苗期玉米叶片碳氮平衡与干旱诱导的叶片衰老之关系

为了探究干旱诱导的碳氮平衡破坏与干旱诱导的叶片衰老之间的关系,该实验以8个在干旱胁迫下叶片衰老进程有明显差异的玉米品种为实验材料,采用PEG模拟干旱处理,通过测定光合速率、叶绿素含量和叶绿素荧光参数等叶片衰老指标以及非结构性碳水化合物(可溶性糖、淀粉)和全氮含量等变化,分析玉米中干旱诱导的叶片衰老与叶片中碳氮平衡(碳氮比)之间的关系。结果显示:(1)干旱胁迫下,8个玉米品种叶片净光合速率受到严重抑制,Fv/Fm大幅下降,叶绿素含量显著降低,说明干旱诱导了玉米叶片的衰老;(2)干旱诱导玉米叶片衰老的同时,8个玉米品种的叶片中可溶性糖含量显著升高,淀粉含量小幅上升,全氮含量大幅降低,碳氮比显著升高,碳氮平衡遭到了破坏;(3)8个玉米品种叶片的叶绿素含量与非结构性碳水化合物含量以及碳氮比呈极显著负相关关系,与全氮含量呈极显著正相关关系。因此,碳氮代谢与干旱诱导的叶片衰老紧密联系,碳氮平衡可能参与了干旱诱导的叶片衰老调控。     

转SAMS基因玉米自交系获得及抗旱性分析

以玉米自交系‘掖478’的茎尖为受体,采用农杆菌介导法将小麦抗旱SAMS基因转入玉米中,用PCR和RT-PCR法对转化玉米进行检测,并以18%PEG-6000模拟水分胁迫对T1代转基因玉米和非转基因玉米进行抗旱性分析。结果显示:(1)共转化518个玉米芽,得到453株转化苗。获得T0代阳性植株16株,转化率为3.53%,有14株自交结实,经RT-PCR检测,T1代转基因玉米有9个株系为稳定遗传阳性株系。(2)在同一水分胁迫时间下,转基因玉米的叶片相对含水量、叶绿素含量、脯氨酸含量和SOD活性均高于非转基因玉米,而转基因玉米叶片的电导率、MDA含量均低于非转基因玉米。在60 h水分胁迫处理下,转基因玉米叶片相对含水量、叶绿素含量、脯氨酸含量和SOD活性比非转基因玉米上升8.16%、20.02%、32.21%、22.77%,而转基因玉米叶片的电导率、MDA含量比非转基因玉米下降14.38%、29.41%。研究表明,通过导入SAMS基因,可以提高玉米的抗旱性。     

Bt玉米光合作用和生长性状的变化

在华南地区种植美国先锋公司的Bt玉米34824与其非转基因近等基因系34823,比较它们的光合作用和部分重要的生理生长性状。结果表明,Bt玉米由于Bt基因的插入和表达使植株得到保护,受玉米螟危害的叶片显著减少;但Bt玉米植株的光合作用和部分生理生长性状也发生了一定的变化。与其非转基因近等基因系34823相比,虽然Bt玉米34824的胞问CO2浓度变化不大;并且在绝大多数生长时期,Bt玉米的蒸腾速率和气孔导度大于的非转基因玉米;但是从生长中期始,Bt玉米的净光合速率却一直小于非转基因玉米,在生长后期,这种差异甚至达到显著水平。在生长性状方面,各时期观察到的Bt玉米植株叶片数一直略少于非转基因玉米,表明Bt玉米的生长发育受到一定的延缓。同时,Bt玉米植株的株高变矮,单株叶面积变小,根系活力显著降低。在地下部,Bt玉米34824的植株根系总长度、根总表面积、根总体积和平均根直径均小于相对应的非转基因近等基因系34823。     

机械损伤对Bt玉米化学防御的系统诱导效应

植物在生长过程中形成了抵御机械损伤等外界胁迫的直接和间接防御体系, 并具有明显的系统性特征。Bt (Bacillus thuringiensis)玉米(Zea mays)是全球商品化最快的抗虫转基因作物之一。机械损伤等外界胁迫对Bt玉米和常规玉米化学防御的系统诱导效应是否存在差异是值得探讨的问题。该文以两个不同转化事件的Bt玉米‘5422Bt1’(Bt11)和‘5422CBCL’(Mon810)以及它们共同的同源常规玉米‘5422’幼苗为材料, 对玉米第一叶进行机械损伤处理6 h后, 检测非损伤部位(第二叶和根系)中Bt蛋白含量、直接防御物质丁布(DIMBDA)含量及其调控基因(Bx1、Bx6和Bx9)表达、直接防御物质总酚含量及其调控基因(PAL)表达、直接防御蛋白调控基因(MPI和PR-2a)表达以及间接防御物质挥发物调控基因(FPS和TPS)表达的变化。结果表明, 与健康植株相比, 机械损伤对两个Bt玉米第二叶和根系的Bt蛋白含量均没有显著影响; 机械损伤第一叶只能系统诱导常规玉米‘5422’第二叶中PAL、TPS和根系中PAL、FPS基因的表达, 使得第二叶丁布含量显著增加, 但根中丁布含量及其调控基因Bx6和Bx9基因的表达量明显下降; 而机械损伤能系统诱导Bt玉米‘5422Bt1’第二叶中Bx6、PAL、PR-2a、TPS和根系中Bx6、Bx9、PAL、MPI、PR-2a、TPS基因的表达, 使得第二叶丁布含量明显增加; 对于另一Bt玉米‘5422CBCL’而言, 机械损伤能系统诱导第二叶中Bx9、PAL、PR-2a、TPS和根系中Bx6、PAL、MPI、TPS基因的表达, 使得根系的总酚含量显著增加。由此可见, 机械损伤对两个Bt玉米化学防御反应的系统诱导作用均强于常规玉米‘5422’, 说明在机械损伤的系统诱导防御过程中, 人工导入抗性(Bt基因)与自身化学防御过程之间的互作关系是协同的。     

种植Bt玉米对土壤微生物活性和肥力的影响

在温室种植比较了美国Bt玉米(34B2 4 (Mon810 ) )与同源常规玉米(34B2 3)、中国Bt玉米(12 4 6×14 82 (Cry1A) )与常规玉米(农大3138)对土壤微生物活性和肥力的影响。结果表明,两个Bt玉米品种5次取样(2 5、39、5 3、6 7、82 d)的根际土壤中都能检测到Bt蛋白,含量在2 0～80 ng·g- 1 dry soil之间。4个处理土壤硝化作用和精氨酸氨化作用强度在所有取样时期均没有显著差异;土壤蔗糖酶、土壤蛋白酶和酸性磷酸酶活性则分别只在2 5 d(农大3138<34B2 4与12 4 6×14 82 )、6 7d(34B2 4 >12 4 6×14 82和农大3138)和6 7d(34B2 4 >其它3个处理)存在显著差异;土壤脱氢酶、土壤脲酶和土壤呼吸强度则在多数取样时期多个处理间存在显著差异,说明其与玉米品种特性关系密切,其中,土壤脱氢酶和脲酶活性的差异在两个Bt玉米品种、Bt与同源常规品种(34B2 4与34B2 3)、Bt与常规品种(12 4 6×14 82与农大3138)以及常规与常规品种(34B2 3与农大3138)之间均没有一致的规律,但34B2 4与34B2 3处理的土壤呼吸作用强度高于12 4 6×14 82与农大3138,说明种植该系列品种的土壤中微生物总活性较高、土壤代谢旺盛。82 d后4个处理土壤有机质、NPK全量与速效养分含量均没有显著差异。本试验观测期种植Bt玉米并没有导致土壤微生物活性和土     

干旱胁迫对烟草两品种幼苗生理生化特性及NtDEGP5基因表达的影响

以烟草Nicotianatabacum抗旱品种NC82和干旱敏感品种云烟87幼苗为材料,利用PEG-6000对幼苗进行干旱胁迫处理,研究干旱胁迫对烟草不同品种Fv/Fm、SOD活性、POD活性、MDA含量等生理生化指标及NtDEGP5基因表达的影响,为进一步开展NtDEGP5基因的功能研究提供依据。结果表明,干旱胁迫对烟苗的Fv/Fm、SOD活性、POD活性、MDA含量有影响,随着干旱的持续,Fv/Fm呈逐渐下降趋势,POD、SOD活性和MDA含量呈先升高后降低的趋势;不同品种对干旱胁迫的响应有差异,在干旱胁迫0～9 h,云烟87幼苗的Fv/Fm降幅大于NC82,POD、SOD活性、MDA含量的增幅小于NC82,胁迫12h后与对照差异不显著。干旱胁迫下不同品种、不同器官间的Nt DEGP5基因表达有差异,云烟87幼苗根、茎、叶中的表达量均较低,NC82幼苗根中的表达量较低,但干旱胁迫9～12 h后叶和茎的表达量较高。NC82幼苗叶片NtDEGP5基因表达量与Fv/Fm、POD活性、MDA含量呈显著正相关。Fv/Fm、SOD活性、POD活性、MDA含量可作为烟草苗期抗旱性评价指标,NtD...     

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。     

干旱胁迫对转BnDREB1-5基因烟草光合特性的影响

检测了干旱胁迫对烟草(Nicotiana tabacum)叶片光合特性、叶绿素、类胡萝卜素和可溶性糖含量的影响.结果显示,干旱胁迫后转基因烟草的初始荧光(Fo)、非光化学猝灭系数(NPQ)增加幅度明显低于野生型烟草;其它荧光参数降低幅度明显小于野生型烟草;虽然干旱胁迫后两个烟草样品的光合参数、叶绿素含量都有所降低,但转基因烟草的降低幅度明显小于野生型烟草;干旱胁迫后,转基因烟草可溶性糖含量明显高于野生型烟草.表明BnDREB1-5转录因子具有抗干旱胁迫的作用.     

干旱胁迫下外源茉莉酸甲酯对玉米幼苗根系吸水的影响

茉莉酸类化合物作为环境信号分子,不仅参与植物生长发育的调控,同时受到环境胁迫的诱导,参与植物对逆境胁迫的响应和防御。本研究以北方广泛种植的玉米品种‘郑单958’为材料,通过对根系外源施加茉莉酸甲酯的方式,探究干旱胁迫下茉莉酸甲酯对玉米幼苗抗旱性以及根系吸水的影响。结果表明,外源茉莉酸甲酯可提高玉米幼苗光合速率、蒸腾作用和气孔导度,增强抗氧化酶活性,降低H_2O_2和丙二醛的含量,从而缓解干旱胁迫对植株造成的损伤。通过测定根系水导、氯化汞处理的蒸腾速率的变化以及水通道蛋白的表达量,发现干旱胁迫下外源茉莉酸甲酯可增强根系水通道蛋白的表达,进而增强玉米幼苗的根系吸水能力,从而缓解干旱胁迫造成的叶片水分含量的下降和水势的降低,提高了玉米幼苗的抗旱性。     

Bt毒蛋白在转基因抗虫玉米中的表达及在亚洲玉米螟中的转移积累

以两个转Bt基因抗虫玉米品系G03-2396、G03-2739和对照玉米品种苏玉16为材料,采用室内生物测定法研究它们对亚洲玉米螟的抗性, 并采用酶联免疫技术（ELISA）检测这两个转基因玉米品系不同组织中Bt毒蛋白的表达量及亚洲玉米螟3龄与5龄幼虫取食转基因玉米后体内和粪便中的Bt毒蛋白含量.结果表明：转Bt基因抗虫玉米心叶对玉米螟幼虫的毒性较强,初孵幼虫取食6 d后的存活率不到3%,3龄幼虫取食6 d后的存活率小于70%,抗虫玉米雌穗的毒性小于心叶.两个转Bt基因玉米心叶和雌穗中均表达了一定量的Bt毒蛋白,但心叶中的毒蛋白含量高于雌穗;Bt毒蛋白表达量依次为G03-2739心叶（39.6 μg·g^-1FM）> G03-2396心叶（26.1 μg·g^-1 FM）> G03-2396雌穗（17.0 μg·g^-1 FM）> G03-2739雌穗（14.6 μg·g^-1 FM）.取食转基因玉米心叶或雌穗后,3龄幼虫体内的Bt毒蛋白含量显著高于5龄幼虫;同龄幼虫取食心叶后其体内及粪便中Bt毒蛋白含量均显著高于取食雌穗的个体.其中,取食G03-2739心叶的5龄幼虫粪便中的Bt毒蛋白含量最高,达10.4 μg·g^-1 FM;取食其雌穗的3龄幼虫粪便中的Bt毒蛋白含量最低,仅2.7 μg·g^-1 FM.     

Bt玉米秸秆分解对土壤酶活性和土壤肥力的影响

通过室内实验,研究了Bt玉米34B24和同源常规品种34B23、Bt玉米农大61和常规品种农大3138秸秆分解对土壤酶活性和土壤肥力的影响.结果表明,与34B23处理相比,34B24处理的土壤蛋白酶和酸性磷酸酶活性在观测期没有显著差异;7d时土壤脱氢酶活性显著提高,1、4、60和7d土壤蔗糖酶活性显著提高;30d时土壤脲酶活性显著提高,4d和7d时则土壤脲酶活性显著降低.2个Bt玉米处理和2个常规玉米处理的土壤酶活性也在某些时间有显著差异.秸秆分解90d后,34B24处理比34B23处理.显著降低了土壤速效磷和速效钾含量.以上差异与不同秸秆的化学构成有关,Bt基因的转化过程可能会影响受体作物秸秆的化学成分.应建立不同土壤类型土壤酶活性的标准分级体系,以便科学评价Bt玉米秸秆分解对土壤质量的影响.     

种植Bt玉米及秸秆还田后土壤中Bt蛋白的变化及其对土壤养分的影响

在大棚水泥池内种植两个Bt玉米(5422Bt1和5422CBCL)及其同源常规玉米5422,研究了种植Bt玉米及秸秆还田过程中根际土、根围土、3层根外土(0～20、20～40和40～60 cm)中Bt蛋白含量的时空动态特征及其对土壤养分含量的影响．结果表明： 种植Bt玉米和常规玉米后,根围土(种植后90 d)和3层根外土(种植后30、60和90 d)中均检测到少量的Bt蛋白(含量<0.5 ng·g^-1),在Bt玉米5422Bt1和5422CBCL根际土中则分别检测到1.59和2.78 ng·g^-1的Bt蛋白．玉米秸秆还田后,Bt蛋白能在3 d内快速降解,在还田后第7天只检测到少量的Bt蛋白．与常规玉米5422相比,种植Bt玉米5422Bt1 90 d后根围土和3层根外土中有机质、速效养分(碱解氮、速效磷和速效钾)和全量养分(全氮、全磷和全钾)含量均没有显著差异;5422Bt1秸秆还田60 d后0～20 cm土层的有机质和全氮含量显著升高,速效钾含量显著降低,而其他养分指标则没有显著差异,20～40 cm和40～60 cm土层的所有养分指标均没有明显差异．种植Bt玉米5422CBCL后根围土中仅速效磷含量显著低于种植常规玉米5422,但0～20 cm土层中全磷含量显著提高,其他养分指标均没有差异;还田5422CBCL秸秆后仅0～20 cm土层的速效磷含量显著高于常规玉米5422．研究结果表明,通过玉米根系分泌和秸秆分解进入土壤的Bt蛋白不会在土壤中累积,对养分含量也基本没有显著影响.
     

转Bt基因抗虫玉米对亚洲玉米螟幼虫取食行为的影响

室内研究了转cry1Ab杀虫蛋白基因的Bt抗虫玉米MON81 0和Bt1 1对亚洲玉米螟Ostriniafurnacalis初孵幼虫和3龄幼虫的取食行为、取食选择性和存活率的影响。在48h的非选择性试验中玉米螟初孵幼虫在MON81 0和Bt1 1玉米心叶组织上的幼虫取食率随时间的增加而下降,在对照玉米上的幼虫取食率随时间的增加而上升,两者间差异极显著。初孵幼虫接虫到MON81 0和Bt1 1玉米叶片48h的累计死亡率分别为67 .5 %和47 .5 % ,而在对照玉米上死亡率均为0. 3龄幼虫在Bt和非Bt玉米穗轴组织上的幼虫取食率随时间的增加呈上升趋势,第48h时在Bt和非Bt玉米上的幼虫取食率分别达到77 5 %和1 0 0 % ,差异极显著。选择性试验中,第4～48h内,初孵幼虫在Bt玉米上的幼虫取食率呈下降趋势,第48h时MON81 0和Bt1 1与各自非Bt对照的组合中初孵幼虫的累计死亡率分别为2 5 .0 %和1 7. 5 % ,二者差异不显著。3龄幼虫在Bt玉米和非Bt玉米上的幼虫取食率均随时间的延长而增加,但在非Bt玉米的幼虫取食率增加速度快,与Bt玉米差异极显著。Bt玉米对玉米螟幼虫取食有抑制和忌避作用。     

The potential of hydroxamic acids in tetraploid and hexaploid wheat varieties as resistance factors against the bird‐cherry oat aphid,Rhopalosiphum padi

The potential for exploiting natural wheat resistance to control the cereal aphid Rhopalosiphum padi, the most important aphid pest of small grain cereals in the UK, was investigated as an alternative approach to the use of insecticides. The investigation focussed on a group of secondary metabolites, the hydroxamic acids or benzoxazinones, present naturally as glucosides, but which hydrolyse on tissue damage to give biologically active aglycones, e.g. 2,4‐dihydroxy‐7‐methoxy‐1,4‐benzoxazin‐3‐one (DIMBOA) which are associated with natural plant defence. These can be important for resistance against insects, fungi, bacteria and nematodes for a range of cultivated monocotyledonous plants and could ultimately be combined with other defence mechanisms to provide a general approach to cereal aphid control. Levels of hydroxamic acids, particularly DIMBOA‐glucoside, were determined in hexaploid (Triticum aestivum) and tetraploid (Triticum durum) wheat varieties and differences were found between species and varieties. The effect of feeding by R. padi on the level of hydroxamic acids in the leaf tissue was also investigated. Thus, after 24 h of aphid feeding, as an apparently localised hydrolytic defence reaction in the leaf, levels of DIMBOA‐glucoside decreased noticeably. When aphids were fed on sucrose solution containing low doses of DIMBOA there was a significant mortality compared to the sucrose control. However, the levels of and variation in hydroxamic acids in the wheat varieties investigated were insufficient for significant differences in aphid behaviour and development.     

Amino acid composition and level affect Bt protein concentration in Bt cotton

Low insect resistance has been widely observed in Bacillus thuringiensis (Bt) transgenic cotton. The objective of this study was to investigate the effects of amino acid compositions and their concentration on the Bt toxin content in Bt cotton to gain a better physiological understanding of the observed phenomenon. In the 2010 study, the leaf amino acid composition, contents, and Bt protein concentrations were investigated under high temperature (36?°C) and low temperature(18?°C) at both square and boll stage respectively. In 2011, the leaves were sprayed with ethionone sulfoximine (MSO), aminooxyacetic acid (AOA) or combination of MSO and AOA at the two developing stages, and the leaf amino acid composition and Bt protein concentrations were investigated. In 2012, 17 amino acid compositions were used to spray cotton plants at the same two stages, and the Bt protein concentration were measured. In comparison to the control, more amino acids changed and greater concentration changes had been observed under the extreme temperatures at boll stage compared to that at square stage, which were conformity to the changes of the leaf Bt protein concentration. More amino acids reduced and greater reduction was noted with the application of MSO, AOA or combined MSO and AOA at boll period than that at square period, which resulted in the reduction of the leaf Bt toxin concentration. The external uses of Aspartic acid, Glutamic acid, Glycine, Proline, Tyrosine, Methionine, Phenylalanine, Histidine and Arginin enhanced the leaf Bt toxin level significantly at boll stage. However, only Aspartic acid, Glutamic acid, Proline, Methionine, Arginin could increase Bt protein concentration markedly at square period and the bolstered extent were low. Therefore, it was concluded that cotton amino acid composition and concentration was more sensitive to external factors at boll stage. In addition, there are close relationship between leaf Bt toxin content and Aspartic acid, Glutamic acid, Glycine, Proline, Tyrosine, Methionine, Phenylalanine, Histidine and Arginin and their concentrations.     

Stable Bacillus thuringiensis (Bt) toxin content in interspecific F1 and backcross populations of wild Brassica rapa after Bt gene transfer

Stable expression of a transgene may lead to increased fitness for wild plants after acquiring the transgene via crop-weed hybridization. Here, we investigate the stability of Bt toxin content in wild Brassica rapa acquiring the Bt gene from Bt Brassica napus. The Bt toxin content in nine Bt-expressing B. napus lines was 0.80-1.70 micro g/g leaf tissue throughout the growing season. These nine lines were crossed with three accessions of wild B. rapa and the Bt gene was successfully transferred to interspecific hybrids (F1) and successive backcross generations (BC1 to BC4). The Bt toxin level in F1 and BC progenies containing the Bt gene remained at 0.90-3.10 micro g/g leaf tissue. This study indicates that the Bt gene can persist and be stably expressed in wild B. rapa.     

玉米化感物质异羟肟酸的研究进展

介绍了异羟肟酸在玉米植株中的分布和玉米根系分泌物中异羟肟酸的分析方法．丁布(DIM-BOA)是玉米植株中含量最大的异羟肟酸．不同玉米品种之间异羟肟酸含量的差异很大．种子不含异羟肟酸;但萌发后其含量迅速增加,在萌芽几天后的幼苗植株其含量达最大值,随后逐渐下降;在玉米生长发育的不同时期,幼嫩叶片内异羟肟酸含量始终较高;地上部分异羟肟酸的浓度高于根系．植株异羟肟酸的浓度受生长环境条件影响显著,在紫外辐射、黑暗条件或水分胁迫下其含量明显增加．在各种禾谷类作物中,玉米根系分泌物内含异羟肟酸较高;铁的存在能显著增加玉米根系分泌物中异羟肟酸的含量．