Effects of High Alternating Day and Night Temperature Conditions on the Boll Wall's Bt Protein Content and Nitrogen Metabolic Physiology in Bt Cotton

[Object] In this study, the objective was to study changes in the boll wall's Bt protein concentration and related physiological characteristics under high alternating day and night temperature conditions in Bt cotton. [Method] The experiments were conducted at the Key Laboratory of Genetics and Physiology, Yangzhou University during the 2011-2012 cotton growing seasons. The conventional Bt cotton cultivar Sikang-1 and hybrid cultivar Sikang-3 were used as the test materials. The boll wall's Bt protein content and nitrogen metabolic physiology were investigated under high temperatures (39/27 ℃, day/night) for 4-10 d at the peak boll stage. [Result] The Bt protein content in the boll wall decreased as the stress time increased. Compared with the control (day/night, 32/25 ℃), the Bt protein content in the boll wall decreased significantly at 7 d under the high temperature stress. The values for cultivars Sikang-1 and Sikang-3 decreased by 18.44% and 14.82%, respectively, in 2011, and by 19.07% and 15.26%, respectively, in 2012. As the Bt toxin content decreased, the boll wall's free amino acid content and protease activity increased, while the soluble protein content and GPT (Glutamic-pyruvic transaminase) activity decreased significantly. [Conclusion] The reduction in Bt protein synthesis and increase in the insecticidal protein degradation at the boll wall under high temperatures caused a reduction in the protein content, including the Bt protein content, which resulted in a reduction in insect resistance.     

移栽Bt棉的生长发育及其碳氮代谢研究

2002-2003年在江苏高肥力棉田,移栽条件下对9个Bt基因棉花品种(系)的生长发育特点及其碳氮代谢特征进行了研究。结果表明,中棉所29等3个杂交种在整个生长期表现为棉株高增长快,叶面积增长量大,现蕾和成铃强度大,生殖器官干物重也高,叶片全氮、可溶性糖含量高,NR、GPT、Rubisco、Sucroase活性高,表现为生长发育两旺,常规Bt棉GK19和新棉33B盛花前株高、叶面积生长快,现蕾强度大,叶片全氮含量高、NR、GPT活性高,表现为前期生长旺盛;新洋822和苏抗103结铃盛期后叶面积生长快,现蕾和成铃强度大,碳氮代谢强,表现为后期生育旺盛;sGK321和鲁棉研16整个生育期氮代谢强度大,但可溶性糖含量低、Rubisco、Sucroase等活性小,营养生长快,生殖生长弱,表现为营养生长过旺。     

Bt抗虫棉新品系毒蛋白表达差异分析

【目的】本研究旨在探讨部分抗虫棉不抗虫的原因。【方法】通过室内生物测定、卡那霉素、Bt-Cry1Ab/Ac试纸条、PCR分析、Southern blot检测和Bt蛋白含量检测等方法分析了23个抗虫棉新品系的抗虫性。【结果】生测结果表明供试品系间幼虫死亡率差异显著。卡那霉素、Bt-Cry1Ab/Ac试纸条、PCR分析和Southern blot检测结果表明,Bt基因在供试材料中整合并稳定遗传且为单拷贝。RT-PCR结果表明,各试验品系Bt基因相对表达量差异较大,花期叶片Bt基因的相对表达量最高;Bt蛋白检测结果发现抗虫棉Bt蛋白表达量在生育前期大于后期,营养器官中的大于生殖器官,不同年份Bt蛋白含量差异显著。幼虫死亡率与Bt基因相对表达量的相关系数仅为0.1745,与Bt蛋白的相关系数为0.7130,表明Bt蛋白含量越高,抗虫性越好;各组织器官的Bt蛋白与Bt基因的相对表达量相关系数为-0.3659~0.2542,二者表达趋势不一致,表明遗传背景对抗虫棉Bt蛋白的表达具有一定影响。且Bt基因可能在转录后受到调控导致Bt蛋白含量发生变化,从而影响了抗虫棉的抗虫性。【结论】这些结果有望为抗虫棉育种提供参考。     

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。     

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。     

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。     

渍涝与干旱对不同转Bt基因抗虫棉的影响

对 3个转 Bt基因棉花品种的研究表明 ,花铃期田间渍涝显著降低皮棉产量和棉株内的 Bt蛋白含量。积水后棉花主茎功能叶和幼蕾的 Bt蛋白含量平均分别比对照降低 2 7.7%和 2 9.9% ,主茎下部老叶的 Bt蛋白含量仅降低 6 .6 % ,说明渍涝对生长旺盛器官 Bt蛋白合成的影响远远大于衰老器官。干旱对棉株内 Bt蛋白合成的抑制更强 ,当花铃期干旱使棉叶致萎时 ,主茎下部老叶、幼蕾和主茎功能叶的 Bt蛋白含量分别降低了52 .9%、3 7.0 %和 3 0 .0 %。为充分发挥和利用转Bt基因棉花品种的产量与抗虫潜力 ,棉花生长发育的关键时期应尽量避免缺水干旱 ,及时排除田间积水 ,防止渍涝危害     

高温胁迫对Bt棉铃壳Bt蛋白含量及氮代谢影响

为研究生产上出现的高温气候下Bt棉不抗虫现象的原因,本文以两个不同类型Bt棉品种为材料,在人工气候室内设计3、5、7 d的高温(39℃)处理,探讨高温对棉铃虫首先取食器官铃壳Bt蛋白含量及氮代谢的影响。结果表明,高温持续胁迫7 d内,铃壳Bt蛋白含量呈持续下降特征,持续胁迫3 d内尤其是在1 d内下降幅度最大。相应地,铃壳中可溶性蛋白含量、谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)和谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)活性下降;铃壳中游离氨基酸含量,蛋白酶和肽酶活性提高,尤其以胁迫1 d内变化幅度最大。因此,铃期高温气候会对Bt棉抗虫性有较大影响,应及时做好棉铃虫等相关害虫的防治。     

绿盲蝽危害后转Bt基因棉花嫩叶的几个生理指标变化特征分析

 以转Bt基因棉品系苏抗310和其轮回亲本泗棉3号为材料,研究绿盲蝽危害后转Bt基因棉花顶部嫩叶的几个相关生理指标的变化特征。结果表明：绿盲蝽危害后,棉花顶叶的叶绿素、可溶性蛋白和游离氨基酸含量显著降低,说明绿盲蝽危害后,棉花顶部嫩叶氮代谢受到一定破坏,引起叶绿素含量的下降,这对叶片成熟后光合作用是不利的。棉花顶部嫩叶受危害后,缩合单宁含量提高和苯丙氨酸解氨酶（PLA）活性增强,表明棉花植株抵御盲蝽危害能力提高,但转Bt基因棉品系顶部嫩叶缩合单宁含量和PLA活性低于非转Bt基因棉品种;即使是绿盲蝽危害后的顶部嫩叶也均未达到非转Bt基因棉品种正常水平,这可能是导致转Bt基因棉盲蝽危害加重的原因之一。棉花顶部嫩叶受害后,非转Bt基因棉泗棉3号可溶性糖含量降低,而转Bt基因棉品系苏抗310升高;非转Bt基因棉品种受绿盲蝽危害后顶部嫩叶可溶性糖含量降低,不利于绿盲蝽的发生,而转Bt基因棉品系受危害后顶部嫩叶可溶性糖含量上升,不利于对绿盲蝽的危害控制,这可能是转Bt基因棉绿盲蝽危害重于非转Bt基因棉的又一原因。     

转Bt基因抗虫棉叶片光合生产特征的探讨

 2003—2004年在江苏高肥力棉田,对9个转Bt基因棉花品种(系)的生长发育特点及其光合生产特征进行了研究。结果表明,中棉所29等3个转Bt基因杂交种在盛蕾期至盛铃期表现为叶绿素和可溶性糖含量高,净光合速率强,生殖器官干物质高,成铃强度大,蔗糖转化酶活性较高,光合生产表现为全生育期旺盛型;常规转Bt基因抗虫棉GK19和GK99088盛花前叶绿素含量、净光合速率和可溶性糖含量等光合生产特征旺盛;科棉4号和鲁棉研22表现为盛花后叶绿素含量,净光合速率,可溶性糖等光合生产特征旺盛;sGK321和鲁棉研16整个生育期叶绿素含量、叶片光合速率等光合生产特征较弱。相关分析表明,叶片蔗糖转化酶活性和生殖器官干重、成铃强度呈显著正相关,相关系数分别为0.9842^**和0.8699。生产上应根据不同类型Bt棉的光合生产特征,采取不同的促控措施,以发挥光合生产潜力,提高产量。     

不同转基因棉的抗虫性与Bt毒蛋白含量关系研究

转单价 Bt基因棉和转双价 ( Bt+ Cp TI)基因棉对棉铃虫抗性的时空动态及其 Bt毒蛋白含量变化表明 ,无论是单价 Bt基因还是双价 ( Bt+Cp TI)基因 ,对棉铃虫均有明显的抗性 ,呈现明显的时空动态变化。单价 Bt基因在花铃期以前抗性不如双价 ( Bt+ Cp TI)基因 ,在花铃期单价 Bt基因棉花营养器官的抗性稍好于双价 ( Bt+ Cp TI)基因 ,但生殖器官的抗性不如双价 ( Bt+ Cp TI)基因。转单价 Bt基因棉和转双价 ( Bt+ Cp TI)基因棉的 Bt毒蛋白含量时空动态变化趋势与各自的抗虫性相一致。但转双价 ( Bt+ Cp TI)基因棉的Bt毒蛋白表达量在棉株各生育期同一器官及同一生育期不同器官均比转单价 Bt基因棉略低 ,说明 Cp TI基因对棉铃虫也有一定的抗性     

抗虫棉生长发育过程中Bt杀虫基因及其表达的变化

目前已商品化生产的国内外抗虫棉品种在生产上均存在“苗期抗性强,后期抗性减弱”的现象。从DNA、mRNA和蛋白质3个水平上对双价抗虫棉139-20 R4代植株中Bt杀虫基因及其在整个生长发育期的时空表达进行了系统研究。研究结果表明,Bt杀虫基因在抗虫棉中的表达具有时空特异性。同一组织,Bt杀虫蛋白含量在整个生长发育期呈动态     

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。     

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。     

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。     

抗虫杂交棉F1代与亲本Bt蛋白表达量及抗虫差异性研究

对转 Bt基因抗虫杂交棉正、反交 F1代与抗虫亲本的 Bt蛋白表达量及抗棉铃虫差异性研究表明 :抗虫亲本与其杂种 F1代均高抗棉铃虫 ,但抗虫亲本的抗虫性略好于其杂种 F1代 ,并且明显地高于非抗虫亲本 ;正、反交杂种 F1代间的抗虫性几乎没有差异。生长前期的抗虫性好于后期 ,同一时期嫩叶或侧枝生长点的抗虫性好于幼蕾。抗虫亲本叶片和花瓣的 Bt蛋白含量明显地高于其杂种 F1代 ,抗虫亲本功能叶的 Bt蛋白含量明显地高于其上部非功能叶 ,而杂种 F1代功能叶的 Bt蛋白含量则明显地低于其上部非功能叶。盛花期后至吐絮期前 ,叶片和花瓣的 Bt蛋白表达量明显增加 ,在抗虫亲本中表现最为明显。与叶片相比 ,在花瓣中检测到的 Bt蛋白含量极低。正、反交 F1代间的 Bt蛋白表达量差异较小或无规律可循     

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。     

种植转双价基因( Bt+CpTI )棉对主要土壤养分和酶活性的影响

 采用灭菌盆栽试验,以转双价棉品种sGK321及其亲本常规棉品种石远321为研究对象,对4个生长时期(苗期、蕾期、花铃期、吐絮期)根际土壤养分(全氮、全磷、速效磷和有机质)含量及某些酶(脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶)活性变化进行了对比分析。结果表明,在观测期间,与同源常规棉相比,转双价棉根际土壤全磷含量和速效磷含量在同一时期均无显著差异,不同生育期差异明显,根际土壤全氮含量、有机质含量、酶活性在一些时期则明显不同,其变化随棉花品种、生育期不同而不同。转双价棉蕾期根际土壤全氮含量和苗期根际土壤过氧化氢酶活性以及苗期、蕾期的碱性磷酸酶活性显著高于常规棉(P<0.05),而蕾期根际土壤有机质含量、根际土壤过氧化氢酶活性和苗期、花铃期根际土壤脲酶活性以及苗期碱性磷酸酶活性则显著低于常规棉(P< 0.05)。聚类分析表明,土壤养分和酶活性变化主要受生长时期的影响,转双价棉种植对其影响是非常有限的。