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。     

中华草蛉、龟纹瓢虫和异色瓢虫对B型烟粉虱的捕食功能反应

室内研究了中华草蛉Chrysopa sinicaTjeder、龟纹瓢虫Propylaea japonica(Thunberg)和异色瓢虫Leis axyridis(Pallas)对B型烟粉虱Bemisiatabaci(Gennadius)若虫的捕食功能反应和寻找效应。结果表明,3种天敌成虫和幼虫的捕食量均随着猎物密度的增加而上升,当猎物增加到一定水平,捕食量趋向稳定,捕食功能反应曲线符合HollingⅡ型方程。异色瓢虫、中华草蛉和龟纹瓢虫成虫和幼虫对烟粉虱若虫的捕食量差异显著,理论最大日捕食量分别为417,263,156头和625,238,108头。3种天敌对烟粉虱若虫的寻找效应随着天敌密度的增加而下降,干扰作用逐渐增强,其寻找效应表现为龟纹瓢虫(0.5656)>异色瓢虫(0.4371)>中华草蛉(0.4029),对烟粉虱的控制能力表现为异色瓢虫>龟纹瓢虫>中华草蛉。     

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。     

Bt毒蛋白在转Bt基因棉中的表达及其在害虫-天敌间的转移

以常规棉泗棉3号作为对照,采用酶联免疫生测法（ELISA）和室内生物测定法,研究了转Bt基因棉新棉33B和GK-12不同组织器官中Cry1Ac或Cry1Ab毒蛋白的表达及其向靶标害虫（棉铃虫）、非靶标害虫（棉蚜）以及天敌（龟纹瓢虫）的传递和影响。研究结果表明,新棉33B各组织器官中Bt毒蛋白的表达量较高,为79.7～1 390.0 ng/g鲜重,GK-012较低为165～2640 ng/g鲜重。在花盛期,新棉33B各组织器官中Bt毒蛋白的表达量依次为：柱头、花 >子房、花瓣>群尖;而5～7叶期的初展嫩叶、现蕾初期的幼蕾及花铃期的幼铃表达量相当,而且与花盛期群尖的表达量没有明显区别。同样处于花盛期的GK-12,其各组织器官中Bt毒蛋白的表达量依次为：花药>柱头>花瓣>群尖>子房;而5～7叶期的初展嫩叶、现蕾初期的幼蕾及花铃期的幼铃表达量相当,而且与花盛期群尖的表达量没有明显差异。常规对照棉的幼铃、花药、柱头以及子房中痕量Bt毒蛋白的存在可能与传粉昆虫等的活动有关。在转Bt基因棉田采集的棉蚜和棉铃虫老龄幼虫,其体内均可检测到Bt毒蛋白;在新棉33B棉田采集的龟纹瓢虫幼虫和成虫体内也可检测出Bt毒素。当以Bt棉田的棉蚜饲喂龟纹瓢虫时,龟纹瓢虫的生长发育、存活以及繁殖等基本没有受到影响。     

烟粉虱天敌日本刀角瓢虫的捕食行为

研究了日本刀角瓢虫雌成虫和幼虫捕食粉虱时的各种行为时间分配.结果表明,日本刀角瓢虫成虫的捕食行为可分为爬行、取食、清洁、静息、整翅和排泄6个部分.饥饿后的日本刀角瓢虫幼虫捕食烟粉虱卵时,幼虫各龄期间的取食和爬行时间无显著差异,对烟粉虱卵的处置时间随瓢虫幼虫虫龄的增大而缩短.日本刀角瓢虫雌成虫捕食烟粉虱卵时,饥饿后的雌成虫用于取食的时间显著长于非饥饿的雌成虫,而用于清洁、静息和爬行的时间显著短于非饥饿的雌成虫;饥饿后的瓢虫雌成虫对卵的处置时间显著长于非饥饿的雌成虫.饥饿后的日本刀角瓢虫雌成虫捕食烟粉虱若虫时,瓢虫雌成虫的取食时间随烟粉虱若虫虫龄的增大而增加,清洁和静息时间随烟粉虱若虫虫龄的增大而缩短,对若虫的处置时间随烟粉虱若虫虫龄的增大而增加.     

转Bt基因作物对蚯蚓影响研究进展

转苏云金杆菌杀虫蛋白(Bt)基因作物的商品化种植可能对土壤生态系统产生不利影响是近10年来颇有争议的问题.转Bt基因作物可通过多种方式向土壤中释放苏云金杆菌杀虫蛋白即Bt蛋白,从而引起土壤生物和生态系统基本功能的变化;蚯蚓可加快动植物残体的降解,促进有机质的分解和矿化,与其他土壤生物相比,蚯蚓对某些污染物更敏感.本文从研究中用到的蚯蚓种类、采用的实验方式、研究的科学问题等方面综述了转Bt基因作物对土壤动物蚯蚓影响的研究进展,并对转Bt基因作物对土壤动物蚯蚓影响研究的发展趋势进行了展望,旨在为转Bt基因作物对非靶标土壤动物的影响提供参考,进而为全面评价转Bt基因作物对土壤生态系统的影响提供依据.     

外源基因导入对棉花烟粉虱种群的影响

以转基因棉花和对应的常规棉花亲本为材料,探讨外源基因导入对棉花烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadius)种群的影响。结果表明,在转基因棉花GK12、33B、SGK上,烟粉虱从卵发育到成虫羽化的历期分别为15.56、15.35和15.25 d,较对应的常规棉亲本SM3(19.38 d)、33(20.81 d)、SY321(18.76 d)分别短24.55%、26.23%、18.71%;GK12和33B棉花上烟粉虱的存活率(69.16%)分别较对应的常规棉亲本SM3(54.76%)和33(64.91%)高26.29%和12.81%,而SGK(63.21%)上烟粉虱的存活率与对应的常规棉亲本SY321(62.61%)之间差异不显著;烟粉虱在GK12(84.00)和33B(77.25)上的产卵量分别较SM3(62.25)、33(70.00)高34.93%和10.35%,但SGK和SY321之间差异不显著;在转基因棉花GK12、33B、SGK上,烟粉虱的雌雄性比分别比对应的常规棉亲本高26.71%、46.23%和19.17%。结果表明,外源基因导入后,有助于烟粉虱的发育,提高了烟粉虱的产卵量和雌雄性比,从而促进了烟粉虱种群的上升。     

烟粉虱天敌沙巴拟刀角瓢虫与越南斧瓢虫的捕食行为比较

在实验室条件下研究了沙巴拟刀角瓢虫Serangiella sababensis Sasaji与越南斧瓢虫Axinoscymnus apioides Kuzne tsov and Ren对烟粉虱Bemisia tabaci(Genna dius)卵的捕食行为及各种行为的时间分配。2种瓢虫的捕食过程非常相似,大致可以分为搜寻、取食、清洁、静息、整翅和排泄6个部分。在整个捕食过程中,沙巴拟刀角瓢虫在饥饿状态下,其各行为所占的时间为爬行时间>取食时间>静息时间>清洁时间>猎物处置时间,而在非饥饿状态下,各行为所占的时间为爬行时间>静息时间>取食时间>清洁时间>猎物处置时间;对于越南斧瓢虫来讲,饥饿状态下各行为所占的时间比例为爬行时间>静息时间>取食时间>清洁时间>猎物处置时间,而在非饥饿状态,越南斧瓢虫用在取食方面的时间很少,仅长于处置猎物的时间。2种瓢虫相比,沙巴拟刀角瓢虫用在爬行和取食方面的时间要比越南斧瓢虫长,而用在静息和清洁方面的时间比越南斧瓢虫短。     

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。     

Cry2Ab蛋白对龟纹瓢虫的安全性研究

【目的】转基因作物对非靶标昆虫的影响是转基因作物环境安全评价的重要内容,研究Cry2Ab蛋白对龟纹瓢虫的影响,对转基因作物的环境安全评价具有重要意义。【方法】采用实验动物学、分子生物学等方法,研究Cry2Ab蛋白对龟纹瓢虫发育历期、成虫体重、雌雄比例及体内氨基酸种类和含量的影响。【结果】与蔗糖对照组相比,Cry2Ab蛋白对龟纹瓢虫不同龄期的发育历期、成虫体重和雌雄比例均无明显差异,对体内氨基酸种类和含量也没有显著差异。【结论】Cry2Ab蛋白对龟纹瓢虫的生长发育及代谢无显著影响。     

B型烟粉虱对寄主转换的适应性

将B型烟粉虱分别从嗜性较强的番茄上转移到嗜性相对较弱的国抗22棉花、泗棉3号棉花和辣椒上, 以及从嗜性较弱的辣椒上转移到嗜性相对较强的番茄、国抗22棉花和泗棉3号棉花上, 观察寄主转移后的F₁代、F₂代、F₃代烟粉虱产卵效应和寄主适应度的变化;将F₄代烟粉虱再转移到原寄主, 观察烟粉虱产卵效应和寄主适应度的恢复情况。结果表明, 烟粉虱在不同嗜性寄主上的产卵效应存在明显的差异。在不同嗜性的寄主之间转移, 烟粉虱的寄主适应度变化趋势不同, 从嗜性较强的寄主转移到嗜好性相对较弱的寄主上, 烟粉虱的寄主适应度迅速下降;从嗜性较弱的寄主向嗜性较强的寄主转移后, 烟粉虱的适应度则会迅速提高。烟粉虱对新寄主的适应速度与其对原寄主和新寄主之间的嗜性差异程度有关, 但一般经过1-2个世代后, 产卵效应会逐渐恢复到烟粉虱在该寄主上的正常水平。从过渡寄主转移到原寄主, 烟粉虱的寄主适应度变化符合一般的寄主转移规律, 但嗜性相对较强的过渡寄主可以刺激烟粉虱提高寄主适应性。     

B型烟粉虱对23种寄主植物适应度的评估和聚类分析

本文利用前期开发的两个寄主植物适应度评估模型对B型烟粉虱能够完成发育的23种寄主进行了寄主适应度评估,并对评估结果进行了聚类分析,分析结果显示供试烟粉虱种群存在明显的寄主偏好性,黄瓜与甘蓝为嗜好寄主,繁殖力大,若虫成活率高,非常有利于烟粉虱的种群发育;而其它寄主在营养状况、物理性状及次生化合物的综合作用下,烟粉虱的寄主植物适应度变化较大且整体低于嗜好寄主,结果暗示烟粉虱的寄主生态位可能存在从核心到周缘的分层现象。比较了两个评估模型的分析结果,虽然在低层聚类中存在差异,但高层聚类的结果趋于一致。     

不同作物田烟粉虱发生的时空动态

2008～2009年连续2年系统调查了番茄、茄子、棉花、大豆、玉米等寄主植物上烟粉虱种群发生的时间与空间动态。结果表明：不同寄主植物上的烟粉虱成虫及其伪蛹数量有显著性差异,其密度大小依次为：茄子>棉花>番茄>大豆>玉米。其中,在玉米上除了发现极少量的成虫逗留外,没有发现烟粉虱的卵及若虫。在发生的时间序列上,烟粉虱成虫及伪蛹的数量呈现为先逐渐上升后又下降的变化过程,发生高峰期集中在8月5日到8月31日,9月初以后烟粉虱数量慢慢减少。在空间分布上,表现为烟粉虱成虫喜食寄主的上部叶片。统计分析显示,寄主对烟粉虱成虫和伪蛹的数量的影响极显著,而年份对其数量的影响没有显著差异。由此得出的烟粉虱发生和达到高峰的时间,可为烟粉虱预测预报和区域性综合治理提供重要理论依据。     

蜡蚧轮枝菌毒素对温室中烟粉虱种群控制作用的评价

在室内测定蜡蚧轮枝菌毒素对烟粉虱种群干扰作用基础上,通过分别组建蜡蚧轮枝菌毒素和化学杀虫剂作用下的烟粉虱第5、6代自然种群生命表,采用种群趋势指数（I）和干扰作用控制指数（IIPC）分析法,比较蜡蚧轮枝菌毒素和化学杀虫剂对茄子上烟粉虱的防治效果,评价蜡蚧轮枝菌毒素对烟粉虱的防治作用。结果表明,毒素对烟粉虱室内种群的干扰作用主要表现在对成虫的忌避作用和对若虫的毒杀作用;温室大棚中施用400mg／L的蜡蚧轮枝菌毒素,对烟粉虱第5代和第6代的控制指数IIPC分别为0．064和0．023,连续施用毒素后,第6代种群趋势指数Ⅰ为0．68,烟粉虱种群基本得到控制;温室大棚中施用重量10％吡虫啉可湿性粉剂（稀释1000倍）,对烟粉虱第5代和第6代的控制指数IIPC分别为0．44和1．01,化防区第5代的I为12．95,第6代的I为30．23,分别为对照区的0．44倍和1．01倍,连续使用化学杀虫剂,容易造成烟粉虱再猖獗。重要因子分析揭示毒索比化学杀虫剂更利于温室烟粉虱种群控制。     

施氮方式对转基因棉花Bt蛋白含量及产量的影响

为研究氮肥运筹对棉花叶片、棉蕾和棉铃不同器官中Bt蛋白含量的影响,2009—2010年,以抗虫杂交棉中棉所72为试验材料,在大田条件下进行了不同基肥：花铃肥：盖顶肥施氮比例（分别为0:0.4:0.6、0.2:0.4:0.4、0.4:0.4:0.2、0.6:0.4:0）的试验。结果表明,施氮方式对棉花不同器官中Bt蛋白含量有明显影响。总体表现为随着氮肥前移,棉花幼嫩器官中Bt蛋白含量呈明显增加的趋势,而老熟器官中Bt蛋白含量呈明显降低的趋势。施氮方式对棉花幼嫩器官中Bt蛋白含量的影响比老熟器官明显,尤其是对幼嫩叶片Bt蛋白含量的影响大于幼小的棉蕾和棉铃器官。抗虫棉采用基肥：花铃肥：盖顶肥为0.4:0.4:0.2的施氮方式,总体能提高前中期棉花器官Bt蛋白的含量,有利于提高其抗虫性能;减少后期棉花器官Bt蛋白的含量,减轻对环境的压力;而且比其余3种施氮方式的籽棉产量和皮棉产量分别增加4.15%—11.24％、3.73%—12.01%。     

Increasing tolerance to Cry1Ac cotton from cotton bollworm, Helicoverpa armigera, was confirmed in Bt cotton farming area of China

Abstract.  1. Changes in the frequency of Cry1Ac resistance genes and shifts in tolerance of cotton bollworm, Helicoverpa armigera , to the Cry1Ac toxin were assessed using bioassays of F₁ and F₂ offspring of isofemale lines from Anci County of Hebei Province (a multiple-crop system including corn, soybean, peanut, and Bt cotton) and Xiajin County of Shandong Province (an intensive Bt cotton planting area) in Northern China during 2002–2005.
2. A conservative analysis of the overall results indicated that there was a small increase in the frequency of major, non-recessive resistance genes over time.
3. The relative average development ratings [RADR – growth rate of a line on a Bt diet in proportion to the growth rate on a non-Bt (NBT) diet] of the bollworm larvae in F₁ tests increased significantly from year to year, indicating a gradual trend towards higher tolerance to Cry1Ac in the field populations.
4. There were also significant positive correlations between RADR of the lines in the F₁ generation and the RADR of their F₂ offspring, indicating that the tolerance was genetically based.
5. Quantitative genetic simulation analysis showed that resistance of H . armigera to Bt cotton in Xiajin could evolve to a high level in 11–15 years if no effective resistance management measures are carried out.     

转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉对棉蚜生命表参数及种群动态的影响

为研究新型转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉对棉蚜Aphis gossypii Glover生命表参数及种群动态的影响。2010—2011年以常规棉中棉所49为对照,对新型转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉在室内进行了生物测定和田间进行了系统的调查。结果表明,和常规棉相比,转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花上棉蚜的净增值率降低81.69%,差异达显著水平;内禀增长率和周限增长率分别降低65.00%和13.01%,但差异不显著;平均世代周期和种群加倍时间分别增加5.54%和154.19%,后者差异达显著水平。和常规棉相比,2010年转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花百株苗蚜、伏蚜和秋蚜的数量分别降低10.79%、37.18%和17.49%,差异均未达显著水平;2011年转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花百株苗蚜的数量增加2.03%,伏蚜和秋蚜的数量分别降低37.41%和64.03%,差异均未达显著水平。     

转Cry1Ac+Cry2Ab棉花生长势及其对棉田节肢动物物种丰富度的影响

【背景】转基因棉花在商业化种植之前,必须评价其环境安全性。其中新型棉花材料的生存竞争能力和对物种丰富度的影响是评价的重要内容。【方法】以转Cry1Ac＋Cry2Ab基因棉为试验材料,转Cry1Ac棉花中棉所41和非转基因棉花中棉所49为对照品种,分别于2014年5~9月对棉花株高、主茎叶片数、叶绿素含量、比叶面积、果枝数、蕾铃数等生长参数进行比较,同时对二代、三代和四代棉铃虫发生期棉田物种丰富度进行系统调查。【结果】转Cry1Ac＋Cry2Ab棉花的生长势与转Cry1Ac棉花和非转基因棉花基本相当,没有表现出明显的竞争优势;产量构成参数在成铃和脱落等方面比非转基因棉表现出良好的优势。对棉田节肢动物物种丰富度的影响表明,转Cry1Ac＋Cry2Ab棉花对靶标害虫棉铃虫具有良好的控制效果,对主要刺吸性害虫棉蚜、棉蓟马、烟粉虱、绿盲蝽与天敌龟纹瓢虫、草间小黑蛛、草蛉和小花蝽等的种群丰富度在个别时期有所影响,但总体上与转Cry1Ac棉田和非转基因棉田没有显著性差异。【结论与意义】转Cry1Ac＋Cry2Ab棉花无竞争优势,但目标性状优势较好;对棉田节肢动物物种丰富度无明显影响。研究结果为新型转Cry1Ac＋Cry2Ab棉花对棉田环境安全方面的研究进一步补充了内容,为转基因棉花的环境安全评价提供科学数据。     

不同寄主植物的烟粉虱（Bemisia tabaci）内共生菌传毒相关GroEL蛋白的一致性

通过对7种寄主植物上B型烟粉虱北京种群的内共生菌传毒相关groEL基因进行PCR扩增和测序,结合已有的相关序列,构建了groEL基因及其编码的GroEL蛋白的分子系统树。结果表明：烟粉虱内共生菌产生的groEL基因是一个非常保守的基因,北京不同寄主植物的烟粉虱内共生菌与Israel B型烟粉虱内共生菌的groEL基因亲源关系非常近,位于同一进化分支,其编码的GroEL蛋白的分子系统树也基本上是一致的。不同物种的groEL基因及其编码的GroEL蛋白分别位于不同的分支,说明groEL基因及其编码的GroEL蛋白的分子系统树可以用于分析物种间的进化关系。氨基酸序列比较表明：烟粉虱内共生菌GroEL具有原核GroEL的保守氨基酸、ATP酶活性位点、多肽结合位点和GroES连接位点,为典型的hsp60。不同来源烟粉虱内共生菌GroEL有少数几个保守氨基酸发生了置换,可能不是GroEL功能的重要位点。说明在容易变异的细菌基因组中,groEL基因为了维持其正常重要的生理功能,会通过保持功能位点的稳定性来应对不同生态因素的影响。