转Bt基因棉的抗棉铃虫性及其生理作用研究进展

综述了转Bt基因棉对棉铃虫存活、生长、繁殖及为害行为的影响 ,及其抗虫性的时空动态特征 ;探讨了转Bt基因棉抗棉铃虫的毒理及其中毒生理 ,以及转Bt基因棉的抗性表达及其影响因素 ,提出了一些尚待进一步深入研究的问题     

施肥量和环境温度对转Bt基因棉抗虫性的影响

以从美国引进的转Bt基因棉“保铃棉32B”为参考,比较鉴定我国自行研制的第一个转Bt基因棉品种“国抗棉1号”对棉铃虫的抗性,研究温度和肥料等因素对抗虫性的影响。结果表明：“国抗棉1号”抗虫性低于“保铃棉32B”,抗性等分别评价为“抗”和“高抗”;随着施肥量的增加转Bt基因棉对低龄棉铃虫幼虫的抗虫活性和抑制生长作用增强,低肥时抗虫性降低严重;随温度升高,转Bt基因棉对低龄棉铃虫幼虫的抗虫活性增强,低温（16℃）下抗虫活性明显降低,但随处理时间的推进,高温（36℃）下迅速生长至高龄的棉铃虫幼虫,强迫取食转Bt基因棉,仍表现出较好的适应性。     

转基因抗虫棉对新疆棉田主要害虫及天敌群落的影响

转基因抗虫棉品系对棉田主要害虫及天敌群落的影响研究表明:转Bt基因棉和转Bt、CpTI双价基因棉化防田、自控田均对棉铃虫有良好的抗性,棉铃虫幼虫数量与对照相比,差异显著.但棉铃虫落卵量差异不显著;转基因棉对非靶标害虫有间接影响;转基因棉花对天敌数量影响不大.     

转基因抗虫棉对棉铃虫抗虫性研究

用转Bt、CPTI基因的抗虫棉材料进行抗虫性试验。研究结果表明 :1 导入不同外源基因的转基因抗虫棉因其杀虫机理不同而对棉铃虫抗性存在差异 ;2 随种植世代一代、二代、三代、五代其对棉铃虫的抗虫性下降 ;3 转基因抗虫棉的蛋白毒性在棉铃虫体内具有一定的残效 ;4 棉铃虫四龄以上幼虫对转Bt基因抗虫棉产生明显的抗性。     

转基因抗虫棉的培育

采用花粉管通道途径,将合成的Bt杀虫蛋白基因导入棉花优良品种泗棉3号和中棉所12,获得了转基因植株。组织化学分析表明,GUS标记基因已在R#-1代植株中表达。根据对GUS阳性转基因植株的PCR分析,证明Bt杀虫蛋白基因出现在R#-1代植株中,并通过自交传递至R#-2代。经抗虫性鉴定,获得了5株对棉铃虫有高度毒杀作用的R#-1代转基因抗虫植株S545、S591、S636、S1001（泗棉3号+Bt/GUS）和Zh1109（中棉所12+Bt/GUS）,对棉铃虫幼虫的致死率分别达到91.6%、93.8%、92.3%、85.7%和75.0%。通过自交和选育,获得了R#-5代转基因抗虫棉,并进行了抗虫性和转基因的跟踪鉴定,表明通过基因工程方法获得了抗棉铃虫的棉花新种质。     

转Bt基因棉抗虫性的室内鉴定技术

从棉花种植、供试棉株器官选择、棉铃虫饲养、标准试虫选择、室内生测方法、抗性级别评价标准等方面 ,系统地总结了转 Bt基因棉抗虫性的室内鉴定技术。以从美国引进的转 Bt基因棉“保铃棉 32 B”为参考 ,对我国自行培育的第一个转 Bt基因棉“品种国抗棉 1号”的抗虫性进行了较系统的比较鉴定。     

Bt棉抗虫性差异表达的研究进展

综述了Bt棉抗虫性差异表达的研究进展。Bt棉抗虫性的差异表达主要表现为抗虫性的时空变化:同一器官或组织随着生长发育的推进,抗虫性呈逐渐下降的总趋势,且不同器官、不同组织间也表现出抗虫性的显著差异。干旱、涝渍、高温和缺肥等环境因子均能诱导抗虫性的差异表达,降低Bt棉的抗虫性。Bt基因钝化、体细胞转基因沉默、mRNA的降解,以及棉株体的遗传背景和所处生理状态都与Bt棉抗虫性的时空变化有关。保证Bt棉的健康生长发育是促进Bt基因表达的重要技术途径。     

中棉所29对江苏沿海棉铃虫的抗虫性观察

为明确中棉所29在本地区对棉铃虫的抗虫性表现,并为制定转Bt基因棉田内棉铃虫的防治策略提供依据,笔者进行了室内饲养和田间观察工作.     

转双价基因(Bt+CpTI)棉对棉田主要捕食性天敌捕食功能反应的影响

比较研究了4种捕食性天敌对用转双价基因(Bt CpTI)棉、转Bt基因棉和常规棉喂饲的棉铃虫幼虫和棉蚜的捕食功能反应。结果表明,4种捕食性天敌对用两种转基因棉处理的棉铃虫捕食量明显高于常规棉,捕食功能反应仍符合HollingⅡ型反应;与常规棉相比,用两种转基因棉处理的棉铃虫或棉蚜的功能系数(即瞬间攻击率)有增有降,但日最大捕食量及处理一头棉铃虫或棉蚜所用的时间均短于常规棉。     

转双价基因(Bt+CpTI)棉对棉田主要捕食性天敌捕食功能反应的影响

比较研究了4种捕食性天敌对用转双价基因(Bt+CpTI)棉、转Bt基因棉和常规棉喂饲的棉铃虫幼虫和棉蚜的捕食功能反应.结果表明,4种捕食性天敌对用两种转基因棉处理的棉铃虫捕食量明显高于常规棉,捕食功能反应仍符合HollingⅡ型反应;与常规棉相比,用两种转基因棉处理的棉铃虫或棉蚜的功能系数(即瞬间攻击率)有增有降,但日最大捕食量及处理一头棉铃虫或棉蚜所用的时间均短于常规棉.     

转Bt基因棉花的研究应用及问题与对策

20世纪80年代初Bt毒蛋白基因被克隆并转化到植物当中,转Bt基因棉花的应用已取得了相当的效益。但随着转Bt基因棉花的种植,也出现了许多问题,诸如抗药性的产生、抗虫谱狭窄、表达水平低等。现在转抗虫基因棉花的研究主要围绕着转多基因抗虫棉的培育,采用特异启动子调控外源抗虫基因在棉株体内的高效表达,修饰Bt基因以改善Bt毒蛋白的杀虫效能,重视外源与内源抗虫系统间的协调性,加强现代基因工程与传统抗虫育种相结合和筛选广谱性抗虫基因培育广谱性抗虫棉花,等等。     

转Bt基因抗虫棉的研究进展

对国内外转Bt基因抗虫棉的研究现状、存在问题及对策进行了探讨,其目的是为了正确地理解和认识转Bt基因抗虫棉,使我国的转Bt基因抗虫棉研究与推广工作得以健康发展。     

江苏沿海地区转Bt基因棉花的抗虫性及生长发育研究

１９９７～１９９８年以本地常规种植的非抗虫棉品种“苏棉９号”为对照,对国内４个转Ｂｔ基因棉花品种的抗虫性及生长发育进行了研究,结果表明,在棉铃虫中等发生年份,Ｂｔ棉上二、三代棉铃虫可以免治,四代可在幼虫期按防治指标防治１～２次;取食Ｂｔ棉营养器官的棉铃虫幼虫基本不能化蛹完成生活史;Ｂｔ棉对鳞翅目幼虫具有兼抗作用,对刺吸口器类昆虫则无抗虫作用;在不治虫条件下,Ｂｔ棉可比常规棉增产１１．３１％～１３．３７％,虫卵量减少５１．０２％～６３．２７％;两类棉田捕食性天敌种群动态无差异;所有品种治虫处理的产量均显著高于不治虫处理;Ｂｔ棉的生长发育状况优于常规棉。     

陆地棉抗虫品种不同年份间农艺性状的比较

笔者对3个陆地棉抗虫品种在两年间的农艺性状和纤维品质性状进行了研究。结果表明,3个抗虫棉品种的产量性状年份间表现基本一致,而纤维品质性状差异较大。新棉33B在3个抗虫棉品种中产量性状表现最好。品种与年份的互作极为显著,2002年新棉33B在籽棉产量和皮棉产量上显著高于对照品种中棉所12号,而在2003年则与对照品种产量相当。JS166在单株籽棉产量和单株皮棉产量、单株铃数、单铃重等性状上两年间表现均较好,2003年还有较低的蕾铃脱落率。99035两年间在产量性状上与对照相比略有提高,但差异并不明显。所有3个抗虫棉品种2002年的纤维品质指标与对照相当,而2003年纤维长度和纤维整齐度明显高于对照。     

抗虫棉与早熟陆地棉品种间产量及纤维品质性状的配合力分析

用5个早熟陆地棉品种作母本,3个抗虫棉品种作父本,按照不完全双列杂交设计(NCⅡ设计)组配15个杂交组合.对亲本及杂交组合的产量和纤维品质共11个性状进行配合力分析.结果表明,单株铃数、衣分、纤维长度、比强度、马克隆值和纤维伸长率主要受基因加性效应控制,籽棉产量和皮棉产量主要受基因非加性效应影响.新陆早45号是突出的高衣分丰产亲本,新陆早48号是结铃性较好的丰产亲本,72-72是优良的抗虫棉亲本,组合新陆早48号×111-43和新陆早42号×N78在综合农艺性状上优势明显,但纤维品质相对而言没有明显改良.     

Selection of Homozygous Cotton Lines Transformed with Two Insect-Resistant Genes

A plant expression vector containing a chimeric Bt29K gene coding for the activated Cry1Ac protein and the arrowhead proteinase inhibitior gene API-B were introduced into the cotton cultivar Jihe321 mediated by Agrobactertium tumefaciens. Based on the results of kanamycin resistant testing, PCR detection for both foreign genes and insect bioassay using Heliethis armigera, nine transgenic homozygous cotton lines with insect-resistance of more than 90% and better agronomic traits were bred through six generations from the original transgenic plants. Results from insect bioassay and sequence analysis of the PCR products of plants from some homozygous lines indicated that the chimeric Bt29K gene was stably inherited in these transgenic cotton lines. The main agronomic characters of these homozygous cotton lines, such as boll productivity and fibre strength, were better than that of the original cotton cv. Jihe321.     

江苏沿海地区Bt棉主栽品种的性状评价

室内饲养结果表明,与对照品种"苏棉9号"比较,4个Bt棉品种对棉铃虫的抗性都达到极显著水平;饲喂Bt棉组织,能使棉铃虫幼虫发育延缓、蛹期缩短和蛹重减轻;1～3龄棉铃虫幼虫对Bt棉的敏感程度高于4龄以上幼虫。田间调查结果表明,Bt棉田棉铃虫的虫量和蕾铃被害量与对照棉田差异极显著,其趋势与室内试验一致。在棉花品种的生育特性方面,4个Bt棉品种的株高和果枝数与"苏棉9号"相近;蕾铃数量及成铃率高于或接近于常规棉;各品种间生长发育指标的差异均达不到显著水平。按照供试的4个Bt棉品种在当地的抗虫性及丰产性状的优劣排序,依次为"鲁棉研15">"中棉所29">"南抗3号">"科棉1号"。     

抗虫杂交棉棉铃性状与单铃重的关系分析

研究不同铃重类型抗虫杂交棉棉铃性状的差异及与铃重的相关性。以3个高品质陆地棉品种(系)和6个转基因抗虫棉品种(系)为亲本,配制36个正反交组合。以单铃重为聚类指标,采用最小离差平方和法和欧氏平方距离将36个杂交组合分为大、中、小铃3种类型。对3种类型的单铃重和11个棉铃性状进行了方差分析和相关分析。结果表明:单铃重、铃壳重、单铃皮棉重、单铃种子重、单铃种子数、单粒种子重、铃横径和铃纵径表现出显著或极显著差异,单粒种子纤维重、单铃不孕子数、不孕子率和铃壳率差异不显著;简单相关分析和偏相关分析表明多数棉铃性状与单铃重的相关性在不同铃重类型间表现基本相同。单铃种子重对单铃重的贡献最大,依次是单铃皮棉重、单铃种子数。铃壳率、单粒种子重、单粒种子纤维重、铃纵径与单铃重的简单相关和偏相关均未达到显著水平;大中铃重类型的铃重与铃壳重的简单相关系数达到显著水平。该研究结果对于通过棉铃性状的调控提高单铃重具有一定的指导意义。     

转Bt基因玉米回交二代的抗虫性鉴定

对112-1,8085,综3,N808等4个BC2Bt基因材料进行田间抗虫性接卵鉴定和PCR分子检测。同等条件下,在BC2群体内;田间抗虫性接卵鉴定结果表明:不同遗传背景的转基因材料,抗性表现不同,不同植株之间抗性各异。MPCR检测结果表明,扩增产物的条带在100bp附近,与引物设计的片段大小吻合,说明转基因后代中外源Bt的存在。田间鉴定和室内分子鉴定基本一致,为抗虫株的选育提供了理论依据。     

Bt棉功能叶氮代谢对Bt蛋白表达及氮肥调节的响应

为评价外源Bt基因插入以及氮肥对Bt棉功能叶Bt蛋白表达及氮代谢的影响,对Bt棉功能叶Bt蛋白含量,硝酸还原酶、谷丙转氨酶和蛋白酶活性,可溶性蛋白质和全氮含量等指标进行了测定。结果表明:Bt棉功能叶Bt蛋白含量在蕾期最高,此后,随生育进程呈显著下降。与常规棉相比,Bt棉功能叶硝酸还原酶活性提高,在前中期谷丙转氨酶活性显著提高且有利于可溶性蛋白质的合成,前期全氮含量显著增加,对蛋白酶活性没有明显影响。Bt棉功能叶Bt蛋白含量与硝酸还原酶活性、可溶性蛋白质和全氮含量呈显著正相关,表明Bt棉前期增强的氮代谢促进了Bt蛋白的表达。施氮肥明显提高Bt棉中后期功能叶硝酸还原酶活性、可溶性蛋白质含量和Bt蛋白的表达。基施和初花期各50%的效应显著大于全部基施,而在基施氮肥基础上,初花期增施50%的氮肥效应最明显。与常规棉比较,施氮肥更有利于Bt棉中后期功能叶硝酸还原酶活性、可溶性蛋白质含量提高。