高温对Bt棉盛蕾期蕾中Bt蛋白表达及氮代谢生理的影响

以来源于中国的Bt棉品种泗抗1号(常规种)、泗抗3号(杂交种)和来源于美国的Bt棉品种99B(常规种)、岱杂1号(杂交种)为材料,研究了不同高温对Bt棉盛蕾期蕾中Bt蛋白表达量变化及氮代谢生理特征的影响.结果表明: 与对照(32 ℃)相比,在38 ℃以上高温时,4个品种棉蕾中Bt蛋白表达量均显著下降,且随温度升高,Bt蛋白含量下降幅度增大.杂交种棉蕾中Bt蛋白表达量要高于常规种,且受高温影响较小.Bt杀虫蛋白表达量下降幅度大的品种,其可溶性蛋白含量、谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)活性、谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)活性下降幅度也大,游离氨基酸含量、蛋白酶活性、肽酶活性增加幅度较大.     

不同生育期转Bt基因棉种植对根际土壤微生物的影响

 在盆栽种植条件下,比较研究了两个转Bt基因棉(Gossypium hirsutum)与对照棉对根际土壤细菌、放线菌、真菌和主要功能类群及多样性的影 响差异。结果表明：两个转Bt基因棉根际土壤均可检测到Bt蛋白,且不同转Bt基因棉根系分泌Bt蛋白量以及Bt蛋白在根际土壤中的降解率不同 。与各自对照相比,转Bt基因棉对细菌和真菌生长繁殖有促进作用,对放线菌、好气固氮菌和钾细菌数量没有显著影响。苗期和花期转Bt基因 棉均可显著提高氨化细菌、显著降低无机溶磷菌数量,花期均可显著提高好气纤维分解菌、显著降低有机溶磷菌数量,‘Bt冀668’苗期也可显 著提高好气纤维分解菌数量。转Bt基因棉根际土壤好气纤维分解菌、有机和无机溶磷菌多度发生了变化。尽管功能类群总数转Bt基因棉高于各 自对照常规棉,但群落多样性和均匀度都有所下降,优势集中性表现明显,且花期转Bt基因棉多样性参数值以及功能类群数量的变化幅度大于 苗期。     

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。     

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.     

新疆棉区转Bt基因棉对棉铃虫生物学的影响

棉铃虫Helicoverpaarmigera高龄幼虫取食转Bt基因棉花组织后 ,化蛹率、羽化率、蛹重、体长均有显著下降 ,在转Bt基因棉花上棉铃虫的取食行为也受到较大的影响 ,表现为取食次数明显减少、吐丝下垂次数明显增加 ;无论是转Bt基因棉花还是常规棉花 ,棉铃虫 3龄幼虫主要分布于繁殖器官上 ,在转Bt基因棉花各繁殖器官上的分布概率为 :花 >棉铃 >棉蕾 ,常规棉花上分布概率为 :棉蕾 >棉铃 >花 ;棉铃虫高龄幼虫取食转Bt基因棉花各组织 ,成虫羽化后产卵量、卵孵化率均有明显下降 ;在较低的棉铃虫虫口密度下 ,转Bt基因棉花对棉铃虫有一定的产卵排趋性。     

转Bt基因棉对棉大卷叶螟种群动态的影响

2年的研究发现,棉大卷叶螟SyleptaderogataFabricius的种群数量在不同棉花品种田均呈现上升趋势,但转基因抗虫棉“国抗2 2”的为害程度及百株虫量均小于亲本对照棉“泗棉3号”,其差异达显著或极显著水平;该虫的室内饲养结果表明,2个棉花品种均有利于棉大卷叶螟的增殖,但“国抗2 2”对棉大卷叶螟的抗性明显优于“泗棉3号”,且对棉大卷叶螟成虫存在一定的产卵排斥效应。     

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.     

落叶松人工林施肥对土壤酶和微生物的影响

以落叶松(Larix gmelinii)二代1年、一代14年和34年人工林为研究对象,对林地进行了不同施肥实验处理．结果表明,施肥能不同程度地促进或抑制土壤酶活性和土壤微生物数量,尤其是对根际土壤生理活性影响效果更为明显．相同处理对不同发育阶段土壤酶活性和土壤微生物数量的影响效果不同．二代1年生幼林地最佳施肥方案是处理9,其土壤过氧化氢酶活性、蛋白酶活性、多酚氧化酶活性、脲酶活性、蔗糖酶活性、微生物总量、细菌数量、放线菌数量和真菌数量分别比对照提高413.49％、22．10％、20．56％、220．00％、49．46％、238．88％、247．24％、106．70％和366．67％;一代34年生最佳施肥方案是处理5。根际与非根际土壤过氧化氢酶、蛋白酶、多酚氧化酶、脲酶和蔗糖酶活性、微生物总量、细菌数量、真菌数量分别比对照提高30．44％、16．91％、0．22％、43．06％、124．18％、119．92％、87．66％、17．57％、24．55％、77．01％、168．62％、251．85％、183.33％、250．0％、38．24％和128．57％;一代14年生幼龄林需要适量的氮肥和有机无机混合肥,较理想的施肥方案为处理2和处理9,处理2根际与非根际土壤过氧化氢酶活性、蛋白酶活性、脲酶活性分别比对照提高44．39％、94．83％、4．62％、13.98％、10．70％和129．76％．处理9根际与非根际土壤微生物总量、细菌数量、真菌数量分别比对照增加176．49％、266．63％、198．04％、275．56％、66.67％和143．75％．     

转CpTI-Bt基因棉和转Bt基因棉对棉铃虫幼虫存活、生长及营养利用的影响

2000年7月中旬和8月中旬, 分别测定了采自田间的转CpTI-Bt基因双价抗虫棉（SGK321, 以下简称CpTI-Bt棉）和转Bt基因抗虫棉（中30,以下简称Bt棉）对棉铃虫Helicoverpa armigera幼虫存活、生长的影响。结果表明：7月中旬两种转基因抗虫棉抗虫效果均较好,尤其是CpTI-Bt棉棉叶和花瓣对4龄幼虫3天内致死率为92%以上;8月中旬两种转基因棉的抗虫活性均明显降低,且Bt棉的杀虫活性显著低于CpTI-Bt棉,其幼虫死亡率与对照受体棉中16的死亡率之间无显著差异,仅显著抑制了幼虫的生长;石远321(SGK321受体品系)的花瓣具有一定的抗虫活性,可显著降低取食幼虫的体重,甚至造成部分幼虫死亡; CpTI-Bt棉中,花瓣和棉叶的抗虫性明显高于蕾和铃心。对5龄幼虫取食棉铃1日后的营养指标测定结果显示： 两种转基因抗虫棉处理的幼虫相对生长率和相对取食量均显著低于石远321,但两者之间无显著差异; CpTI-Bt棉处理的幼虫近似消化率显著低于石远321和Bt棉,但其食物利用率显著高于石远321和Bt棉。     

湖北棉区转Bt基因棉对棉铃虫的控制作用

2000-2001年通过田间系统调查,表明转Bt基因棉（品种为GK19）在湖北江汉平原棉区对棉铃虫抗性稳定。试验设3个处理：转Bt基因棉化防田（使用化学农药控制害虫）、转Bt基因棉自控田（依靠天敌控制害虫）及常规棉对照田（利用综合防治措施控制害虫）。从棉铃虫的第2代到第5代整个发生期内,即使在不进行化学防治的情况下,棉铃虫在Bt棉田的发生量也保持在极低的水平(最高百株虫量为12头)。室内饲养结果表明,转Bt基因棉对棉铃虫的生长发育（幼虫体重、蛹重）有较为明显的影响,使6龄幼虫体重减少25.6%,蛹重减少18.2%。棉铃虫幼虫取食转Bt基因棉组织后,发育迟缓,相对于常规棉喂养的整个发育历期延长17 d,使棉铃虫在田间的危害减少至少一个世代。另外,接虫试验表明,棉铃虫幼虫在常规棉上的取食时间是转Bt基因棉株上的6.1倍,极大地减轻了棉铃虫的危害程度。     

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。     

基于蛋白质组学的高温干旱下Bt棉杀虫蛋白表达下降机制

研究高温干旱对Bt棉杀虫蛋白含量的影响及其蛋白质表达差异,可为Bt棉抗虫性安全表达提供理论参考.本研究以转基因抗虫棉泗抗3号为材料,设计38 ℃、土壤含水量为最大持水量40%处理(HD)和32 ℃、最大持水量60%处理(CK).使用非标定量(label-free)蛋白质组学技术分析HD处理后Bt棉棉铃中蛋白表达差异.结果表明:与CK相比,HD处理后Bt棉棉铃中杀虫蛋白下降了38.2 ng·g^-1 FM,且差异达到显著水平.HD处理有83种蛋白质比CK显著或极显著上调,104种蛋白质显著或极显著下调;新出现蛋白质122种,不表达167种.京都基因和基因组百科全书通路分析表明,两者的差异蛋白富集通路有14条受到显著影响,其中与Bt棉杀虫蛋白合成有关的通路可能有3条,分别为碳水化合物消化吸收、蛋白外运、内质网的蛋白质加工等.碳水化合物消化吸收途径中,HD处理后泗抗3号水解淀粉能力上升,但催化已糖、葡萄糖、果糖磷酸化能力下降;蛋白质外运通路中,HD处理后肽链合成未受明显影响,但合成的肽链向内质网内转移加工过程受到限制;内质网蛋白质加工通路中,HD处理棉铃中泛素介导的蛋白酶体降解能力加强.     

转Bt基因抗虫棉叶面可培养微生物多样性的变化

在大田栽培条件下,以转Bt基因抗虫棉GK-12和常规棉泗棉3号为材料,在棉花的苗期、现蕾期、花铃期和吐絮期分别测定棉花叶面细菌、真菌和放线菌的数量变化,并在花铃期和吐絮期对叶面细菌生理群的数量和多样性进行分析.结果表明：棉花叶面可培养微生物数量与其生长发育呈正相关,叶面可培养微生物的数量一般由苗期开始增多,到花铃期达最高峰,吐絮期明显减少;花铃期转Bt基因抗虫棉叶面细菌生理群Simpson指数、Shannon-Wiener指数和均匀度比常规棉升高,吐絮期比常规棉下降.     

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.     

Effects of transgenic Bt cotton on overwintering characteristics and survival of Helicoverpa armigera

The effects of transgenic Bt cotton on the overwintering generation of the cotton bollworm, Helicoverpa armigera (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae), are unknown. We hypothesized that a Bt cotton diet may adversely affect fitness of this generation and examined fresh weight, lipids, glycogens, low-molecular-weight sugars and SCPs (supercooling points) of pupae, as well as survival of larvae, diapausing pupae and adult emergence in comparison with controls. Field and laboratory experiments showed that larvae fed on Bt cotton had a decreased pupation rate, and fewer entered diapause and emerged as adults compared with larvae fed non-Bt cotton. Furthermore, larvae fed Bt cotton had reduced pupal weight, glycogen content and trehalose levels both in diapausing and in non-diapausing pupae, and only diapausing pupae had an increased SCP compared to controls. The SCPs of diapausing pupae reared on Bt cotton were significantly higher than those reared on non-Bt cotton. The trehalose levels of diapausing pupae reared on Bt cotton were significantly lower than those of larvae reared on non-Bt cotton. Thus, these results suggest that a Bt cotton diet weakens the preparedness of cotton bollworm for overwintering and reduces survival of the overwintering generation, which will in turn reduce the density of the first generation in the following year. Effects of transgenic Bt cotton on the overwintering generation of cotton bollworm appear to have significantly contributed to the suppression of cotton bollworm observed throughout northern China in the past decade.     

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     

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。