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。     

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。     

Bt棉与常规棉根际土壤Bt毒蛋白和植物激素变化动态

通过ELISA法对常规棉（石远321）和转基因抗虫棉（99B、SGK321）根际土壤苏云金芽孢杆菌（Bt）毒蛋白和植物激素含量进行了分析,结果表明抗虫棉根际土壤Bt毒蛋白含量显著高于常规棉,特别是从苗期到盛花期抗虫棉根际土壤Bt毒蛋白含量高出常规棉200-300ng／g。抗虫棉根际土壤中脱落酸（ABA）和生长素吲哚乙酸（IAA）含量变化趋势与常规棉相比表现出较大差异。常规棉与抗虫棉根际土壤中ABA变化趋势表现为相似的单峰曲线,而抗虫棉根际土壤中ABA含量变化幅度明显小于常规棉。在棉花生长发育后期抗虫棉根际土壤中赤霉酸（GA3）含量较高,而常规棉根际土壤中GA,含量升高较抗虫棉早且变化幅度大,在高峰处常规棉高于抗虫棉,低谷时抗虫棉高于常规棉。7月17日常规棉根际土壤IAA含量显著高于抗虫棉,8月27日抗虫棉又大大高于常规棉,其他时期变化不大。上述结果表明,外源Bt基因的插入或表达能引起棉花根际土壤中Bt毒蛋白和植物激素含量的较大改变,这种改变可能会影响到抗虫棉的生长发育,并对环境产生影响。     

转Bt基因棉花对棉铃虫不同龄期幼虫的杀虫活性和抑制生长作用

以我国培育的转Bt基因棉花(简称Bt棉)为材料,系统测定了Bt棉叶片对棉铃虫 Helicoverpa armigera(Hubner)不同龄期幼虫的杀虫活性和抑制生长的作用。结果表明,Bt棉的杀虫活性随着龄期的增大而趋于降低,其中处理3d只对1龄幼虫有较高效果;从1～4龄开始连续取食Bt棉后均不能化蛹,5龄幼虫则能正常化蛹。3龄幼虫取食Bt棉叶3d后的体重与初始体重之比为0.94,而取食常规棉叶的相应比值为5.48,对幼虫生长的抑制作用明显。在28℃条件下用Bt棉饲养棉铃虫1～3龄幼虫3d,对幼虫的致死率显著高于25℃处理,对3龄幼虫抑制生长的作用也显著提高。研究结果可为确定棉铃虫对Bt棉的抗性监测与治理技术以及Bt棉的田间应用技术提供依据。     

盐胁迫对Bt棉棉蕾杀虫蛋白表达的影响

为探讨土壤盐分对转Bt基因抗虫棉棉蕾抗虫性的影响程度,采用盆栽试验,以2个Bt棉品种‘新棉33B’(盐敏感)和‘中07’(耐盐)为试验材料,设置5个土壤盐分水平(0、0.15%、0.30%、0.45%和0.60%), 研究盐分对蕾期Bt棉棉蕾中杀虫蛋白含量、Bt基因相对表达量及氮代谢相关酶和物质代谢的影响.结果表明: 棉蕾中Bt杀虫蛋白含量随土壤盐分的升高而降低,与对照相比(0%),2个不同类型棉花品种在土壤盐分0.30%及以上时,棉蕾中杀虫蛋白含量显著下降,且随土壤盐分水平的升高,Bt 杀虫蛋白含量下降幅度增大.土壤盐分胁迫提高了棉蕾中Bt基因的相对表达量.在相同土壤盐分水平下,盐敏感品种棉蕾中Bt杀虫蛋白含量受土壤盐分影响较大.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)和谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)活性下降幅度较大,游离氨基酸含量、蛋白酶和肽酶活性上升幅度也较高.说明土壤盐分胁迫下,Bt棉棉蕾蛋白质合成能力下降,分解能力增强,可能是导致杀虫蛋白表达量下降的主要原因.     

Bt杀虫蛋白对不同品系棉铃虫和中红侧沟茧蜂生长发育的影响

以棉铃虫Helicoverpa armigera (Hübner)室内敏感品系和田间品系为寄主,研究了亚致死浓度的Bt杀虫蛋白对中红侧沟茧蜂Microplitis mediator (Haliday)生长发育的影响。结果表明： 当寄主一直取食,或者在被寄生前12小时开始取食含Bt杀虫蛋白浓度为0,0.5,1.0, 2.0,4.0,8.0 μg/g的饲料时,与对照相比,中红侧沟茧蜂的卵-幼虫历期延长,茧重和成虫体重降低,成虫寿命缩短,但对茧期没有明显影响。Bt杀虫蛋白能有效抑制两个棉铃虫品系幼虫的生长,显著降低棉铃虫蛹重;当Bt蛋白浓度为4.0 μg/g时,显著降低棉铃虫化蛹率。用转双基因抗虫棉SGK321（表达Cry1A+CpTI蛋白）饲喂两个棉铃虫品系初孵幼虫,室内品系的第2、3、4和5天校正死亡率分别为48.5%、87.8%、96.6%和 95.8%,显著高于田间品系（30.9%、59.6%、80.9%及86.1%）。本研究表明,不论是田间品系还是室内品系,棉铃虫取食含Bt杀虫蛋白的饲料后,对中红侧沟茧蜂的生长发育都具有显著的负面作用。     

转Bt基因抗虫棉田棉铃虫消长规律及危害特点

通过对转 Bt基因抗虫棉田棉铃虫的系统调查研究表明 :(1)转 Bt基因抗虫棉对棉铃虫蛾、卵无抗性表现 ,田间落卵量与常规棉田无明显差异 ,相反 ,二代棉铃虫百株累计卵量倒比常规棉处理区增加了 2 16～ 2 74粒 ,增长幅度为 30 %～ 38% ;(2 )转 Bt基因抗虫棉对二代棉铃虫幼虫的抗性及控制作用较强 ,基本不用进行药剂防治 ,但对三代棉虫幼虫的抗性控制效果明显下降 ,田间 3龄以上幼虫平均达2 0～ 4 0头 /百株 ,多者达 6 0头以上 ,仍需进行必要的药剂防治 ;(3)棉铃虫在转 Bt基因抗虫棉株上的危害特点与常规棉株有明显的差异 ,表现在幼虫和危害症状均较隐蔽 ,不易被发现。     

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。     

土壤盐分对Bt棉铃壳中Bt蛋白含量和氮代谢生理的影响

为探讨土壤盐分对转Bt基因抗虫棉棉铃抗虫性的影响,以2个Bt棉品种‘新棉33B’(盐敏感)和‘中07’(耐盐)为试验材料,设置5个土壤盐分水平(0、0.15%、0.30%、0.45%和0.60%),采用盆栽法研究了不同土壤盐分下Bt棉盛铃期铃壳Bt蛋白含量变化及氮代谢生理特征.结果表明: 铃壳中Bt蛋白含量随土壤盐分的升高而降低,与对照相比(0%),盐敏感型品种在土壤盐分0.15%、耐盐型品种在0.30%以上时,铃壳中Bt蛋白含量显著下降.相同土壤盐分水平下,花后30 d(DPA)铃壳Bt蛋白含量下降幅度明显大于10 DPA.在铃壳Bt杀虫蛋白含量下降显著时,其可溶性蛋白含量明显下降,硝酸还原酶(NR)和谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)活性显著下降;游离氨基酸含量、蛋白酶和肽酶活性在土壤盐分0.30%以上时显著增加.以上结果说明,土壤盐分影响铃壳的氮代谢,从而引起Bt蛋白合成减弱,中度以上土壤盐分水平会引起Bt蛋白分解加强,从而导致杀虫蛋白表达水平进一步下降.     

华北地区棉铃虫对转Bt基因抗虫棉抗性适应的模拟模型

通过对华北地区耕作制度和生态系统的了解,在充分考虑种群遗传学、生物学和人为操纵因子等三大因素的基础上,建立了一个预测棉铃虫对转Bt基因抗虫棉抗性适应的模拟模型。在华北地区典型的耕作制度下,如果所有棉田均为Bt棉,则Bt棉的预期寿命为7年;如果只有春播棉为Bt棉(约占棉田总面积的70%),则其寿命为10年。模型的灵敏度分析表明, Bt棉的使用寿命随抗性基因的显性度、初始抗性频率、Bt棉所占比例等因素的增长而迅速缩短。当Bt棉表达的杀虫蛋白量恰好全部杀死敏感基因型(G_SG_S)个体时,Bt棉的预期寿命最短。由于国外采用的“高剂量/庇护所”抗性治理策略不适用于棉铃虫及华北棉区的耕作制度,我国需要加强对其它抗性治理措施(如转双基因抗虫棉)的研究与应用。     

对二点委夜蛾高毒力苏云金芽胞杆菌的筛选及其基因型分析

【目的】获得对二点委夜蛾Athetis lepigone(M(o|¨)schler)高毒力的苏云金芽胞杆菌(Bt)菌株,寻找对该虫具有特异杀虫活性的蛋白毒素,探索Bt菌株或其杀虫基因应用于二点委夜蛾防治的可行性。【方法】通过生物测定方法比较了36株苏云金芽胞杆菌和一株恶臭假单胞工程菌PHB-cry1Ab对二点委夜蛾幼虫的杀虫活性,同时利用PCR-RFLP方法对这些菌株的基因型进行了分析。【结果】不同Bt菌株对二点委夜蛾幼虫的杀虫活性差别很大,杀虫活性高的菌株都含有cry1Ac基因。饲毒72 h后含单基因的BtHD-73菌株(cry1Ac)对二点委夜蛾2龄幼虫的毒力(LC_(50)值为188.51μg/g)明显高于含多基因的Bt SC-40菌株(cry1Ac,cry2Ac,cry1I,vip3A)的毒力(LC_(50)值为418.13μg/g)。含有vip3A基因的Bt SC-40和BtHD-13营养期上清液对二点委夜蛾2龄幼虫表现出一定的杀虫活性(72 h死亡率分别达到42.5%和57.4%),而无vip3A基因的Bt HD-73营养期上清液未表现出明显的杀虫活性。【结论】由cry1Ac基因编码的Cry1Ac蛋白对二点委夜蛾幼虫具有特异杀虫活性,Vip3A蛋白对二点委夜蛾幼虫可能也有一定的杀虫活性。     

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.     

转Bt基因抗虫棉(Gossyposium)伤流中Bt毒蛋白的运输

本文以常规棉品种‘石远321'和抗虫棉品种‘SGK321'与‘99B'为材料,通过考马斯亮蓝和ELISA方法分析了伤流中可溶性蛋白和Bt(苏云金芽孢杆菌)毒蛋白含量.结果发现,转基因抗虫棉伤流中可溶性蛋白含量显著高于常规棉,并在抗虫棉伤流中检测到了Bt毒蛋白,而常规棉伤流中没有Bt毒蛋白的存在.通过嫁接实验研究发现,将常规棉嫁接到转Bt基因抗虫棉砧木上,叶片中也有Bt毒蛋白的积累.这些结果说明,Bt毒蛋白可以通过木质部伤流液向地上部运输,并在叶片中积累,Bt毒蛋白由根系向地上部的运输对棉花的抗虫性是有益的.     

转Bt 基因抗虫棉(Gossyposium)伤流中Bt 毒蛋白的运输

本文以常规棉品种‘石远321’和抗虫棉品种‘SGK321’与‘99B’为材料, 通过考马斯亮蓝和ELISA方法分析了伤流中可溶性蛋白和Bt(苏云金芽孢杆菌)毒蛋白含量。结果发现, 转基因抗虫棉伤流中可溶性蛋白含量显著高于常规棉, 并在抗虫棉伤流中检测到了Bt毒蛋白, 而常规棉伤流中没有Bt毒蛋白的存在。通过嫁接实验研究发现, 将常规棉嫁接到转Bt基因抗虫棉砧木上, 叶片中也有Bt毒蛋白的积累。这些结果说明, Bt毒蛋白可以通过木质部伤流液向地上部运输, 并在叶片中积累, Bt毒蛋白由根系向地上部的运输对棉花的抗虫性是有益的。     

转Bt基因棉挥发性气味的化学成分及其对棉铃虫的电生理活性

报道了对转Bt基因棉“GK-12”及其常规棉亲本“泗棉3号”挥发性化学物质的分析结果,以及棉铃虫对Bt棉挥发性化学物质的电生理反应,以期为抗虫棉的生态学和安全性评价提供化学生态学的证据。结果表明,在7～8个真叶期,转Bt基因棉的α-蒎烯和β-蒎烯的相对含量比常规棉高许多,倍半萜烯C和一个含量很低的化合物（该化合物对棉铃虫有电生理活性）是常规棉所没有的。转基因Bt棉的挥发性物质中有9个化合物可引起棉铃虫的触角电位反应。     

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.     

转基因棉种植对土壤水解酶活性的影响

转Bt基因棉和转Bt＋cpTI基因棉种植面积不断扩大,它们种植后杀虫晶体蛋白在土壤中的残留特性及对土壤水解酶活性的影响是环境风险评价的重要组成部分,本文采用盆栽实验的方法对此进行了初步研究。结果表明,转基因棉出苗后生长到30天时可向土壤中释放Bt杀虫晶体蛋白,而双抗棉种植时CpTI杀虫晶体蛋白的释放量与品种有关;转基因棉出苗后30天时,与等价基因系非转基因棉（各对照）相比,转Bt基因棉（“中30”）和双抗棉A（转Bt＋CpTI棉“中41”）的种植并未使脲酶、蛋白酶和磷酸单脂酶活性发生显著变化,而双抗棉B（转Bt＋CpTI棉“双抗321”）的种植使土壤磷酸单脂酶活性显著下降。从杀虫晶体蛋白的释放和对酶活性的影响来看,双抗棉A的种植对土壤的生物活性扰动更小。     

转双基因烟草对棉铃虫的杀虫活性评价*

以含Bt杀虫蛋白基因(单基因)烟草和常规烟草为对照,系统测定了含Bt与豇豆胰蛋白酶抑制剂(CpTI)蛋白基因(双基因)的抗虫烟草对棉铃虫(Helicoverpa armigera)不同龄期幼虫的杀虫活性.结果表明：1～3龄幼虫取食转双基因烟草3d后死亡率为80.5%～99.3%,取食6d后死亡率达100%,均显著高于转单基因烟草。2龄幼虫取食转基因烟草3d后转至正常饲料,转双基因烟草对幼虫死亡率、存活虫体重、化蛹率和化蛹时间等生长发育的影响,均显著高于转单基因烟草。     

江苏沿海农区转Bt基因抗虫棉的研究进展

对当地推广种植的Bt棉进行了9个方面的专题研究,包括：(1)棉花种植结构调整与Bt棉的推广过程,(2)Bt棉应用中存在的问题,(3)Bt棉田靶标和非靶标害虫的发生规律,(4)棉铃虫对Bt棉的为害损失和防治指标,(5)适用于本农区种植的Bt棉品种的筛选与评价,(6)Bt棉不同种植比例对棉铃虫的发生程度的影响,(7)Bt棉田天敌种群的消长动态与原因,(8)Bt棉田主要害虫的监测要点,(9)Bt棉田棉铃虫的协调防治措施。     

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.