Glyphosate tolerance and effects of cotton bollworms on transgenic herbicide and insect resistant cotton

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％.     

转基因抗草甘膦抗虫棉对棉田冠层节肢动物群落的影响

【背景】随着转基因抗虫棉在我国的广泛种植,一种具有抗虫和耐除草剂（草甘膦）的双价棉被培育成功。这种转双价基因棉和转单价基因抗虫棉对棉田节肢动物群落结构的影响可能不同。因此,在该类转双价基因棉花进行环境释放之前,有必要研究其对棉田节肢动物群落的影响,评价其环境安全性。【方法】试验于2010年5月9日~9月23日和2011年5月10日~9月24日在河南省安阳市中国农业科学院棉花研究所试验农场进行,棉田类型有3种——转基因抗草甘膦抗虫棉田、转Bt棉田和常规棉田,每种棉田种植3个小区,每个小区面积为200 m2（8 m×25 m）。采用对角线5点取样方法,每5 d调查1次棉田的节肢动物群落,通过目测对节肢动物鉴定到属。【结果】抗草甘膦抗虫棉田、Bt棉田和常规棉田节肢动物群落、害虫亚群落和天敌亚群落的结构与组成无明显差异;抗草甘膦抗虫棉田害虫种群数量低于抗虫棉田和常规棉田,而其天敌种群数量与常规棉田相当,略低于Bt棉田;3种棉田节肢动物群落、害虫亚群落和天敌亚群落的多样性指数、均匀性指数均无明显差异。【结论与意义】种植转基因抗草甘膦抗虫棉花不会对棉田节肢动物群落组成造成显著影响。本研究为转基因抗草甘膦抗虫棉田的环境安全性评价提供了依据。     

转（Bt Cry1Ac+CP4EPSPS）基因抗虫抗草甘膦棉花对草甘膦的耐受性研究

本研究比较了转Bt Cry1Ac+CP_4EPSPS基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花与常规棉花在新疆棉区对草甘膦的耐受性差异。两年的研究结果表明,转Bt Cry1Ac+CP_4EPSPS基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花对草甘膦有较好的耐受性,而对照棉花中棉所49对草甘膦耐受性较差。苗期喷施草甘膦后转基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花生长发育没有受到影响,而对照棉花中棉所49喷施草甘膦后生长发育受到了明显的影响,个别植株甚至死亡。转Bt Cry1Ac+CP_4EPSPS基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花株高、真叶数、蕾数、产量等指标与对照相比差异显著。转Bt Cry1Ac+CP_4EPSPS基因棉花对草甘膦的耐受程度显著高于非转基因棉花。草甘膦对转基因抗草甘膦棉花无负面影响。     

转基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花对棉铃虫的抗虫性及对二种地老虎幼虫生长发育的影响

为了明确转Bt Cry1A+CP4EPSPS基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花对棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)的抗性水平及对八字地老虎Amathes c-nigrum和黄地老虎Agrotis segetum的影响,作者用转基因棉花和非转基因棉花叶片对棉铃虫、八字地老虎和黄地老虎幼虫进行了室内饲养观察。结果表明,转基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花对新疆南部第2代棉铃虫表现为中抗,幼虫校正死亡率为70.4%;棉花叶片在整个生育期均能表达Bt毒蛋白,整个生育期Bt毒蛋白含量呈逐渐降低的趋势。转基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花对八字地老虎幼虫有强烈的毒杀作用,可以引起幼虫大量死亡,对存活幼虫的生长发育也有明显的抑制作用,幼虫发育迟缓,不能顺利化蛹;但对黄地老虎幼虫没有明显的影响,幼虫可以正常生长。     

Resistance of transgenic cotton to cotton bollworm and cutworms

为了明确转BtCrylA+CP4EPSPS基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花对棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)的抗性水平及对八字地老虎Amathes c-nigrum和黄地老虎Agrotis segetum的影响,作者用转基因棉花和非转基因棉花叶片对棉铃虫、八字地老虎和黄地老虎幼虫进行了室内饲养观察.结果表明,转基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花对新疆南部第2代棉铃虫表现为中抗,幼虫校正死亡率为70.4％;棉花叶片在整个生育期均能表达Bt毒蛋白,整个生育期Bt毒蛋白含量呈逐渐降低的趋势.转基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花对八字地老虎幼虫有强烈的毒杀作用,可以引起幼虫大量死亡,对存活幼虫的生长发育也有明显的抑制作用,幼虫发育迟缓,不能顺利化蛹;但对黄地老虎幼虫没有明显的影响,幼虫可以正常生长.     

转基因抗草甘膦棉栽培地生存竞争能力

【目的】针对我国研发的具有自主知识产权的转EPSPS基因抗除草剂棉花,研究其环境适应和生存竞争能力,以评价其环境安全性,为其生产应用提供依据。【方法】试验在河南安阳中国农业科学院棉花研究所试验农场中进行。以转基因(EPSPS)抗草甘膦棉为试验品种,受体材料和中棉所49为对照品种,在正常管理模式下,对棉花的营养生长、生殖生长、产量因子及纤维品质等指标进行比较。【结果】转基因抗草甘膦棉花在苗期、现蕾期、花铃期和吐絮期的株高均低于受体材料,但差异不显著;花铃期,转基因抗草甘膦棉花每株花蕾数比受体材料少3.58个,差异达到显著水平;但在吐絮期其单株铃数比受体材料多1.1个,且其产量比受体材料高91.4 kg·hm~(-2);转基因抗草甘膦棉花的纤维品质也有一定程度的改善。同时,转基因抗草甘膦棉花上述各项生长指标、产量及纤维品质等均与对照品种中棉所49相当。【结论】转基因抗草甘膦棉花在栽培地环境下可正常生长,未对农业生产造成明显的负面影响和风险。     

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Bt基因棉花国抗62对棉铃虫生长发育的影响及田间抗虫效果

为了明确新疆第一个自主转Bt基因棉花品种国抗62对棉铃虫Helicoverpa armigera生长发育影响及田间抗虫效果,2005年进行了室内生物测定和田间小区试验。在室内以国抗62（转Cry1Ac基因棉花）和中棉35（对照常规棉花）的叶片饲喂棉铃虫幼虫,从幼虫发育历期、体重、存活率、化蛹等方面,分析了棉铃虫生长发育动态。结果表明,国抗62对棉铃虫生长发育的抑制作用非常显著。与对照相比,取食国抗62的棉铃虫幼虫1～6龄龄期分别延长了1.0,7.8,8.2,17.8,20.3和＞21.3天;幼虫发育到6龄时存活率仅为2.6%,最终无一化蛹,而对照幼虫发育到6龄时存活率为91.8%,最终化蛹率为89.8%。田间小区调查结果显示国抗62对第2代棉铃虫有非常好的抗虫效果：两个品种棉田棉铃虫落卵量无显著差异,但国抗62棉田比对照棉田虫口数量降低85.7%,顶尖被害率降低94.4%,蕾铃被害率降低95.1%,差异达到显著和极显著水平。但国抗62对第3代棉铃虫的田间抗虫效果欠佳。棉铃虫在新疆棉田以第2代为害为主,因此,国抗62能够起到有效的控制作用。     

不同抗虫遗传背景对棉花经济性状的影响

为培育高产、优质、抗病虫的棉花新品种,本实验以一组转基因抗虫棉为材料,对不同类型抗虫棉的经济性状,农艺性状,早熟性,抗红铃虫和抗黄萎病进行了研究。结果表明,转(Bt CpTI)基因抗虫杂交棉新组合667表现为高产,纤维品质优良,高抗红铃虫、耐黄萎病,综合性状好。在参试材料中,双价抗虫棉优于单价(Bt)抗虫棉;杂交抗虫棉优于常规抗虫棉。利用外源抗虫基因转导的棉花新材料为杂交亲本,可以培育出丰产优质的高抗虫的棉花新品种。     

以草甘膦为筛选标记的大豆转基因体系的建立及抗除草剂转基因大豆的培育

抗草甘膦转基因大豆能显著提高大豆生产效率,具有重大的应用前景.本实验室前期研究建立了农杆菌介导、草胺膦为筛选剂的大豆转基因体系,转化效率在4%以上.在此基础上,利用G6-EPSPS和G10-EPSPS 2个具有自主知识产权的草甘膦抗性基因,通过优化转化体系,成功建立了以草甘膦为筛选剂的大豆遗传转化体系,转化效率达1%以上.浓度梯度实验发现,当草甘膦的筛选浓度为100 mg/L时,虽然丛生芽的再生率下降了50%～60%,但最终转化效率不受影响.进一步通过基因表达分析、Western blot、Southern blot和除草剂抗性鉴定等方法对转基因大豆进行了分子检测和验证,最后获得了分子特征明确、对草甘膦抗性稳定的抗草甘膦转基因大豆后代.结果对国内抗草甘膦转基因大豆转基因方法研究及抗除草剂新品种选育具有意义.     

Co‐expression of GR79 EPSPS and GAT yields herbicide‐resistant cotton with low glyphosate residues

Glyphosate‐resistant (GR) crops have been adopted on a massive scale by North and South American farmers. Currently, about 80% of the 120 million hectares of the global genetically modified (GM) crops are GR crop varieties. However, the adoption of GR plants in China has not occurred at the same pace, owing to several factors including, among other things, labour markets and the residual effects of glyphosate in transgenic plants. Here, we report the co‐expression of codon‐optimized forms of GR79 EPSPS and N‐acetyltransferase (GAT) genes in cotton. We found five times more resistance to glyphosate with 10‐fold reduction in glyphosate residues in two pGR79 EPSPS‐pGAT co‐expression cotton lines, GGCO2 and GGCO5. The GGCO2 line was used in a hybridization programme to develop new GR cottons. Field trials at five locations during three growing seasons showed that pGR79‐pGAT transgenic cotton lines have the same agronomic performance as conventional varieties, but were USD 390‐495 cheaper to produce per hectare because of the high cost of conventional weed management practices. Our strategy to pyramid these genes clearly worked and thus offers attractive promise for the engineering and breeding of highly resistant low‐glyphosate‐residue cotton varieties.     

转ACO2基因优质棉生长特性及其对田间昆虫群落的影响

新型转基因棉花的生长特性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,也是转基因棉花环境安全评价过程必须评价的内容。选用新型转ACO2基因棉花及其亲本中棉所24为试验材料,于2013年和2014年在河南安阳进行了田间棉花生长势及其对昆虫群落影响的试验。在棉花苗期、蕾期、花铃期和铃期,转基因棉花叶片干重与其亲本均无显著差异,苗期、蕾期叶面积和比叶面积与亲本无显著差异,花铃期、铃期叶面积与比叶面积均显著高于亲本材料,其中2013年分别比对照高27.1%和26.2%,2014年分别高16.0%和19.9%,差异均达显著水平;株高、主茎叶片数、大铃数、小铃数和蕾铃脱落数均与亲本材料相当,但铃期果枝数显著高于亲本材料;3个棉铃虫(Helicoverpa armigera Hubner)发生高峰期,转优质基因棉花对棉铃虫和甜菜夜蛾幼虫校正死亡率与亲本对照材料无显著差异;昆虫群落、害虫亚群落和天敌亚群落昆虫个体总数均显著高于亲本棉田,两年分别比对照高11.5%、10.5%、33.4%和12.0%、8.1%、63.1%,其中2013年差异达显著水平,2014年由于昆虫发生程度总体较轻,差异不显著,但所属"目"、"科"、"种’、生物多样性指数、优势种昆虫及其优势度与其亲本棉田无显著差异,表明外源基因ACO2导入后,对棉田昆虫发生及其群落结构没有影响,棉花生长势无明显优势,但产量构成性状在部分时期增强。上述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。     

华北棉区棉铃虫种群动态与其为害特征分析

本文述及棉铃虫为害特性及其与为害后棉株的补偿作用关系。根据棉株生命表资料,蕾期棉株蕾花的脱落主要系由棉铃虫为害所致。而铃期蕾铃的脱落,则主要系由棉株的生理条件。在蕾期,前三周内蕾花被害脱落后,棉株的补偿作用是很高的,从第四周起补偿作用逐渐下降,而到铃期阶段时补偿作用降至很低水平。因此蕾期棉株遭受一定数量以内的棉铃虫为害,而使蕾花脱落后,反而可促使棉花增产。根据棉铃虫生命表资料,从卵期至三龄末幼虫期的累计死亡率占总死亡率的90%以上,结合幼虫死亡率与不同龄期为害水平分析,棉铃虫对棉株的主要为害阶段系在2—3龄期,其对果实的为害量占总为害的65%。而棉株被害蕾铃的田间空间分布型系遵从负二项分布,期公共K值为3.4626。     

Oviposition on and mining in bolls of Bt and non-Bt cotton by resistant and susceptible pink bollworm (Lepidoptera: Gelechiidae)

Transgenic cotton that produces insecticidal crystal protein Cry1Ac of Bacillus thuringiensis (Bt) has been effective in controlling pink bollworm, Pectinophora gossypiella (Saunders). We compared responses to bolls of Bt cotton and non-Bt cotton by adult females and neonates from susceptible and Cry1Ac-resistant strains of pink bollworm. In choice tests on caged cotton plants in the greenhouse, neither susceptible nor resistant females laid fewer eggs on Bt cotton bolls than on non-Bt cotton bolls, indicating that the Bt toxin did not deter oviposition. Multiple regression revealed that the number of eggs laid per boll was negatively associated with boll age and positively associated with boll diameter. Females also laid more eggs per boll on plants with more bolls. The distribution of eggs among bolls of Bt cotton and non-Bt cotton was clumped, indicating that boll quality rather than avoidance of previously laid eggs was a primary factor in oviposition preference. Parallel to the results from oviposition experiments, in laboratory no-choice tests with 10 neonates per boll, the number of entrance holes per boll did not differ between Bt cotton and non-Bt cotton for susceptible and resistant neonates. Also, like females, neonates preferred younger bolls and larger bolls. Thus, acceptance of bolls by females for oviposition and by neonates for mining was affected by boll age and diameter, but not by Bt toxin in bolls. The lack of discrimination between Bt and non-Bt cotton bolls by pink bollworm from susceptible and resistant strains indicates that oviposition and mining initiation are independent of susceptibility to Cry1Ac.     

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。     

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。     

Bt棉花对棉铃虫幼虫选择性行为的影响

利用“H”型嗅觉仪测定结果表明 :在棉花蕾期、花铃期 ,棉铃虫 2龄幼虫对常规棉的棉叶、嫩头的选择性明显高于转基因棉花品种 ,差异达显著或极显著水平。但 3龄幼虫对两者的选择性差异并不显著 ;而在棉花蕾期 ,果枝对棉铃虫 2龄幼虫选择性行为有一定的影响。试验初步说明Bt棉对棉铃虫低龄幼虫有一定的忌避作用 ,而对高龄幼虫忌避效应不显著。