状态时其抗虫性和Bt毒蛋白量均得到充分表达。     

Bt抗虫杂交棉叶片营养元素含量变化及其与产量的关系

为了比较杂交棉不同品种、不同世代棉花叶片营养元素含量的差异,于2003、2004年以Bt抗虫杂交棉NZ62、H64、H16的杂交种一代、二代和三代为材料,在湖南长沙进行了研究。田间试验在湖南农业大学试验基地进行,采用随机区组试验,设4次重复,4行区,小区面积13．4m^2。分别于棉花盛花期、吐絮期两个时期,在每个试验小区连续取10株棉株的倒数第4叶和倒数第2叶,测定棉叶的全量N、P、K、B、Cu、Zn、Fe、和Mn的含量。研究结果表明：不同品种花铃期养分含量除P以外均存在显著差异,且变化趋势基本一致,均以NZ62含量最高,H16次之,H64最低,差异达显著水平（P〈5％）。吐絮期不同品种叶片的N、P、K和B含量均不存在显著差异,而Cu、Zn、Mn营养含量均存在显著差异,NZ62比H16和H64高;不同世代花铃期F1棉株叶片的N、K、Cu、Zn、Fe、Mn和B的含量显著高于F2、F3（P〈5％）,而F2、B的含量变化基本一致,F1代棉株对营养元素的吸收与F2、F3代棉株相比具有显著的杂种优势。F2、F3代优势衰退与其叶片营养元素含量减少相符合。但吐絮期不同世代之间没有显著差异。相关分析表明,花铃期棉花叶片含N量、含K量与子棉产量和皮棉产量有显著相关（P〈5％）,而吐絮期的这两个元素的含量与棉花产量无显著相关（P〉5％）。无论是花铃期还是吐絮期,B元素的含量与子棉、皮棉产量的相关均达到极显著水平（P〈1％）。     

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     

转Cry1Ac+Cry2Ab棉对棉铃虫的控制作用及对天敌捕食烟粉虱功能反应的影响

文章以转Cry1Ac基因棉(中棉所41)和常规棉(中棉所49)为对照,研究了转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉(639020)在棉花生长的关键时期——蕾期(二代棉铃虫发生期)、花期(三代棉铃虫发生期)和花铃期(四代棉铃虫发生期)对棉铃虫的控制作用,同时研究了639020棉田主要捕食性天敌(中华草蛉幼虫、龟纹瓢虫、小花蝽和草间小黑蛛)对烟粉虱的捕食功能,明确了639020棉花在生长的关键时期对棉铃虫的控制效果及对棉田主要捕食性天敌捕食功能反应的影响。结果表明,639020棉花对二代和三代棉铃虫具有良好的控制作用,抗虫性分别比中棉所41提高了52.85%和16.22%,其中前者差异达显著水平,后者差异不显著。在棉花蕾期、花期和花铃期,639020棉田棉铃虫落卵量都比中棉所41棉田和中棉所49棉田低(除二代棉铃虫发生期);棉铃虫幼虫数量都极显著低于常规棉,且都低于防治指标,但与中棉所41棉田无显著差异。639020棉田中华草蛉、龟纹瓢虫、小花蝽和草间小黑蛛对烟粉虱的捕食功能与中棉所41棉田和常规棉田相比无显著变化。研究结果以期为新型转基因棉花环境安全性研究及其外源基因的抗虫遗传效应和生产应用前景进行安全性评价。     

转双价基因抗虫棉对土壤微生物群落多样性的影响

采用Biolog技术,研究了不同生育期(30、60、90和120d)转双价(Bt+CpTI)基因抗虫棉SGK321及其亲本非转基因常规棉石远321根际土壤微生物群落多样性变化。结果表明,反映土壤微生物活性的平均颜色变化率(AWCD)呈现出以下变化规律:与亲本常规棉相比,整个培育过程中转双价基因抗虫棉AWCD值除30d显著高于亲本常规棉(P<0.05),其他3个时期均显著低于亲本常规棉(P<0.05)。两种棉花根际土壤微生物群落丰富度指数和优势度指数随棉花生育期的不同而有所不同,4个时期转双价基因抗虫棉均匀度指数与亲本常规棉无显著差异。主成分分析结果表明,转双价基因抗虫棉30d、亲本常规棉60、120d土壤微生物群落碳源利用方式相似,转双价基因抗虫棉60、90、120d与亲本常规棉30d土壤微生物群落碳源利用方式相似。土壤微生物利用的主要碳源为糖类、氨基酸类、羧酸类和聚合物。     

转Bt基因棉和转Bt+CpTI双价基因棉对棉田主要害虫及其天敌种群动态的 影响

2002年4～10月,在北京西北旺中国农科院实验园区系统研究了单价转基因棉GK321（CryIAc）和双价转基因棉SGK321CryIAc+CpTI）对棉田主要害虫及其天敌种群动态的影响。试验设三种处理：单价转基因棉田（单价棉田）、双价转基因棉田（双价棉田）和常规对照棉(石远321)田（常规棉田）。在棉花的整个生育期系统调查棉田主要害虫及其天敌的种群数量。结果表明,单、双价棉田棉铃虫的发生数量都显著低于常规棉田;双价棉抗虫性在棉铃虫第2代发生期和单价棉无差异,但第3代发生期双价棉田内棉铃虫幼虫百株累计量比单价棉田减少了36.6%,抗虫性明显优于单价转基因棉。两种转基因棉田内非靶标害虫的发生量明显高于对照棉田的发生量,每种非靶标害虫在双价棉田和单价棉田发生数量多少因种类而异。双价棉田和单价棉田相比,棉蚜、棉叶蝉和棉粉虱的累计发生数量分别减少了33.0%、50.6%和22.7%,前两种差异极显著,后一种差异不显著;棉蓟马和绿盲蝽分别增加了208.9%和18.4%,前者差异显著,后者差异不显著。大多数天敌（包括捕食性和寄生性）在转基因棉田内发生数量显著低于常规棉田的发生数量。双价棉田内的龟纹瓢虫、棉蚜茧蜂和卵形异绒螨比单价棉田分别减少30.4%、42.8%和46.8%,差异均显著;草蛉卵和蜘蛛比单价棉田分别减少20.0%和27.4%,但差异不显著;双价棉田内的中华草蛉和小花蝽分别比单价棉田增加了27.0%和8.9%,前者差异显著,后者差异不显著。所以,单、双价转基因棉相比,对不同天敌的影响差异较大。     

不同类型品种棉花上棉蚜适生性及种群动态

通过田间调查、室内网罩盆栽苗测定选择性等方法,考察了常规棉（泗棉3号,石远321）、杂交抗虫棉（辽棉19号,鲁棉研18号）、转单价基因抗虫棉（国抗12号,中棉所32）和转双价抗虫棉（SGK321,中棉所41）4种类型8个品种棉花上棉蚜的适生性及种群动态。结果表明： 棉蚜在各棉花品种上的种群动态有明显差异（P<0.05）,单株蚜量以转单价基因抗虫棉中棉32上最高,常规棉泗棉3号上最低,分别为297.81头/株和76.88头/株。棉蚜对4种类型棉花品种的选择性有明显差异（P<0.05）,其中对转单价基因抗虫棉有很强的选择性。根据棉蚜实验种群的参数判断,其在不同品种棉花上的生长发育、存活及繁殖存在显著差异： 若虫发育历期常规棉石远321上最长（6.46天）,双价棉中棉所41上最短（5.75天）; 存活率转单价基因抗虫棉中棉32上最高（88.21%）,双价棉SGK321上最低（76.46%）; 单雌产蚜量杂交抗虫棉辽棉19上最大（44.48头）,双价棉SGK321上最小（33.51头）; 内禀增长率转单价基因抗虫棉中棉32上最高（0.3695）,双价棉中棉所41上最低（0.3389）。综合评价,棉蚜的生存和繁殖适合性在转单价基因抗虫棉上最高,在双价棉上最低。     

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。     

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。     

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％）。     

转双价基因(Bt+CpTI)棉对棉铃虫中肠羧酸酯酶活性的诱导作用

为了明确棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)取食转双价基因(Bt+CpTI)棉叶以及取食一段时间转基因棉叶后,再取食常规棉叶,对棉铃虫取食量、体重增长量及中肠羧酸酯酶活性的影响,本研究分别用转双价基因棉叶和常规棉叶饲喂4龄棉铃虫幼虫5 d,比较考察了棉铃虫的取食量、体重增长量及中肠羧酸酯酶的活性;另外分别考察了棉铃虫取食转基因棉叶1 d及3 d后再取食常规棉叶,其中肠羧酸酯酶的变化。结果表明,持续取食常规棉花叶片5 d的棉铃虫,其中肠羧酸酯酶的活性持续升高;而持续取食转基因棉叶5 d的棉铃虫,其中肠羧酸酯酶的活性先升高后降低。取食转基因棉花叶片1 d后,取食常规棉叶的棉铃虫,其中肠羧酸酯酶的活性,随着换取常规棉叶时间的延长,活性逐渐降低;而棉铃虫在取食3 d转基因棉叶后再取食常规棉叶,其中肠羧酸酯酶活性却一直保持较高。可见,棉铃虫在取食转基因棉花后,其羧酸酯酶活性可以被诱导,这应与棉铃虫对转基因棉的抗性及防御性有一定关系。     

Expression of Bt cry1Ac in transgenic oilseed rape in China and transgenic performance of intraspecific hybrids against Helicoverpa armigera larvae

The expression of a synthetic Bacillus thuringiensis ( Bt ) cry1Ac gene in oilseed rape (OSR, Brassica napus ) was monitored under field conditions in China, and performance against Helicoverpa armigera larvae was compared in intraspecific hybrids with a Chinese OSR variety. Leaf samples from transgenic OSR were collected at various developmental stages in two separate field experiments. The Bt Cry1Ac concentrations in the third uppermost leaves increased before pod formation stage and either increased or decreased after pod formation stage whereas the total soluble protein increased before and decreased after pod-fill in the later growing season. Spontaneously formed intraspecific hybrids between transgenic OSR and a Chinese conventional OSR were obtained in the field and transgenic status was confirmed by a green fluorescent protein (GFP) phenotype and polymerase chain reaction. A bioassay on the neonate larvae of a susceptible strain of H.   armigera was performed to test the efficacy of Bt Cry1Ac toxin in hybrid OSR plants. Both the original transgenic OSR and hybrid plants had a negative effect on body-weight gain of insect larvae. It was assumed that Bt Cry1Ac toxin concentration was similar in hybrids compared to the original transgenic OSR at the investigated developmental stages. The frequency of hybrid production and volunteerism could potentially enhance the evolution of insect pest tolerance in the field.     

转GAFP基因棉花生态适合度及其对棉田昆虫群落的影响

新型转基因棉花生态适合度及其对棉田昆虫群落的影响是转基因棉花环境安全评价的重点内容.本文选用新型转GAFP(Gastrodia anti-fungal protein)基因棉花及其非转基因亲本棉花为试验材料,于2013和2014年在河南安阳研究了田间棉花生态适合度及其对昆虫群落的影响.结果表明: 转基因棉蕾期、花铃期和铃期叶片干物质量与其亲本无显著差异;苗期比叶面积显著低于亲本,蕾期、花铃期和铃期叶面积显著大于亲本;苗期株高显著低于亲本,蕾期、花铃期和铃期株高与亲本无显著差异;棉花生长的4个关键时期(苗期、蕾期、花铃期和铃期),转基因棉单株果枝数、蕾数和脱落数均与亲本无显著差异,而铃期单株大铃数显著低于亲本.棉铃虫发生的3个高峰期,转基因棉对棉铃虫和甜菜夜蛾无明显控制作用,且对棉田昆虫群落、害虫亚群落和天敌亚群落的昆虫个体总数、昆虫群落结构与组成、均匀性指数、多样性指数和优势集中性指数均无显著影响.表明外源基因GAFP导入后,新型转基因棉花营养生长增强,产量构成性状整体无显著变化,未引起棉田昆虫群落变化.研究初步明确了新型转基因棉花生存竞争势态和棉田昆虫群落发生规律与动态,可为新型转基因棉花环境安全评价提供理论依据,同时为转基因棉花环境安全评价积累科学数据.     

除草剂草铵膦对转基因抗草铵膦棉花生长发育的影响

【背景】草铵膦是继草甘膦之后又一种高效、广谱、低毒的非选择性除草剂,有望成为我国转基因抗除草剂棉花的主要靶标之一。目前,在抗草铵膦棉花的不同生育期使用草铵膦是否影响棉花生长发育尚不清楚。【方法】分别在抗草铵膦棉花子叶期、3~4片真叶期、现蕾期、盛花期喷施草铵膦,单次施药量分别为900和1800 g·hm-2,每个处理小区面积25.6 m2。分析草铵膦对花粉育性、棉花生长、产量及纤维品质的影响。【结果】喷施草铵膦对棉花盛花期的花粉活力、株高、茎直径、产量因子、纤维品质等各项参数均无显著性影响,在子叶期使用1800 g·hm-2的高剂量浓度处理时,籽指水平显著低于空白对照处理。【结论与意义】转基因抗草铵膦棉花对900、1800g·hm-2的草铵膦具有较好的耐受性。本研究为转基因抗草铵膦棉花的环境安全性评价提供了依据。     

转基因抗虫抗除草剂棉花对棉铃虫抗性及对草甘膦耐受性研究

本论文研究了抗虫又抗除草剂棉花对草甘膦的耐受程度,比较了这一双抗性状的棉花与单抗虫棉的抗虫效果。结果表明,抗虫又抗除草剂棉花对草甘膦有较好的耐受性,四叶期喷施草甘膦后抗虫抗除草剂棉花可以安全生长,蕾期喷施草甘膦对棉花的开花率和结铃率有影响。抗虫又抗除草剂棉花和单抗虫棉对棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)均具有较好的防治效果,苗期棉花叶片对棉铃虫防治效果最好,后期防治效果下降到49.2%和46.6%,吐絮期防治效果又上升到57.0%和53.1%。     

转CBF_1基因棉花的耐旱生理研究

以转CBF_1基因棉花及其野生型棉花为材料,设置轻度(900 mL)、中度(400 mL)、重度(300 mL)和对照(1 200mL)浇水处理的不同干旱胁迫和复水处理,考察各种处理后对盆栽植株不同部位叶片光合性能和离体叶片在暗处理条件下叶绿素含量的变化,以及在大田苗期、蕾期、花期、铃期断水胁迫对棉花产量的影响,为转基因抗旱棉花新品种的培育提供理论依据。结果表明:(1)在盆栽试验中,随着干旱胁迫时间的延长和复水3d处理,各浇水处理的转基因和野生型棉花叶片净光合速率(P_n)、原初光能转化效率(F_v/F_m)表现出先降低后增加的变化趋势,受到胁迫后对顶部叶片的影响比中部叶片大,且转基因棉花叶片保留数量显著高于野生型棉花;它们的离体叶片叶绿素a、叶绿素b的含量随着干旱胁迫时间的延长而逐渐下降,但转基因棉花的下降速率显著低于野生型棉花。(2)在田间试验的苗期、蕾期、花期、铃期干旱胁迫下,各干旱胁迫处理的转基因植株的皮棉产量、衣分、种子质量、株高均显著高于野生型棉花;转基因棉花的籽棉产量分别比正常灌溉处理降低了78.4%、55.1%、12.7%、8.3%,野生型棉花则分别降低了80.4%、55.4%、19.2%、14.4%,不同时期的水分胁迫严重影响了棉花籽棉产量,但是转基因棉花的籽棉产量显著高于野生型棉花。研究认为,在不同干旱胁迫条件下,转CBF_1基因棉花表现出优良的生长和生理优势,可提高棉花的耐旱性。     

Bt棉叶对棉铃虫抗虫性的时空变化及气象因素的影响

用叶片喂饲法,测定了转Bt基因棉不同叶位、不同生长时期的叶片对棉铃虫初孵幼虫抗虫性的时空变化,同时测定了大田和室内不同气象条件下生长的侧枝和苗期叶片对棉铃虫抗虫性的影响。结果表明：转Bt基因棉R₁₉-137株系主茎第2～10叶的抗虫性最高,初孵幼虫处理5天后的平均死亡率为97.0%～100%,为害级别在1.0～1.1级;第11～16叶的抗虫性明显下降,平均死亡率为35.6%～67.6%,存活幼虫以2龄为主。7月下旬、8月下旬测定了不同部位侧枝叶片的抗虫性,平均死亡率分别为30.9%～44.9%和10.0%～30.0%,抗虫效果进一步下降。试验结果还表明,在室内外不同气候条件下生长的Bt棉叶片的抗虫性有显著差异。讨论了Bt棉抗虫性时空变化的可能原因与Bt棉推广中气候条件的重要性。