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。     

土壤胁迫与温度对转Bt基因棉抗虫性的影响

土壤水分过多和过少均不利于转 Bt基因棉杀虫蛋白的表达 ,土壤涝渍可造成转 Bt基因棉抗虫性的显著下降 ,而土壤干旱的影响则相对较小。低温 ( 1 8℃ )不仅可明显降低转 Bt基因棉抗虫基因的表达活性 ,亦可明显降低已表达于棉株中的杀虫蛋白的抗虫活性。高温 ( 3 8℃ )亦可降低转 Bt基因棉抗虫基因的表达活性 ,但较低温的影响则相对较小 ;高温下已表达于棉株中的杀虫蛋白对低龄棉铃虫幼虫的抗虫活性明显增强。因此 ,应加强转 Bt基因棉田的水肥管理 ,保证转 Bt基因棉抗虫性的高效表达 ,重视各种异常天气后转 Bt基因棉田间的虫量监测 ,适时进行防治     

转Bt基因棉杀虫蛋白含量时空分布及对棉铃虫产生抗性的影响

采用ＥＬＩＳＡ法（酶链免疫法）、室内初孵棉铃虫生测法和田间棉铃虫为害调查方法，研究和分析了中国构建的 Ｂｔ（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）基因抗虫棉品系ＧＫ３和美国构建的Ｂｔ基因棉品系新棉３３Ｂ的不同生育期以及花铃期不同器官的杀虫蛋白含量、校正死亡率和田间受害率变化趋势以及它们之间的关系。结果表明，转Ｂｔ基因棉Ｂｔ杀虫蛋白含量在棉花生育过程中呈时空动态变化，在时间分布上，各生育期顶尖平展叶表现为：初花期＞蕾期、花铃期＞苗期＞吐絮期；在花铃期，各器官表现为：功能叶、茎尖＞小蕾、幼铃＞花蕊、花瓣、苞叶、老叶。室内生测幼虫校正死亡率与棉株Ｂｔ杀虫蛋白含量高度一致；田间表现与Ｂｔ杀虫蛋白含量有一定的差异，除主要受Ｂｔ杀虫蛋白影响外，棉铃虫取食选择性，以及残存高龄幼虫为害和棉株各部位营养结构等也影响其抗虫性，造成后期棉铃虫主要为害花、蕾和幼铃，两材料抗虫性表现较为一致。     

转Bt基因棉Bt毒蛋白表达量的时空变化

采用抗体夹心ELISA技术,对转Bt基因抗虫棉植株中Bt毒蛋白含量进行了测定.结果表明,Bt基因在所有检测到的器官中均有表达,但是不同器官中的Bt毒蛋白含量明显不同.在苗期全展功能叶中Bt毒蛋白含量最高,根、茎和叶柄中Bt毒蛋白含量较低;在花铃期当日开花的子房中Bt毒蛋白含量较高,雌雄蕊中Bt毒蛋白较低,花瓣及苞叶Bt毒蛋白含量最低.表明Bt基因在不同器官中的表达强度存在差异.不同生育期的功能叶中Bt毒蛋白含量差异显著,Bt毒蛋白含量在苗期叶片中最高,蕾期次之,花铃期最低.随着棉花生长发育进程的推进,Bt基因在叶片中的表达强度逐渐减弱.Bt基因在棉花体内的表达随着器官的不同、生育时期的不同而表现出时空动态变化.这可能是人们所观察到的转Bt基因抗虫棉对棉铃虫抗性呈时空动态变化的根本原因.     

人工模拟“庇护所”和“非庇护所”条件下棉铃虫对Bt棉的抗性演变

 人工饲料中添加转Bt基因杂交棉品种中棉所29棉仁粉,建立杂交和自交品系分别模拟“庇护所”和“非庇护所”条件,连续多代进行棉铃虫对Bt棉的抗性筛选。结果表明：经11代筛选,棉铃虫自交品系和杂交品系的幼虫死亡率下降,体重和体长增加,幼虫历期缩短,化蛹率和羽化率增加。依据幼虫死亡率、体重、体长、幼虫历期以及化蛹率、羽化率等生命参数的演变,相较杂交品系,自交品系对Bt棉能更快地产生适应性。11代筛选后,利用不同抗性品系棉铃虫进行转基因棉抗虫性评估,结果表明：相比敏感品系,杂交品系测定4个转基因棉品种的抗虫性等级未发生变化,而中棉所29等3个转基因棉品种对棉铃虫自交品系的抗性下降了1个等级。对Bt制剂的抗性测定结果表明,杂交品系的抗性倍数为2.5215,自交品系的抗性倍数为9.3876。据本研究初步结果,利用“庇护所”策略延缓棉铃虫对转Bt基因棉的抗性产生是可行的。     

转Bt基因棉对朱砂叶螨适合度的影响

 在室内利用培养皿叶碟饲养法研究了朱砂叶螨在转Bt基因棉叶和常规棉叶上连续饲喂时各代种群增长的情况。结果表明,经过12代的饲养后,与常规棉相比,转Bt基因棉对朱砂叶螨的净增殖率、内禀增长率、平均寿命、种群加倍时间等生命参数无显著影响,显示出在短期内转Bt棉的种植均不会明显地表现出对朱砂叶螨种群的增长呈有利或有害的迹象。     

转Bt基因抗虫棉抗虫性遗传研究

以转 Bt基因抗虫棉 R55为材料 ,利用ELISA( Enzyme-linked Immunosorbent Assay)检测方法 ,通过对不同亲本与抗虫亲本 R55杂交F1～ F5、BC1、BC2 世代材料 Bt晶体杀虫蛋白的定性、定量测定 ,结合大田自然感虫条件下的抗棉铃虫鉴定 ,研究了转 Bt基因抗虫棉 Bt基因的遗传规律。结果表明 :F1均表现阳性 ,F2 阳、阴性株符合 3∶ 1的分离比例 ,回交 BC1阳、阴性株呈现 1∶ 1的分离比例 ,说明 Bt基因的遗传基本符合显性主基因遗传规律。但 Bt基因的遗传又有其特殊性 ,表现在亲本的遗传背景对 Bt基因的表达有着较大影响 ,不同亲本与抗虫亲本杂交 F1代 Bt晶体蛋白的表达量存在较大差异 ;杂交方式对 Bt基因的表达亦有一定影响 ;不加选择的连续回交 ,有可能使 Bt基因“丢失”。未发现 Bt基因的表达随世代的递增、农艺和经济性状的改进而降低的趋势 ,Bt基因可以稳定遗传     

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。     

转Bt基因棉不同品种杀虫蛋白季节性表达及其对棉铃虫的控制作用

实验室条件下研究了不同品种转Bt基因棉花对棉铃虫抗性的差异、不同生育期棉花抗虫性的变化及Bt毒蛋白季节性表达。结果显示,不同品种转Bt基因棉在不同发育阶段,其棉叶均有阻止棉铃虫取食的作用,表现了明显的抗性,但其抗性强弱存在明显差异。DP 99B抗性表现最好,Hanza154抗性相对较差,6 d平均校正死亡率分别为89.23%和75.91%。转基因棉不同品种对棉铃虫的抗性在时间上呈现动态变化,以植株发育阶段划分,表现为蕾期盛花期花铃期铃期。ELISA测定结果表明,Bt毒蛋白在转基因棉不同器官中的含量差异显著,叶片中Bt毒蛋白的表达量显著大于其它组织器官。随着棉花生长发育的推进,叶片(鲜重)中Bt毒蛋白含量则明显降低,表现为七叶期三叶期蕾期铃期花铃期。     

昼夜不同温度对2种Bt棉苗期叶片杀虫蛋白表达量和棉铃虫死亡率的影响

为探讨Bt棉的抗虫性对不同昼夜温差变化的响应机理,应用生物测定和ELISA方法,于苗期对2种不同来源的Bt棉棉株进行连续96 h的不同昼夜温度处理,用处理后的叶片饲喂棉铃虫,研究昼夜温度变化对Bt蛋白表达及棉铃虫死亡率的影响。结果表明,白天高温35℃,夜间低温18℃,能显著影响Bt棉蛋白表达量和幼虫死亡率,且随着胁迫时间的延长,杀虫蛋白含量和幼虫死亡率急剧下降;虽然白天高温35℃,夜间正常温度28℃,也会影响杀虫蛋白表达量和幼虫死亡率,但影响程度较小,且随着胁迫时间的延长,Bt蛋白的下降幅度趋于稳定。2个不同基因来源的品种间,美国棉‘邯杂154’蛋白表达量高于‘皖棉11’,且美国棉品种受到昼夜温度变化的影响较小。白天极端高温,晚上极端低温可以显著影响Bt棉抗虫性,并且胁迫时间越长,影响越强,该研究结果将为中国棉花种植过程中经常出现的极端天气下Bt棉的抗虫性安全应用提供理论基础。     

生长前期转Bt基因棉对棉铃虫(Helicoverpa armigera Hübner)的抗性研究

生长前期转 Bt基因棉对低龄棉铃虫幼虫具较强的抗性 ,子叶期抗性最强 ,真叶后下降 ,随后逐渐上升 ,至 1 0叶期达顶点 ,之后又开始下降 ;沿江棉区一代棉铃虫幼虫发生期 ,正处于 Bt基因棉的生长前期 ,转 Bt基因棉对 1龄和 2龄幼虫在较短的时间内即表现出较强的抗虫效果 ,对 3龄和4龄幼虫抗虫效果明显下降 ,但连续取食后全部不能存活 ,对 5龄幼虫抗虫效果较差 ,连续取食后可部分化蛹但化蛹率明显低于对照。同时测定了降雨对生长前期转 Bt基因棉抗性表达的影响     

转Bt基因棉对棉铃虫抗性的时空动态

在室内研究了转Ｂｔ基因棉对棉铃虫抗性的时空动态及对棉铃虫幼虫取食行为的影响,结果表明,整个棉花生长期,棉花不同器官随着时间的变化其抗性有较大的差异,如７月以后,棉叶对棉铃虫幼虫的抗性明显下降,由６月下旬的１００％下降到８月初的６２．５％,然后抗性又逐渐回升,但仍为下降的趋势;从空间抗性来看,营养器官的抗性高于繁殖器官,接虫２４ｈ后,棉铃虫幼虫在转基因棉繁殖器官上分布数量较多;转基因棉对棉铃虫幼虫取食行为有较大的影响,和常规棉相比,在转基因棉上取食时间减少５７．６％,吐丝下垂、爬行和静息的时间分别延长３９６．１％、２２．４％和４．０％。     

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。     

转基因抗虫棉Bt 毒蛋白表达量的传递方式研究

从卡那霉素抗性鉴定、抗虫性鉴定和 Bt毒蛋白含量测定等三个方面对转基因抗虫棉 Bt毒蛋白表达量的传递方式进行了研究。结果表明 ,转基因抗虫棉美棉 3 3 B和 GK-12对棉铃虫具有显著的抗性。盛蕾期饲喂美棉 3 3 B、GK-12棉株顶端叶片 72 h后 ,初孵棉铃虫幼虫死亡率分别为86.8%、75 .1% ,对照 TM-1、泗棉 3号、苏棉 12三个常规棉品种 (系 )初孵幼虫死亡率分别为10 .9%、13 .9%、9.2 %。美棉 3 3 B、GK-12盛蕾期功能叶片 Bt毒蛋白含量分别为每克鲜重 83 6.68ng、682 .5 6ng。饲喂美棉 3 3 B、GK-12与常规棉品种 (系 )杂种一代棉株顶端叶片 72 h后 ,初孵棉铃虫幼虫平均死亡率分别为 84.1%、77.2 % ,两个转基因抗虫棉品种与常规棉品种 (系 )杂种一代功能叶片的 Bt毒蛋白含量平均值分别为每克鲜重 82 0 .5 8ng、683 .77ng。转基因抗虫棉与常规棉杂种一代的抗虫性表现及 Bt毒蛋白表达量与转基因抗虫棉亲本非常接近 ,杂种二代群体 Bt毒蛋白检测阳、阴性反应植株的分离比例符合 3∶ 1,回交世代 BC1 群体 Bt毒蛋白检测阳、阴性反应植株的分离比例符合 1∶ 1,与抗虫性鉴定结果高度一致。转 Bt基因抗虫性状的遗传是受一对完全显性基因控制的 ,Bt基因与 NPT II基因是紧密连锁或完全连锁的。Bt毒蛋白表达量按照一对显