低温和湿度胁迫对盛铃期Bt棉叶片Bt蛋白表达量的影响

采用盆栽试验,以转Bt基因的常规品种DP410B和泗抗1号、杂交种岱杂1号和泗抗3号为材料,探讨盛铃期18℃低温下不同湿度对Bt棉叶片Bt蛋白表达量的影响。结果表明,2010年,低温下90%、70%、50%这3种湿度胁迫6 h后,DP410B和岱杂1号叶片Bt蛋白含量比各自对照(温度为常温,湿度70%)显著降低,但泗抗1号和泗抗3号没有显著变化;2011年,当低温下90%、50%湿度胁迫时间延长至48 h后,4个品种叶片中Bt蛋白含量比各自对照均显著下降。其中岱杂1号和DP410B在胁迫12h后便开始显著低于各自对照,而泗抗1号和泗抗3号则在24 h以后才显著低于对照。说明随低温和湿度胁迫时间延长,Bt棉叶片中Bt蛋白含量下降效应逐渐增大,但不同品种间存在一定差异。     

低温对转Bt基因棉杀虫蛋白表达及其氮代谢的影响

 以2个转Bt基因抗虫棉,泗抗1号（常规种）、泗抗3号（杂交种）为材料,研究了低温对转Bt基因抗虫棉叶片中杀虫蛋白表达量和氮代谢的影响。2007年,于盛蕾期、盛花期、盛铃期,将盆栽棉花18 ℃低温下处理24 h。2008年,在18 ℃低温下处理48 h。研究结果表明,低温胁迫显著降低转Bt基因抗虫棉品种叶片中杀虫蛋白表达量。但盛铃期,下降幅度最大。其中低温胁迫24 h后,泗抗1号下降23.7%,泗抗3号下降28.1%;低温胁迫48 h后,2个品种分别下降52.9%和47.6%。叶片中丙酮酸转氨酶（GPT）活性、游离氨基酸、可溶性蛋白含量与蛋白酶活性在低温胁迫下表现相同趋势。以上结果表明,低温可能导致叶片可溶性蛋白的合成量降低,从而导致杀虫蛋白表达水平的下降。但对可溶性蛋白的分解并未有明显影响。     

温湿度胁迫对Bt棉叶片氨基酸组分及Bt蛋白含量的影响

以泗抗1号(常规品种)和泗杂3号(杂交种)为材料,于盛铃期用高温低湿度和低温低湿度2个处理胁迫棉株48 h,研究叶片氨基酸组分的变化及其与Bt蛋白含量的关系。结果表明,温湿度胁迫大幅度增加了叶片中天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸及精氨酸含量,对丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸含量无明显影响,亮氨酸、异亮氨酸含量小幅下降。低温低湿度胁迫12 h后叶片Bt蛋白含量发生显著下降,而高温低湿度处理胁迫24 h后下降幅度较大;整个胁迫过程中,低温低湿度下叶片Bt蛋白含量一直低于高温低湿度处理。温湿度胁迫还降低叶片GPT和GS酶活性,但提高了蛋白酶的活性。相关性分析表明,温湿度胁迫叶片中Bt蛋白主要氨基酸组分总量与Bt蛋白含量呈显著负相关关系。说明盛铃期湿度胁迫叶片Bt蛋白含量的下降与Bt蛋白合成能力下降、分解能力增强相关。     

高温胁迫对Bt棉蕾中杀虫蛋白含量及氮代谢的影响

为明确高温气候下Bt棉抗虫性下降的原因,以2个不同类型Bt棉品种为材料,2011年于盛蕾期设计38℃高温胁迫3、5和7 d;2012年设计38℃/25℃的昼夜变温胁迫4、7和10 d,研究其对转Bt棉蕾的杀虫蛋白表达量影响及其生理机理。结果表明,持续高温胁迫7 d内,棉蕾中Bt杀虫蛋白含量呈下降趋势,持续胁迫3 d内下降幅度最大,与未胁迫相比,泗抗3号和泗抗1号分别下降18.71%和26.54%;昼夜变温下高温胁迫4 d时蕾中Bt杀虫蛋白表达量无显著变化,当胁迫7 d以上时,Bt杀虫蛋白含量显著下降,泗抗3号和泗抗1号分别比对照下降11.32%和14.18%。持续高温或昼夜变温高温持续胁迫下,棉蕾中游离氨基酸含量和蛋白酶活性都显著增加,可溶性蛋白含量和GPT活性都显著下降。相关分析表明,游离氨基酸含量、蛋白酶活性与Bt杀虫蛋白含量呈极显著负相关;可溶性蛋白含量和GPT活性与Bt杀虫蛋白含量呈极显著正相关。分析表明,高温胁迫下蛋白质合成功能下降,分解能力增强导致可溶蛋白含量,包括Bt杀虫蛋白含量下降。常规种泗抗1号的抗虫性和氮代谢受高温的影响较大。     

温湿度处理对Bt棉杀虫蛋白表达的影响

 以转Bt基因抗虫棉杂交种泗杂3号为试验材料,在人工气候室内设置4 种温度和湿度组合（高温高湿度、高温低湿度、低温高湿度、低温低湿度）,研究了不同生育期温湿度胁迫及胁迫解除后Bt棉杀虫蛋白表达量的变化。结果表明,温湿度胁迫显著抑制Bt棉杀虫蛋白的表达。同一生育期,高温高湿度下Bt蛋白含量降幅最小,胁迫解除后恢复能力最强;低温低湿度下Bt蛋白含量降幅最大,恢复能力最弱。不同时期温湿度胁迫下Bt蛋白含量降低幅度表现为盛铃期>盛花期>盛蕾期,胁迫解除后Bt蛋白的恢复水平表现出相反的趋势。温湿度胁迫及胁迫解除后Bt蛋白表达量的恢复与胁迫类型、棉花生育期密切相关。     

高温胁迫终止后Bt棉蕾杀虫蛋白的恢复特征及相关生理机制

以大面积生产应用的Bt棉常规种‘泗抗1号’和杂交种‘泗抗3号’为材料,于扬州大学遗传生理重点实验室人工气候室,以盆栽方式设计高温胁迫试验。2017年设蕾期38℃高温持续胁迫72h终止、2018年设38℃高温持续胁迫96 h终止处理后不同时间(0、12、24、48、72和96 h)研究棉蕾Bt杀虫蛋白表达量变化及相关氮代谢生理。结果表明,盛蕾期38℃持续胁迫72 h、96 h终止后棉蕾Bt杀虫蛋白表达量均能恢复到相应对照水平,并且恢复所需时间随胁迫持续时间的延长而增加。胁迫72 h终止后,常规种泗抗1号经72 h、杂交种泗抗3号经48h蕾的Bt杀虫蛋白表达量与对照已无显著差异;胁迫96 h终止后,泗抗1号经96 h、泗抗3号经72 h,棉蕾Bt杀虫蛋白表达量与对照已无显著差异。相关分析表明,高温胁迫终止后,蕾中可溶性蛋白表达量、谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)活性、谷氨酸草酞乙酸转氨酶(GOT)活性与Bt杀虫蛋白表达量呈极显著正相关(相关系数分别为0.964**、0.981**、0.971**);而游离氨基酸含量、蛋白酶和肽酶的活性与Bt杀虫蛋白表达量呈极显著负相关(相关系数分别为-0.894**、-0.912**、-0.834**)。因此,生产上可根据高温持续时间预测棉蕾Bt杀虫蛋白表达量的恢复程度,合理防治棉铃虫等相关害虫。     

涝渍对Bt棉棉蕾杀虫蛋白表达含量及氮代谢影响

以Bt棉常规种泗抗1号和杂交种泗抗3号为材料,于盛蕾期设计不同程度涝渍(土壤持水量为最大持水量的90%、100%,渍水2 cm)胁迫4 d以及土壤持水量为最大持水量90%逆境下持续胁迫24~120 h的试验,探讨棉蕾中Bt杀虫蛋白表达量变化及相关氮代谢生理机制。结果表明,土壤不同涝渍程度影响棉蕾Bt蛋白含量。土壤持水量为最大持水量的90%、100%和渍水2 cm处理胁迫后,常规种泗抗1号棉蕾中Bt蛋白含量分别下降36.5%、42.1%和51.4%,杂交种泗抗3号分别下降19.2%、57.2%和64.5%。90%的土壤持水量持续胁迫96 h使棉蕾Bt蛋白含量开始显著下降,泗抗1号和泗抗3号分别下降20.8%和17.6%。随着胁迫时间延长下降幅度增大。不同涝渍程度或水渍持续胁迫条件下,棉蕾中可溶性蛋白含量,硝酸还原酶(NR)、谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)、谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性下降,游离性氨基酸含量,肽酶、蛋白酶活性增加。说明涝渍逆境下,棉蕾中蛋白质合成能力下降、分解能力增强,引起可溶性蛋白包括Bt杀虫蛋白含量下降,导致棉蕾抗虫性下降。     

高温胁迫对Bt棉叶片杀虫蛋白表达量和氮代谢影响的研究

通过对两个不同类型Bt棉品种(系)不同生育期高温胁迫及持续时间研究表明,高温胁迫(37℃)48h对盛蕾期和盛花期叶片Bt杀虫蛋白含量影响不大。但在结铃盛期,高温使Bt杀虫蛋白含量明显下降。48h的持续高温结果进一步表明,科棉1号36h前下降快,新洋822于36h后下降快。高温使蛋白酶和肽酶活性提高,丙酮酸转氨酶活性下降,但氨基酸含量增加,说明可溶性蛋白分解增强。     

低温胁迫对Bt棉纤维中杀虫蛋白含量及氮代谢的影响

本研究以常规种泗抗1号(Sikang 1, SK1)和杂交种泗抗3号(Sikang 3, SK3)为材料进行盆栽试验,研究了不同低温水平及其处理持续时间对Bt棉盛铃期纤维中杀虫蛋白含量变化及氮代谢生理特征。结果表明,纤维中的杀虫蛋白含量随着温度的降低总体呈下降趋势,同时低温处理持续期显著影响杀虫蛋白含量。与对照相比,纤维中杀虫蛋白含量的降低幅度随低温胁迫时间的延长而增大。此外,随着处理温度的降低,可溶性蛋白含量、谷丙转氨酶活性、谷草转氨酶活性呈下降趋势,游离氨基酸含量、肽酶活性、蛋白酶活性呈上升趋势,且在低温处理48 h后,均与杀虫蛋白含量呈极显著相关。因此,低温胁迫促使了蛋白质的合成功能下降,分解能力增强,导致可溶性蛋白含量下降,游离氨基酸含量升高,最终导致杀虫蛋白含量下降,且其受低温胁迫持续期显著影响。     

昼夜变温下高温对Bt棉铃壳杀虫蛋白及氮代谢生理的影响

【目的】确定在昼夜变温条件下,高温逆境对转基因棉花铃壳中杀虫蛋白含量的影响及相关生理特征。[方法]以大面积推广应用的Bt棉常规品种泗抗1号和杂交种泗抗3号为材料,于2011―2012年在扬州大学遗传生理重点实验室,用盆栽棉花在人工气候室设计昼夜变温(39/27℃)条件下高温持续4~10 d胁迫,研究铃壳中Bt蛋白含量、氮代谢相关物质和关键酶活性的变化特征。【结果】铃壳中Bt杀虫蛋白含量随胁迫时间的延长而降低。与对照(32/25℃)相比,胁迫7 d后铃壳中Bt杀虫蛋白开始急剧下降。2011年度常规种泗抗1号和杂交种泗抗3号分别下降了18.44%和14.82%;2012年分别下降了19.07%和15.26%。铃壳中Bt杀虫蛋白下降同时,其游离性氨基酸含量和蛋白酶活性明显上升,而可溶性蛋白含量和GPT活性则显著下降。【结论】昼夜变温下高温引起铃壳中蛋白质合成减弱,分解加剧,导致蛋白质含量下降(包括Bt蛋白含量下降),从而引起抗虫性降低。     

低温高湿对转Bt基因抗虫棉杀虫蛋白表达及其氮代谢的影响

摘要：通过对两个不同类型Bt 棉品种不同生育期低温高湿胁迫研究表明,低温高湿胁迫48h整个生育期叶片Bt杀虫蛋白含量都下降,其中在结铃期,Bt杀虫蛋白含量大幅下降。低温高湿使叶片GPT活性下降,游离氨基酸含量、可溶性蛋白含量下降,即氮代谢减弱。     

源库调节对Bt棉棉铃外源杀虫蛋白表达量影响的研究

 以转Bt基因抗虫棉不同大小棉铃品种泗抗1号、泗抗3号和科棉6号为材料,2005－2006年于扬州大学实验农场进行源库调节对棉铃Bt杀虫蛋白表达量影响的试验。研究结果表明：整株去除一半叶片,则体积膨大期棉铃体积、铃重和子指变小,且体积和铃重以大铃品种科棉3号受影响大,花后28 d体积和铃重分别下降15.4%和20.5%,子指以小铃品种泗抗1号受影响大,花后28 d下降了20.6%;与体积、铃重结果相反,铃壳和棉子中Bt蛋白含量增加,花后21 d则分别增加了23.5%～32.3%和3.3%～18.8%。整株均匀去除一半蕾,则棉铃体积、铃重和子指变大,其中仍以大铃品种受影响大,花后28 d分别增加了25.8%,10.4%和12.7%;而铃壳和棉子中Bt蛋白含量下降,仍以大铃品种下降幅度大,花后21 d分别下降了40.6%和33.7%。相关分析表明,源库调节下铃体积、铃重都与铃壳和棉子中Bt蛋白含量呈显著负相关,子指与棉子中Bt蛋白也表现同样效应。因此,在育种和栽培时需协调好棉铃发育和Bt表达的关系。     

赤霉酸和缩节胺对转Bt基因抗虫棉棉铃Bt毒蛋白表达及氮代谢的影响

以泗抗1号和泗杂3号为研究材料,于盛花结铃期,应用赤霉酸(GA3)、缩节胺(DPC)涂抹幼铃,探讨其对棉铃Bt毒蛋白表达及氮代谢影响。结果表明,DPC能显著提高花后10d和30d(DPA)棉铃Bt毒蛋白含量,GA3降低10DPA铃壳和子棉中Bt毒白含量,但提高30DPA棉铃Bt毒蛋白含量。DPC提高了硝酸还原酶(NR)、谷氨酸-丙酮酸转移酶(GPT)、谷氨酸-草酰乙酸转移酶(GOT)活性并增加了游离氨基酸、可溶性蛋白及全氮含量,GA3处理则降低了10DPA铃壳、棉子中上述酶活性和物质含量。相关分析表明,棉铃中Bt毒蛋白含量与NR、GPT和GOT活性呈极显著正相关(r1=0.8776**,r2=0.7172**,r3=0.7028**)。可见,转Bt基因抗虫棉开花后应用DPC或GA3可提高充实期棉铃,能促进棉铃氮代谢水平,从而促进Bt毒蛋白的表达。     

新疆北部地区转Bt基因棉外源杀虫蛋白表达时空动态研究

 为研究新疆北部地区转Bt基因棉外源杀虫蛋白时空表达规律,2009年和2010年以中棉所43、GK62、GK19和sGK321等4个转Bt基因抗虫棉为试验材料,利用ELISA技术对其不同器官的Bt杀虫蛋白进行测定。结果表明：年度间不同转基因抗虫棉品种Bt 杀虫蛋白时空变化趋势基本一致,只是2年的Bt杀虫蛋白表达量不同,有些品种年度间差异明显;Bt杀虫蛋白含量因棉花器官的不同和棉花生育期的变化差异较大。各品种中Bt杀虫蛋白含量随棉花生育期的推进呈逐渐下降的趋势,以子叶期的子叶中的含量最高,子叶期、3叶期和7叶期的顶叶中的Bt杀虫蛋白含量明显高于现蕾期、开花期、结铃期和吐絮期的顶叶、蕾、花瓣和幼铃;棉蕾在现蕾期的Bt杀虫蛋白含量高于开花期和结铃期;花瓣在开花期的Bt杀虫蛋白含量高于结铃期。在现蕾期,顶叶中的Bt杀虫蛋白高于棉蕾;在开花期,棉蕾中的Bt杀虫蛋白含量高于顶叶,后者又高于花瓣;在结铃期,嫩叶与棉蕾中的Bt杀虫蛋白含量高于花瓣与幼铃。研究结果说明转Bt基因棉花Bt杀虫蛋白的表达水平受棉花器官种类、棉花生育期、棉花品种和种植年份的影响。     

Relationship between Bt Protein Expression and Nitrogen Metabolism in Insect-Resistant Transgenic Cotton Lines with Different Genetic Backgrounds

[Objective] This study aimed to determine the relationship between Bt protein expression levels and nitrogen metabolism in insect-resistant transgenic cotton lines with different genetic backgrounds and to provide some recommendations for the selection of highly insect-resistant cotton cultivars. [Method] Bt protein contents and nitrogen metabolism-related indexes were measured in young leaves, buds, and bolls of 41 cotton lines at different developmental stages (4–6 leaf, flourishing bud, and flourishing boll setting stages), and the correlations among these indexes were analyzed. [Result] The expression level of Bt protein in vegetative organs was found to be highly significantly positively correlated with the contents of soluble protein and free amino acids but not that of total nitrogen. Bt protein expression levels in reproductive organs were highly significantly positively correlated with soluble protein and total nitrogen contents and significantly positively correlated with free amino acid content. While soluble protein levels showed a relatively steady decrease from seedling to bud stages and from bud to boll setting stages, the highest Bt protein contents were measured in reproductive organs in mid- to late periods. [Conclusion] The expression level of Bt protein had the highest positive correlation with soluble protein and can thus be used as a reliable index for selection of highly insect-resistant cotton cultivars.