转基因棉花主要靶标害虫的抗性发展及抗性治理策略研究

转基因棉花的大面积种植有效的控制了棉铃虫Helicoverpa armigera、红铃虫Pectinophora gossypiella 等靶标害虫的危害,然而抗性监测结果显示,转Bt基因棉田的棉铃虫耐受性正逐年提高,抗性问题已成为影响持续利用转Bt基因棉花的主要因素,发展新的转基因棉花势在必行.新的基因或蛋白的选择应以对靶标害虫高效、不易产生抗性,且与现在广泛应用的基因或蛋白无交互抗性为原则.本文综述了转Bt基因棉花的主要靶标害虫对Bt抗性的研究进展,及其与新抗虫转基因棉花的关系,并讨论了抗性治理策略的发展历程.     

棉铃虫对转Bt基因抗虫棉花的抗性机制及治理

棉铃虫是危害棉花最严重的害虫之一. 作为生物技术产品, 转Bt杀虫基因棉花产生的Cry毒素对棉铃虫有高效毒杀作用. Bt棉花已在世界范围内商业化种植, 通过有效控制棉铃虫种群数量, 而显著减少了化学农药的用量. 尽管没有发现棉铃虫田间种群对Bt棉花产生高水平抗性, 但室内持续筛选已培育出多个高水平抗性品系, 表明存在棉铃虫对Bt棉花产生抗性的风险. 鉴于棉铃虫对Bt棉花产生抗性可能对Bt棉花利用价值的影响, 国内外近10年来对此进行了系统深入地研究. 本文综述了棉铃虫对Bt棉花抗性的生物化学和分子机制、抗性治理与监测技术的最新研究进展, 并分析了中国、澳大利亚和印度等国家棉铃虫对Bt棉花的抗性治理策略.     

抗性管理对棉农有益

孟山都公司代理人打算近期视察植棉区种植Ｂｏｌｌｇａｒｄ的棉农，以此审查每个棉农种植棉花的抗性管理方案。按照美国环境保护署的规定，Ｂｏｌｌｇａｒｄ棉农可从两套抗性管理方案中选择一种。一种是种植者每种植１００英亩Ｂｏｌｌｇａｒｄ棉花就必须种植２５英亩无Ｂｏｌｌｇａｒｄ基因的棉花。并使用杀虫剂（而非叶面Ｂｔ产品）处理保护区作物，以免遭棉花棉铃虫、烟草夜蛾和棉花红铃虫的危害。另一种方案是种植者每种植１００英亩Ｂｏｌｌｇａｒｄ棉花就必须种植４英亩无Ｂｏｌｌ－ｇａｒｄ基因的棉花，但不对遭受棉铃虫、烟草夜蛾或…     

我国双价抗虫棉的研究取得突破性进展

中国农业科学院生物技术研究中心郭三堆领导的研究组与国内有关单位密切合作,继成功培育出已在生产上发挥作用的国抗１号、国抗１２号、晋棉２６号单价抗虫棉品种后,在双价抗虫棉的研究中也取得了重要进展。转Ｂｔ抗虫基因的单价抗虫棉只能产生一种杀虫蛋白,主要对棉铃虫等鳞翅目害虫有抗性。据有关研究,在长期的选择压力下,转单一Ｂｔ杀虫基因抗虫棉应用若干年后,棉铃虫有可能产生抗性。而双价抗虫棉能够同时表达出两种杀虫蛋白。其中,ＣｐＴＩ是一种广谱杀虫蛋白,在杀虫机理上与Ｂｔ蛋白不同。因此,双价抗虫棉不仅增强了抗虫棉的…     

苏云金杆菌预处理棉铃虫二龄幼虫对氰戊菊酯抗性缓解及机理研究(英文)

本文研究了Ｂ．ｔ预处理棉铃虫二龄幼虫对氰戊菊酯抗性缓解及其机理。结果表明,Ｂ．ｔ预处理后的幼虫对氰戊菊酯的敏感性提高。与敏感性种群相比较,在Ｂ．ｔ预处理和未处理两个抗性种群的幼虫对氰戊菊酯的ＬＤ_５０之间纯比值分别大约增加了６２．６％和８０．９％。特异性酶抑制剂对乙酰胆碱酯酶的抑制作用显示,在活体内,马拉氧磷和甲基对氧磷对乙酰胆碱酯酶抑制效率提高了６６．１％和９９．８％;在活体外抑制效率（Ｉ_５０） ６０％和６７．５％及５５．６５％和８６．４％。同时,乙酰胆碱酯酶动力学各因子变化显著。在Ｂ．ｔ预处理的抗性棉铃虫幼虫中,Ｋｍ值从４５．５８％减少到６８．６２％;Ｋｉ值分别增加了２１．２％和４０．９％及３８．２％和６１．５％。这些结果证实Ｂ．ｔ预处理２４ｈ抗性棉铃虫二龄幼虫对氰戊菊酯的敏感性提高,乙酸胆碱酯酶的变化是重要原因之一。这一研究为在ＩＰＭ系统中将微生物杀虫剂和化学杀虫剂协调使用缓解棉铃虫对拟除虫菊酯类杀虫剂的抗性提供理论基础。     

转Bt基因抗虫棉田棉铃虫消长律及危害特点

通过对转Ｂｔ基因抗虫棉田棉铃虫的系统６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,二代棉虫百株累计卵量倒比常规棉处理区增加了２１６～２７４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制作强,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处降,田间３龄以上幼虫平均均２０～４０头／百株,多者达６０头以上,仍需     

棉铃虫对Bt杀虫剂的抗性遗传方式

随着转基因棉花种植面积的日益增加,棉铃虫Helicoverpa armigera（Hübner)对Bt的抗性已经成为一个不容忽视的问题。发展转多价基因作物是当前缓解害虫对Bt抗性的最有效措施。本研究以经室内多年筛选的、抗性倍数达2 000多倍的Bt杀虫剂（含多种蛋白）抗性品系为材料,通过生物测定和不同的杂交试验,测定棉铃虫对Bt杀虫剂的抗性遗传方式,以期为Bt生物农药的抗性治理提供一定的依据,同时为制定棉铃虫对转多基因作物的抗性治理策略提供一定的参考。对敏感亲本和抗性亲本杂交产生的F1代的研究结果表明,杂交品系的抗性倍数分别为22.2倍和24.6倍;抗性显性度D值均小于0,分别为-0.20和-0.17,抗性为常染色体不完全隐性遗传。对4种回交后代和2种自交后代F2的研究结果表明,实际死亡率与期望死亡率差异较大,说明抗性是由单基因多个位点或多基因控制。     

华北棉区主要害虫抗药性监测与治理技术示范

【目的】华北地区转基因Bt棉大面积种植后,刺吸式口器害虫已成为棉花主要害虫。本研究旨在监测明确棉花主要害虫对田间常用杀虫剂抗性水平变化,以指导田间合理用药。【方法】2013-2015年分别采用叶片药膜法和点滴法系统监测了河北省邱县、山东省滨州市、河南省西华县棉铃虫Helicoverpa armigera、棉蚜Aphis gossypii、绿盲蝽Apolygus lucorum对常用杀虫药剂的抗性动态变化情况。【结果】棉铃虫对辛硫磷、高效氯氟氰菊酯抗性呈上升趋势,抗性倍数都在20倍以上,对甲氨基阿维菌素苯甲酸盐从敏感状态转为中等水平抗性,抗性倍数在10倍以上。棉蚜对杀虫剂抗性水平都比较高,特别是对氧化乐果、高效氯氰菊酯、吡虫啉都已产生了高水平抗性,抗性倍数都在100倍以上。绿盲蝽对吡虫啉从敏感状态转为中等水平抗性,抗性倍数在10倍以上,对马拉硫磷、灭多威等药剂抗性倍数还维持在10倍以下,对高效氯氟氰菊酯只监测到滨州种群产生了中等水平的抗性,抗性倍数达到了95倍。在明确棉花害虫抗药性水平的基础上,对山东滨州棉花害虫实施了以轮换用药为主的抗性治理示范,示范区比农户自防对照区减少3次用药,增加棉花产量7.53%,节本增收109.16元,取得了较好的示范效果和经济效益。【结论】当前华北棉区主要害虫抗性水平上升,急需开展以轮换用药为主的抗性治理措施。     

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.     

转基因的生物安全问题

国家环保总局 2 0 0 2年 5月 2 1日举行国际生物多样性日新闻发布会 ,会议谈到了国际社会目前十分关注的转基因生物及其产品对生物多样性、生态环境和人体健康可能产生的潜在影响 ,其涉及的主要问题有 :1、转基因生物对非目标生物的影响。释放到环境中的抗虫和抗病类转基因植物 ,除对害虫和病菌致毒外 ,对环境中的许多有益生物也将产生直接或间接的不利影响 ,甚至会导致一些有益生物死亡。2、增加目标害虫的抗性和进化速度。研究表明 ,棉铃虫已对转基因抗虫棉产生抗性 ,专家警告 ,如果这种具有转基因抗性的害虫变成对转基因表达蛋白具有抗性…     

转Bt/CpTI基因棉花抗虫性鉴定与筛选

以国内育成和国外引进的52个转Bt/CpTI基因棉花品种(系)为材料,在河北农业大学棉花育种圃种植,采用室内生物鉴定方法,研究供试转基因棉花的棉铃虫抗性和甜菜夜蛾抗性,并进行抗虫性筛选.结果表明:国内育成的品种(系)在棉田二代棉铃虫危害期对棉铃虫的抗性不低于国外引进的品种(系);在三代棉铃虫危害期对棉铃虫的抗性,国内育成的品种(系)还略高于国外引进品种.新棉33B对甜菜夜蛾表现高抗,其他品种抗性一般.转Bt和CpTI的双价抗虫棉对甜菜夜蛾幼虫的抗性不高.根据供试品种(系)的抗虫性鉴定结果,筛选出SGK321等15个在二代、三代棉铃虫危害期对棉铃虫表现高抗的品种(系)和兼抗棉铃虫、甜菜夜蛾的新棉33B.     

棉铃虫对Bt生物农药早期抗性及与转Bt基因棉抗虫性的关系

用饲料感染法建立了棉铃虫Helicoverpa rmigera(Hubmer)敏感品系(SUS1)对Bt生物农药的敏感毒力基线和区分剂量,1995年测定了五省六县棉铃虫初孵幼虫对Bt生物农药的敏感性,结果表明：山东阳谷、河北邯郸、河南新乡、安徽萧县及江苏丰县棉铃虫已产生早期抗性,抗性个体百分率为5%～10%,与敏感品系相比,LC₅₀值稍有增加,但斜率b值明显变小;而江苏东台棉铃虫仍属敏感。这是国内外首次诊测到棉铃虫对Bt生物农药抗性。用棉叶喂饲法测定比较了转Bt基因棉花品系对不同种群棉铃虫的抗虫性效果,结果表明：用早期抗性的阳谷和新乡棉铃虫初孵幼虫接虫5d后平均死亡率较敏感品系下降16%～29%,说明棉铃虫对Bt农药与转Bt生物基因棉花品系间存在交互抗性。还讨论了Bt农药的抗性治理对策。     

棉铃虫对Bt生物农药早期抗性及与转Bt基因棉抗虫性的关系

用饲料感染法建立了棉铃虫Helicoverpa rmigera(Hubmer)敏感品系(SUS1)对Bt生物农药的敏感毒力基线和区分剂量,1995年测定了五省六县棉铃虫初孵幼虫对Bt生物农药的敏感性,结果表明：山东阳谷、河北邯郸、河南新乡、安徽萧县及江苏丰县棉铃虫已产生早期抗性,抗性个体百分率为5%～10%,与敏感品系相比,LC₅₀值稍有增加,但斜率b值明显变小;而江苏东台棉铃虫仍属敏感。这是国内外首次诊测到棉铃虫对Bt生物农药抗性。用棉叶喂饲法测定比较了转Bt基因棉花品系对不同种群棉铃虫的抗虫性效果,结果表明：用早期抗性的阳谷和新乡棉铃虫初孵幼虫接虫5d后平均死亡率较敏感品系下降16%～29%,说明棉铃虫对Bt农药与转Bt生物基因棉花品系间存在交互抗性。还讨论了Bt农药的抗性治理对策。     

转双价基因(Bt+CpTI)棉对棉铃虫中肠羧酸酯酶活性的诱导作用

为了明确棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)取食转双价基因(Bt+CpTI)棉叶以及取食一段时间转基因棉叶后,再取食常规棉叶,对棉铃虫取食量、体重增长量及中肠羧酸酯酶活性的影响,本研究分别用转双价基因棉叶和常规棉叶饲喂4龄棉铃虫幼虫5 d,比较考察了棉铃虫的取食量、体重增长量及中肠羧酸酯酶的活性;另外分别考察了棉铃虫取食转基因棉叶1 d及3 d后再取食常规棉叶,其中肠羧酸酯酶的变化。结果表明,持续取食常规棉花叶片5 d的棉铃虫,其中肠羧酸酯酶的活性持续升高;而持续取食转基因棉叶5 d的棉铃虫,其中肠羧酸酯酶的活性先升高后降低。取食转基因棉花叶片1 d后,取食常规棉叶的棉铃虫,其中肠羧酸酯酶的活性,随着换取常规棉叶时间的延长,活性逐渐降低;而棉铃虫在取食3 d转基因棉叶后再取食常规棉叶,其中肠羧酸酯酶活性却一直保持较高。可见,棉铃虫在取食转基因棉花后,其羧酸酯酶活性可以被诱导,这应与棉铃虫对转基因棉的抗性及防御性有一定关系。     

Monsanto获得良好的大田报告结果

Ｍｏｎｓａｎｔｏ公司报告从该公司的转基因棉种植者那里得到了一些好消息,这为农业生物技术市场鼓了劲。１９９６年秋季收获作物的农户报告,Ｍｏｎｓａｎｔｏ公司的ＢｏｌｌｇａｒｄＴＭ棉比用常规种子种植的棉花增产１５％～１７％,ＢｏｌｌｇａｒｄＴＭ棉经遗传改造可抗棉铃虫和芽虫。种植Ｂｏｌｌｇａｒｄ棉花的农民于１９９６年８月报告,因虫害他们至少为２万公顷的棉花喷施了农药。而对Ｂｏｌｌｇａｒｄ棉则可不必喷施常规农药,因为该种棉花已经遗传改良导入了对多种害虫有毒的苏云金芽孢杆菌（Ｂｔ）基因。但Ｍｏｎｓａｎｔｏ称…     

Effects of transgenic Cry1Ac + CpTI cotton on carboxylesterase activity in Helicoverpa armigera

为了明确棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)取食转双价基因(Bt+CpTI)棉叶以及取食一段时间转基因棉叶后,再取食常规棉叶,对棉铃虫取食量、体重增长量及中肠羧酸酯酶活性的影响,本研究分别用转双价基因棉叶和常规棉叶饲喂4龄棉铃虫幼虫5d,比较考察了棉铃虫的取食量、体重增长量及中肠羧酸酯酶的活性;另外分别考察了棉铃虫取食转基因棉叶1d及3d后再取食常规棉叶,其中肠羧酸酯酶的变化.结果表明,持续取食常规棉花叶片5d的棉铃虫,其中肠羧酸酯酶的活性持续升高;而持续取食转基因棉叶5d的棉铃虫,其中肠羧酸酯酶的活性先升高后降低.取食转基因棉花叶片1d后,取食常规棉叶的棉铃虫,其中肠羧酸酯酶的活性,随着换取常规棉叶时间的延长,活性逐渐降低;而棉铃虫在取食3d转基因棉叶后再取食常规棉叶,其中肠羧酸酯酶活性却一直保持较高.可见,棉铃虫在取食转基因棉花后,其羧酸酯酶活性可以被诱导,这应与棉铃虫对转基因棉的抗性及防御性有一定关系.     

田间棉铃虫种群对Cry1Ac蛋白的抗性基因频率

【目的】系统了解河南省新乡市田间棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)种群对Cry1Ac蛋白的敏感性变化,可为该虫的抗性治理策略提供重要的科学依据。【方法】采用单雌系F1/F2代并结合诊断剂量法于2013-2016年连续监测了河南省新乡市棉铃虫种群对Cry1Ac蛋白的抗性基因频率以及种群敏感度的变化。【结果】2013-2016年河南省新乡市棉铃虫种群对Cry1Ac的抗性基因频率小于0.002 12,抗性基因频率处于较低水平;种群的相对平均发育级别由2013年的0.506分别下降到2015和2016年的0.448和0.442,表明棉铃虫对Cry1Ac蛋白的敏感度增加。【结论】河南省新乡市棉铃虫种群对转Cry1Ac基因棉花仍处于较为敏感阶段,转Bt基因棉花的种植面积在河南新乡地区的大面积缩小可能是其抗性发展缓慢的重要原因。     

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     

转基因棉花的遗传研究

选用不同来源的转Ｂｔ基因抗虫棉中棉所３０号和新棉３３Ｂ、转ｔｆｄＡ基因抗除草剂棉花材料ＴＦＤ,通过与不同主栽推广品种正反交和回交研究外源Ｂｔ基因和ｔｆｄＡ基因在棉花体内的遗传和分离行为。结果表明,由外源基因提供给转基因的抗虫和抗除草剂性状均是由一对基因控制的显性性状,且该性状不受细胞质效应的影响,符合孟德尔遗传规律。