转基因棉花对草间小黑蛛生长发育及其相关酶活性的影响

为评估转基因抗虫棉花对天敌的安全性,用取食常规棉(中棉所49)、单价棉(中棉所45)和双价棉(2009002)的棉铃虫幼虫饲喂草间小黑蛛,采用酶联免疫和分光光度计法研究转基因抗虫棉对草间小黑蛛生长发育及其相关酶活性的影响。结果显示,与常规棉花相比,单价棉花使草间小黑蛛4～5龄幼虫发育历期显著延长,对其余龄期影响不显著;双价棉花对草间小黑蛛1～3龄幼虫发育历期影响不显著,4～5龄幼虫发育历期显著延长,6龄后大量死亡。2种转基因棉对草间小黑蛛体重及其体内外源蛋白含量的影响均不显著,除谷胱甘肽-转移酶和单价棉处理的过氧化物酶外,对其它相关酶活性亦无显著影响。     

The selective feeding of cotton bollworms (Helicoverpa armigera) on transgenic and non-transgenic cotton leaves from consecutive cultivation fields

Abstract

The aim of this study was to determine whether target-insects selectively feed on transgenic or non-transgenic crops after consecutive cultivation in fields. We sampled leaves from insect-resistant single-transgenic cotton (expressing Cry1Ac gene), pyramided-transgenic (expressing Cry1Ac and CPTI genes) and conventional cotton that were consecutively cultivated for three years in a field. Cotton bollworm (Helicoverpa armigera) collected from the cotton field was reared and its next-generation larvae were fed the three types of cotton leaves in a laboratory. The leaf area damaged by the cotton bollworm larvae was not significantly different among single-transgenic, pyramided transgenic and conventional cotton leaves. There was no significant difference found in the leaf damage among the combination groups of the three cotton types. The survival rate of the bollworms was comparable among the combination groups. The results demonstrated that the cotton bollworms did not selectively feed on transgenic or non-transgenic cotton leaves after consecutive cultivation, which may be due to the resistance evolution of the target-insects and decreased Bt content in transgenic cotton leaves.     

Bt棉种植时期和作物布局方式对龟纹瓢虫生长发育和繁殖的影响

采集多年连作Bt棉区、Bt棉与春玉米等作物混栽区(过渡区)、多年连作果园(非Bt区)的龟纹瓢虫幼虫,分别用Bt棉上的棉蚜、Bt棉和非Bt植物上的蚜虫、非Bt植物上的蚜虫饲养,模拟研究Bt棉不同推广种植时期和作物布局方式对龟纹瓢虫发育、繁殖生物学特性的影响。结果显示,采自不同种植区域的龟纹瓢虫,雌雄成虫的体型由小到大依次为:Bt棉区<过渡区、非Bt区;体重依次为:Bt棉区、过渡区<非Bt区;幼虫历期依次为:Bt棉区>过渡区>非Bt区;新羽化的雌雄成虫体重均依次为:Bt棉区<过渡区<非Bt区;雌成虫比例依次为:Bt棉区<过渡区、非Bt区;羽化成虫的单雌产卵量依次为:Bt棉区、非Bt区<过渡区。表明采自不同种植区域的龟纹瓢虫,体型、体重、发育和繁殖特性均有较大差异,与多年连作果园和过渡区相比,多年连作的Bt棉区中,龟纹瓢虫成虫的体型和体重降低、幼虫发育历期延长、新羽化成虫的体重减轻、雌虫比例降低、单雌产卵量下降。     

转Bt基因玉米对粘虫的室内杀虫效果评价

在室内用生测法研究了表达Cry1Ab杀虫蛋白的Bt玉米MON810和Bt11小苗和心叶对粘虫Mythimna separata (Walker)初孵幼虫以及玉米叶片对暴食期4龄和5龄幼虫的杀虫效果.结果表明,2种Bt玉米小苗及心叶对粘虫初孵幼虫都具有很好的控制效果,取食MON810和Bt11小苗的粘虫初孵幼虫第1 天的存活率分别为69.44%和86.11%,到第3 天时,取食Bt11小苗的幼虫全部死亡,此时取食MON810小苗的幼虫存活率仅为4.17%,到第7 天全部死亡,而此时在各自相对应的对照玉米DK647和NX4906小苗上幼虫存活率分别为91.66%和88.89%.取食MON810和Bt11心叶的粘虫初孵幼虫第2 天时幼虫存活率急剧下降,分别为13.89%和19.45%,到第7 天时,取食两种Bt玉米心叶的初孵幼虫全部死亡,而取食对照玉米心叶幼虫存活率分别为94.45%和97.22%,差异极显著.两种Bt玉米对粘虫4龄幼虫有很好的杀虫效果,取食的第11天 4龄幼虫全部死亡,对照幼虫存活率均为100%;在Bt11和MON810叶片上取食的粘虫5龄幼虫也不能存活,分别在取食的第11天和12天全部死亡,对照存活率分别为96.00%和98.00%,差异极显著.表明Bt玉米对粘虫初孵幼虫和暴食期的4龄和5龄粘虫都具有显著的致死作用.     

转基因抗虫棉花对棉铃虫生长发育影响的系统评价

以我国研制的转基因抗虫棉(Bt棉)品系CK595-1为材料,系统研究了对棉铃虫1～5龄幼虫存活及生长发育的影响。结果表明,Bt棉对棉铃虫的杀虫活性和体重抑制率有明显的器官和幼虫龄期间差异,其活性顺序为叶>蕾>铃>花,其作用随着幼虫龄期的增大而降低。棉铃虫1～4龄幼虫连续取食Bt棉叶片和棉蕾不能正常化蛹,5龄幼虫可部分化蛹及羽化;1～4龄幼虫取食Bt棉的花及2～5龄幼虫连续取食Bt棉铃后均可部分化蛹及羽化,化蛹率随龄期增大而增加。     

转基因棉和常规棉叶片对抗Cry1Ac近等基因系棉铃虫生长发育的影响

利用室内饲喂法,以抗Cry1Ac近等基因系棉铃虫为材料,比较转基因棉花33B和SGK321及其对照亲本DP5415和石远321对抗、感棉铃虫生长发育的影响。结果表明,抗性棉铃虫在取食常规棉叶后表现出一定的适合度代价。取食DP5415和石远321两种常规棉花后,抗性品系棉铃虫的幼虫存活率显著低于敏感品系,取食33B和SGK321两种转基因棉花的抗性棉铃虫,不仅其幼虫存活率显著高于敏感品系,而且致死中时间也比敏感品系延长。取食9天后,抗性品系在常规棉花石远321和DP5415上发育到3龄和4龄幼虫的比例显著低于敏感品系,取食33B和SGK321转基因棉花的抗性品系发育到3龄幼虫的比例均显著高于敏感品系。抗性品系在常规棉上的蛹重均显著低于敏感品系,部分取食转基因棉花的抗性品系棉铃虫可以化蛹,而敏感品系不能在转基因棉花上化蛹。     

Cry1Ac和Cry2Ab蛋白对大草蛉生长发育及酶活力的影响

为明确转Cry1Ac和Cry2Ab基因棉花对大草蛉的影响,运用Bt蛋白与人工饲料混合的方法,以大于转基因棉花叶片中蛋白含量20倍的剂量饲喂大草蛉初孵幼虫,初步研究了Cry1Ac和Cry2Ab对大草蛉生物学参数和消化酶、解毒酶活性的影响。结果表明：取食含Bt蛋白饲料的大草蛉幼虫的发育历期、体重、蛹重、成虫体重、羽化率等生物学参数与对照相比均没有显著差异;在大草蛉幼虫体内可以检测到含量较高的Cry1Ac和Cry2Ab蛋白,分别为974.92~1 282.39 ng/g鲜重和5 592.62~6 082.92 ng/g鲜重,而在大草蛉成虫体内检测到的Cry1Ac和Cry2Ab蛋白含量非常低,分别为0.29~0.39 ng/g鲜重和50.34~56.71 ng/g鲜重;取食含Bt蛋白的饲料对大草蛉幼虫的类胰蛋白酶、类胰凝乳蛋白酶、氨肽酶和谷胱甘肽-S-转移酶活性有一定的影响,但对大草蛉成虫影响与对照差异不显著。表明大草蛉取食含Bt蛋白的人工饲料后,虽然体内可以检测到一定含量的Bt蛋白,但对大草蛉的生长发育并没有显著的直接不利影响。     

新疆南部棉区转Bt基因棉花对棉铃虫抗性的季节性变化规律

采用ELISA检测和室内生物测定方法,测定6个转Bt基因棉花品种(系)不同生育期叶片中的Bt毒蛋白含量及其对各世代棉铃虫的抗性水平。转Bt基因棉花叶片中的Bt毒蛋白含量总体上随着棉花生育期的推进而逐渐下降,6个品种(系)叶片的Bt毒蛋白含量子叶期最高,达1 210.03～1 733.15 ng/g,与子叶期相比,三叶期、七叶期、盛蕾期、花铃期、吐絮期Bt毒蛋白含量减少幅度为2.5%～96.0%。6个品种(系)对第4代棉铃虫幼虫抗虫性较低,毒杀效果仅为19.0%～41.3%。幼虫的校正死亡率逐代下降,各棉花品种对第4代幼虫的校正死亡率仅为12.0%～36.2%。     

我国棉铃虫对Bt蛋白Cry1Ac抗性现状及分子机制研究进展

棉铃虫Helicoverpa armigera是一种全球性的重要农业害虫,主要为害棉花、玉米和大豆等作物。长期种植单价Bt棉花（表达Cry1Ac蛋白）会使棉铃虫田间种群承受单一、持续的选择压力,必然会导致棉铃虫对Cry1Ac的抗性发生演化。该文概述我国棉铃虫田间种群对Cry1Ac的抗性现状、自然庇护所对棉铃虫Cry1Ac抗性演化的延缓作用以及棉铃虫对Cry1Ac抗性的遗传多样性,并对今后我国关于棉铃虫Bt抗性的治理对策进行了展望。     

陷阱法调查转Bt棉对棉田地面蜘蛛群落的影响

为明确转Bt棉对非靶标节肢动物棉田蜘蛛群落的影响,在棉花全生长期利用陷阱法对转Bt棉(中棉29)和传统棉田(湘杂3号)蜘蛛的群落多样性及数量动态变化进行了系统调查。结果表明:共采集棉田蜘蛛5 020头,隶属13科33种,其中转Bt棉田2 548头,隶属12科27种,传统棉田2 472头,隶属12科27种;转Bt棉田和传统棉田均以狼蛛科Lycosidae、平腹蛛科Gnaphosidae和隐石蛛科Titanoecidae为优势科,优势科的优势种也均为沟渠豹蛛Pardosa laura、蛞平腹蛛Gnaphosa kompirensis和白斑隐石蛛Nurscia albofasciata,2种棉田在地面蜘蛛群落组成上除少部分稀有物种存在差异外,优势科及优势科的优势种均无显著差异;且3种优势种蜘蛛数量、Shannon-Wiener多样性指数以及物种丰富度均无显著差异;2种棉田地面蜘蛛数量动态变化也无显著差异,均有2个高峰期,分别在苗期和铃期。表明转Bt棉对棉田地面蜘蛛群落无显著影响。     

Bt棉对主要棉虫发生的影响及防治对策

对河南新乡棉区种植的转Ｂｔ基因棉和常规棉棉田虫情进行了定点系统调查和大田普查,结果表明：棉铃虫在两种棉田棉花上的落卵量无明显差别,而幼虫存量差异显著,Ｂｔ棉棉花上幼虫存量显著降低;Ｂｔ棉对棉蚜的发生无明显的影响,而Ｂｔ棉上棉红蜘蛛的发生比常规棉略重,同时初步研究制定出种植Ｂｔ棉后的棉虫综防对策     

不同Bt杀虫蛋白通过食物链对大草蛉的影响

为了明确目前转基因抗虫植物中表达的Bt蛋白对农田重要捕食性天敌大草蛉的生态安全性,采用三级营养食物链评价体系,分别以对供试Bt蛋白Cry1Ac、Cry1F和Cry2Ab具有抗性的靶标害虫或不敏感的非靶标害虫作为大草蛉的猎物,研究了供试3种蛋白对大草蛉的影响。结果表明,当大草蛉以抗性棉铃虫（抗Cry1Ac或Cry2Ab）或抗性玉米螟（抗Cry1F）为猎物时,供试3种Bt蛋白通过食物链对大草蛉幼虫（4龄幼虫重量和幼虫发育至蛹历期）、蛹（化蛹率、蛹重和蛹发育历期）及成虫（羽化率、雌虫重量、雄虫重量和单雌产卵量）的生长发育及产卵量均无显著影响;同样地,当大草蛉以对3种Bt蛋白不敏感的非靶标昆虫——绿盲蝽作为猎物时,通过食物链传递的Bt蛋白对大草蛉生长发育及繁殖也无显著影响。因此,目前转基因棉花、玉米或水稻中广泛表达的Cry1Ac、Cry1F和Cry2Ab蛋白,通过三级营养食物链,对大草蛉生长发育及繁殖均无潜在毒性。     

Cry1Ac杀虫蛋白对甜菜夜蛾飞行能力的影响

转Bt基因作物上害虫取食Bt杀虫蛋白后存活并羽化的成虫飞行能力对于其飞离Bt作物,寻找庇护所中敏感个体进行交配、产卵,从而稀释抗性基因频率,实现“高剂量/庇护所”抗性治理策略具有重要意义。本文对取食含不同浓度Cry1Ac杀虫蛋白人工饲料的初羽化（未取食补充营养）甜菜夜蛾飞行能力进行了测试,结果表明,幼虫取食含25、50、100 μg/g和200 μg/g Cry1Ac杀虫蛋白人工饲料存活并羽化的成虫飞行距离、飞行速度和飞行时间均差异显著（p<0.05）。取食含较低浓度Cry1Ac杀虫蛋白（25 μg/g和50 μg/g）的人工饲料有促进成虫飞行的倾向,尽管与取食不含Cry1Ac杀虫蛋白的对照相比,成虫飞行距离、飞行速度和飞行时间均未达到显著增加的水平,但强飞行个体比例明显增加。随着饲料中Cry1Ac杀虫蛋白浓度的升高,羽化的成虫飞行能力显著下降。雄蛾飞行能力下降的程度比雌蛾更加明显。这些数据为转Bt基因作物上迁飞性害虫的种群动态规律及其潜在的抗性治理策略提供了科学依据。     

转cry1Ac玉米对亚洲玉米螟的抗性评价

目标性状的有效性评价是转Bt基因抗虫玉米研发和安全性评价研究的重要内容之一。采用酶联免疫吸附剂测定（ELISA）、室内生测和田间人工接虫鉴定研究了转cry1Ac玉米纯合群体BT-X和分离群体BT-38、BT-181、BT-43、BT-105等转化事件Cry1Ac蛋白的表达量以及对亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis（Guenée）的室内杀虫和田间抗虫效果。转cry1Ac玉米鲜组织中Cry1Ac蛋白含量在44.07～438.00 ng/g之间,不同转化事件及不同组织之间差异显著,其中BT-X鲜花丝中Bt蛋白表达量显著低于未展开心叶。室内生测试验中除BT-43与对照没有显著差异外,取食其它转基因玉米心叶的亚洲玉米螟初孵幼虫6或7天的存活率为0～15.3%,显著低于非转基因对照;取食夏播BT-X鲜花丝6天的幼虫存活率为62.5%,显著低于Bt11及非转基因对照。田间心叶期接虫鉴定显示BT-X高抗亚洲玉米螟。说明转cry1Ac玉米BT-X、BT-181、BT-38和BT-105对亚洲玉米螟有很高的杀虫作用,BT-X田间抗虫效果良好。     

荧光增白剂对Cry1Ac抗感棉铃虫围食膜的影响及增效作用

为了提高Bt的杀虫活性,运用扫描电镜、SDS-PAGE电泳和生物测定技术,研究了荧光增白剂FB28对棉铃虫Cry1Ac抗性和敏感品系围食膜的影响及对Cry1Ac杀虫蛋白的增效作用。结果表明,正常棉铃虫围食膜表面光滑致密,没有空洞和缝隙。用含1%FB28的人工饲料饲喂刚蜕皮的5龄棉铃虫幼虫2 h后,抗感棉铃虫围食膜表面均出现许多空洞,且敏感棉铃虫的空洞明显大于抗性棉铃虫;随着处理时间的延长,围食膜上的空洞逐渐变小,13 h后恢复正常。用1%FB28离体或活体处理抗、感品系棉铃虫,均可造成围食膜蛋白被降解。用1%FB28与Cry1Ac杀虫蛋白混合饲喂抗、感棉铃虫初孵幼虫,可明显提高棉铃虫的死亡率,且对抗性品系的增效作用明显大于敏感品系,对敏感和抗性品系棉铃虫的增效比分别为2.23和9.34;1%FB28还可以明显增加对抗、感品系3龄棉铃虫幼虫的生长抑制作用。     

转 Bt基因抗虫棉对棉大卷叶螟抗性的研究

:转Bt基因抗虫棉对棉铃虫有很好的抗性,对棉大卷叶螟(SyleptaderogataFabricius)的抗性未见报道。作者研究表明,棉大卷叶螟在棉田为聚集分布型,低龄幼虫有集中为害习性;抗虫棉对其有很好的抗性,平均虫株率为2.2%,较常规棉中棉所12降低96.6%;百株虫量为133.8头,较常规棉降低88.4%。     

转基因棉对棉铃虫幼虫生长及中肠蛋白酶活性的影响

室内测定了转慈姑蛋白酶抑制素(API)基因棉对棉铃虫幼虫的抗虫活性及对中肠蛋白酶活性的影响。结果表明，以转基因棉饲养棉铃虫，对幼虫拒食率24h达76．49％，72h达80．57％，试虫体重在取食48h后显著下降，72h后较对照低54．04％。试虫取食转API基因棉后，中肠的强碱性胰蛋白酶和类胰凝乳蛋白酶活性显著降低，取食24、48h后的强碱性胰蛋白酶酶活性分别只有对照组的68．1l％和55．89％；类胰蛋白酶活性分别为对照组的85．87％和64．61％；对弱碱性类胰蛋白酶活性不明显。显示转API基因棉对棉铃虫幼虫中肠蛋白酶的抑制作用与对棉铃虫生长发育的阻滞有良好的相关性。     

甜菜夜蛾幼虫对常规棉和转基因棉的取食选择行为

本文研究了甜菜夜蛾Spodoptera exigua幼虫在转基因棉和常规棉上的取食行为反应,以及有/无学习经历对其取食选择的影响及选择行为对蛹重的影响。结果表明,用人工饲料饲养至3龄5、龄的甜菜夜蛾幼虫在常规棉品种33和转基因棉品种33B上、常规棉品种石远321和转基因棉品种SGK321上的取食选择行为除24h内更多的5龄幼虫选择了石远321,在其它时段,幼虫并没有表现出对转基因叶片的规避行为,甚至有些时段更多地选择在转基因叶片上取食;分别用33叶片、33B叶片饲喂至3龄的甜菜夜蛾幼虫进行33和33B的取食选择,以及分别用石远321S、GK321的叶片饲喂至3龄的甜菜夜蛾幼虫进行石远321和SGK321的取食选择均未表现出对转基因棉的规避行为。上述所有处理中,甜菜夜蛾在常规棉上化蛹的蛹重与转基因棉上化蛹的蛹重无显著差异。结果表明,甜菜夜蛾对单价转基因棉33B和双价转基因棉SGK321均未表现出行为抗性。因此,在转基因棉花的害虫治理中要特别关注甜菜夜蛾的防治。     

Cry1Ah蛋白对多异瓢虫和日本通草蛉的安全性评价

非靶标生物在转基因抗虫作物的环境安全性评价中具有非常重要的地位。本研究系统评估了新型Bt杀虫蛋白Cry1Ah对多异瓢虫幼虫、成虫和日本通草蛉成虫各项生物学指标的影响。结果表明,取食体表布满Cry1Ah蛋白的桃蚜后,多异瓢虫幼虫存活率、幼虫历期、蛹历期、体质量、雌雄成虫寿命、雌虫产卵量与对照相比均差异不显著。日本通草蛉成虫取食含有Cry1Ah蛋白的蜂蜜水后,雌雄成虫寿命、雌虫产卵量与对照间均差异不显著。因此,Cry1Ah蛋白对多异瓢虫和日本通草蛉的各项生命指标无显著的不利影响,这为转Cry1Ah基因抗虫棉花商业化释放前的安全性评价提供重要的技术支撑。     

Long-term selection for resistance to transgenic cotton expressing Bacillus thuringiensis toxin in Helicoverpa armigera (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae)

Selection experiments for resistance to transgenic Bt cotton expressing Cry1Ac toxin in Helicoverpa armigera (Hübner) were conducted using a leaf-feeding method with 42 selection episodes over 45 generations. The cotton bollworm developed resistance to transgenic Bt cotton after 12 generations (F12) of selection. The survival rate of F12 neonates feeding on leaves of seedling stage for 4 days and boll-opening stage for 5 days of R19 line were ca 34 and 72%, respectively, compared with ca 0 and 40% for a non-selected sister strain (NYCS), but lower than or similar to that of F12 feeding on leaves of non-Bt cotton, Sumian 12 (ca 87 or 76%). Resistance to B thuringiensis HD-1 Dipel in neonates (F12) was ca 6-fold. After 42 generations of selection, the strain developed a very high level of resistance to Cry1Ac protoxin, 210 g kg(-1) MVPII wettable powder and 200 g litre(-1) MVPII liquid formulation, the resistance ratios being 1680-, 1780- and ca 1200-fold, respectively, compared with a laboratory susceptible strain (HZS). When compared with the non-selected NYCS, the resistance ratios to the above toxins were ca 540-, 580- and 510-fold, respectively, but to Dipel only ca 16-fold. The results indicated that it is very important to develop and implement effective resistance-management strategies and to detect early resistance to Bt cotton in field populations.