环境因素对转Bt基因棉Bt杀虫蛋白表达量的影响

对不同转Bt基因抗虫棉花品种的研究表明 ,花铃期田间渍涝或土壤缺水干旱 ,可显著降低棉株不同器官的Bt蛋白含量。与对照相比 ,渍涝后各器官Bt蛋白含量降低幅度 ,幼蕾 >主茎功能叶 >主茎老叶 ,干旱后降低幅度 ,主茎老叶 >幼蕾 >主茎功能叶。两因素相比 ,干旱对Bt蛋白合成的抑制作用更强。追施氮肥可显著提高主茎老叶的Bt蛋白含量 ,主茎功能叶与幼蕾的Bt蛋白含量有所提高 ,但不显著。因此 ,为充分发挥转Bt基因棉花品种自身的抗虫水平 ,应加强田间管理 ,合理施肥 ,及时防旱排涝     

喷施尿素对Bt棉蕾的杀虫蛋白含量影响及氮代谢机制

以常规种泗抗1号(SK-1)和杂交种泗抗3号(SK-3)作为试验材料,设置喷清水(CK)和不同浓度(1.0%～10.0%)尿素处理,研究喷施不同浓度尿素对Bt棉蕾中杀虫蛋白表达量的影响。结果表明：随着尿素浓度的增加,棉蕾中杀虫蛋白含量呈先增加后降低的趋势,尿素浓度7.0%～8.0%处理的棉蕾中杀虫蛋白含量最高,较对照增加14.9%～24.8%。氮代谢机制表明,棉蕾中可溶性蛋白质和游离氨基酸含量增加,谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)、谷草转氨酶(GOT)和谷丙转氨酶(GPT)活性提高,与Bt杀虫蛋白含量表现一致;蛋白酶和肽酶活性与Bt蛋白含量量呈相反特征。主成分分析进一步表明,两品种棉蕾的可溶性蛋白质和游离氨基酸含量,GS、GOGAT、GOT和GPT活性对Bt杀虫蛋白含量变化的贡献分别达71.8%和72.4%;蛋白酶和肽酶活性对Bt杀虫蛋白含量变化的贡献分别为23.4%和21.6%。综上,蕾期根外喷施尿素,Bt棉蕾的蛋白质合成提高是杀虫蛋白含量提高的主要原因。     

土壤增氮对棉花当日花Bt杀虫蛋白含量影响及相关生理机制

以Bt棉常规品种泗抗1号、杂交品种泗抗3号为材料,在常规施氮量(CK, 300 kg·hm^-2)水平上,设计增施氮素25%、50%、75%、100%4个处理,探讨土壤增氮对棉花当日花中Bt杀虫蛋白含量的影响及其蛋白质代谢机制。结果表明：两类型品种当日花中Bt杀虫蛋白含量均随施氮量增加呈先升高后降低的趋势,且在施氮量增加75%时当日花中Bt蛋白含量达最大值,较CK增加37.8%～85.2%。氮代谢生理机制表明,施氮量增加75%时当日花可溶性蛋白质含量、游离氨基酸含量、蛋白质合成关键酶[谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase, GS)、谷氨酸合成酶(glutamate synthase, GOGAT)]活性显著提高;蛋白质分解关键酶(蛋白酶、肽酶)活性则随施氮量增加呈下降趋势,但处理间差异不显著。在常规施氮水平上适量增氮有利于促进Bt杀虫蛋白合成,从而提高棉花Bt抗虫性。     

盐胁迫对转Bt基因棉苗期Bt蛋白表达量和氮代谢的影响

以棉花鲁18、鲁21为材料,以长期(播种时进行盐处理,长到4片真叶时取样)与短期(4片真叶时进行盐处理,10 d后取样)盐胁迫进行对比试验,发现长期盐胁迫后,鲁18、鲁21的Bt蛋白含量和可溶性蛋白含量在根、茎、叶中均增加,而游离氨基酸含量在根、茎、叶中均降低,盐质量分数越大,影响越显著,对叶的影响最大,其次是茎,对根的影响最小。Bt蛋白含量与游离氨基酸含量呈极显著负相关,与可溶性蛋白含量呈极显著正相关。短期盐胁迫棉苗根、茎、叶中的Bt蛋白含量、可溶性蛋白含量均降低,而游离氨基酸含量在根、茎、叶中均增加,盐质量分数越大,影响越明显,对根的影响最大,其次是叶,对茎的影响最小。短期盐胁迫的Bt蛋白含量与游离氨基酸含量呈极显著负相关,与可溶性蛋白含量呈极显著正相关。可见,与短期盐胁迫相比,长期盐胁迫棉苗抗虫性更强。     

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。     

温度和土壤水分与Bt棉铃壳中杀虫蛋白表达关系及其氮代谢生理机制

【目的】明确温度和土壤水分对Bt棉杀虫蛋白含量及其氮代谢活性的影响,为生产中Bt棉抗虫性的安全稳定利用提供理论参考。【方法】2016-2017年以转Bt抗虫基因抗虫棉常规品种泗抗1号（SK1）和杂交种泗抗3号（SK3）为材料,采用盆栽法,设置29℃、32℃、35℃、38℃ 4个温度水平,土壤最大持水量的80%、70%、60%、50%、40% 5个土壤水分水平,观察温度和土壤水分对Bt棉铃壳杀虫蛋白含量的影响,各处理持续胁迫4 d。2016年主要研究各处理对Bt棉铃壳中杀虫蛋白含量的影响;在此基础上,2017年进一步探讨各处理对铃壳中可溶性蛋白含量、谷氨酸草酰乙酸转氨酶（GOT）、蛋白酶、肽酶活性的影响。【结果】SK1和SK3杀虫蛋白含量均在32℃、最大持水量为60%时最高,分别达到471.1 ng·g^-1 FW和351.7 ng·g^-1 FW。在同一土壤水分条件下,32℃最利于SK1和SK3杀虫蛋白表达;同一温度条件下,最大持水量60%利于SK1和SK3杀虫蛋白表达。对杀虫蛋白含量与温度和土壤水分关系进行二元多项式回归分析发现,Bt棉杀虫蛋白含量（Y）与温度（X₂）和土壤水分（X₁）呈二元二次方程关系,其中SK1、SK3相关方程分别为Y=-3230.2+17.2X₁+199.1X₂-0.3X₁²-3.7X₂²-0.7X₁X₂ （r＝0.829^**）、Y=-3322.0+40.7X₁+145.2X₂-0.3X₁²-2.0X₂²-0.3X₁X₂（r＝0.739^**）。SK1的杀虫蛋白表达量最大的温度和土壤水分条件为31.8℃、57.8%,SK3为33.2℃、60.8%。氮代谢相关生理特征表明,SK1和SK3均表现为在32℃和土壤含水量为60%处理下,棉铃中可溶性蛋白含量、谷氨酸草酰乙酸转氨酶（GOT）活性较高,蛋白酶、肽酶活性较低;杀虫蛋白含量与可溶性蛋白和GOT活性呈极显著正相关关系（r＝0.613**;r＝0.735**）,与蛋白酶活性和肽酶活性呈极显著负相关关系（r＝-0.724**;r＝-0.738**）。【结论】温度和土壤水分通过调控蛋白质分解和合成,共同影响Bt棉杀虫蛋白表达,且与其含量呈二元二次方程关系。     

转Bt基因抗虫棉33B的氮素代谢特征

以转B t基因抗虫棉新棉33B及其常规棉对照品种泗棉3号为材料,探讨转B t基因抗虫棉氮素代谢特征。结果显示:转基因抗虫棉33B主茎功能叶片中的全N含量、可溶性蛋白含量、硝酸还原酶(NR)活性以及主要氨基酸总量和游离氨含量均高于常规棉,其氮代谢十分旺盛;转基因抗虫棉33B的棉铃对位叶、铃壳中的全N含量亦高于常规棉,表明转基因抗虫棉33B具有较强的源、库生理优势。但在棉铃发育中后期,转基因抗虫棉33B营养物质向棉铃运输速度比常规棉低,从而导致单铃重减轻,衣分下降。     

转Bt基因棉花杀虫蛋白表达规律及对棉铃虫控制作用研究

为了探明不同棉花品种对棉铃虫发生的影响,采用酶联免疫法(ELISA)检测在安徽省普遍种植的12个转Bt基因棉花品种不同生育期叶片,以及不同组织器官的Bt蛋白含量,并结合室内生物测定方法探讨不同棉花品种对棉铃虫幼虫的毒杀效果。结果表明,不同棉花品种Bt蛋白含量差异显著,首先,Bt蛋白在中棉所71、中棉所65、爱棉1号和岱杂2号的各生育期,以及不同组织器官中均能相对稳定地高表达;其次,铜杂411、荃银棉4号和皖棉17在部分生育期及组织器官中Bt蛋白含量较高;与上述品种相比,创072、湘杂棉7号、稼元216、农丰棉1号和鄂杂棉26在不同生育期以及不同组织器官中的Bt蛋白含量普遍较低。同时,转Bt基因棉花Bt蛋白的含量随着棉花逐渐生长逐步下降,然而其下降趋势并非呈现出平滑和逐渐递减的状态,12个棉花品种三叶期叶片中Bt蛋白的含量普遍较低,随着棉花生长,在七叶期叶片至蕾期叶片的生长过程中出现一个Bt蛋白的表达高峰。室内生物测定表明,其对棉铃虫幼虫的致死率与其杀虫蛋白表达量基本一致。     

转Bt基因抗虫棉苏抗103棉铃增重途径研究

通过对苏抗 10 3在高产条件下铃重在棉株的分布以及不同部位棉铃发育过程中籽棉、纤维量的动态变化研究 ,明确了苏抗 10 3棉铃增重须通过氮肥和缩节安的协调应用 ,促进中上部铃和外围铃的发育 ,尤其对花后14 d以后的棉铃发育     

Bt转基因棉氮代谢生理变化的研究

在田间条件下,对Bt杂交棉科棉1号和常规棉新洋822及其亲本的氮代谢生理情况进行研究。结果表明：Bt棉的氮代谢较强,以盛铃期最为明显,表现为叶片全氮含量明显升高,科棉1号和新洋822在盛铃期分别比亲本增加36．01％和18．96％．而棉铃全氮含量显著下降。氨基酸和可溶性蛋白质含量显著提高,盛铃期科棉1号和新洋822叶片游离氨基酸分别增加10．86％和9．44％,可溶性蛋白分别增加9．82％和8．31％。叶片硝酸还原酶(NR)、丙酮酸转氨酶(GPT)活性增强,科棉1号和新洋822盛蕾期NR活性比其亲本分别高28．37％和12．83％;GPT活性在盛蕾期和盛铃期比亲本分别增加10．51％、4．38％和39．04％、29．05％,蛋白酶活性则明显下降。因此对于Bt基因导入的棉花品种在推广应用过程中应及时调控棉株氮代谢生理强度,以保持营养生长和生殖生长的平衡。     

转Bt-cry1Ac基因棉花叶片中杀虫蛋白在环境中的降解动态

 采用ELISA方法研究了Bt棉花叶片中Cry1Ac杀虫蛋白在不同环境条件空气介质中和土壤介质中的降解规律。结果表明，不同环境下Bt杀虫蛋白降解趋势有明显差异。不同温湿度及光照条件的空气介质中，Bt杀虫蛋白的降解速度一般在初期较快，经过短暂的缓慢降解阶段后进入相对稳定状态（含量50 ng·g-1左右）。高温低湿条件下，Bt杀虫蛋白降解较快，达到稳定水平的时间短。Bt杀虫蛋白在光照和非光照环境下的的降解动态没有显著性差异。自然条件下Cry1Ac蛋白在土壤介质中初始阶段降解迅速，30 d后降解了85%左右。随着冬季的到来, 杀虫蛋白降解趋于缓慢。次年春天后，杀虫蛋白的降解加快，至 4月下旬检测不到Bt杀虫蛋白。     

土壤水分亏缺对Bt棉铃壳杀虫蛋白表达的影响

【目的】研究土壤水分亏缺对Bt棉杀虫蛋白含量及Bt基因表达、氮代谢酶活性的影响,为Bt棉抗虫性安全表达提供理论参考。【方法】2014—2015年以Bt棉常规品种泗抗1号、杂交种泗抗3号为材料,采用盆栽法,2014年设置5个土壤水分处理:G1、G2、G3、G4和CK,其土壤含水量分别为最大持水量的15%、30%、45%和75%。2015年设置4个处理:G2、G3、G4和CK。观察土壤水分亏缺对盛铃期Bt棉铃壳杀虫蛋白含量影响。所有处理于盛花期前10 d控制浇水,如遇下雨,将处理盆钵移入室内。使用WET土壤三参数速测仪监测土壤水分,用称重法控制土壤水分,即当监测发现土壤水分低于设计值时,于早晨、中午、傍晚进行定量补水。2015年进一步研究水分亏缺对Bt基因表达量、氮代谢相关合成酶(硝酸还原酶和谷氨酸丙酮酸转氨酶)活性、分解酶(肽酶和蛋白酶)活性的影响。【结果】与对照(土壤含水量为最大持水量75%)相比,泗抗1号和泗抗3号铃壳中Bt蛋白含量随土壤水分亏缺程度的增加而降低,且在土壤含水量为最大持水量60%时开始显著下降,但泗抗1号下降幅度低于泗抗3号,其中2014年泗抗1号下降22.5%,泗抗3号下降41.6%。在土壤含水量为最大持水量60%时,铃壳中Bt基因表达量增加,泗抗1号、泗抗3号分别比对照提高48.6%和22.1%。氮代谢相关酶活性变化表明,水分亏缺条件下,2个类型品种的硝酸还原酶(NR)和谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)活性降低,肽酶和蛋白酶活性增加。且肽酶和蛋白酶活性变化幅度高于NR和GPT。相关分析表明,NR和GPT活性与铃壳中杀虫蛋白含量呈显著或极显著正相关;肽酶和蛋白酶活性与杀虫蛋白含量呈显著负相关。【结论】水分亏缺胁迫下,供试品种铃壳中杀虫蛋白质含量下降。但在转录水平,未发现Bt基因表达量下降。但氮代谢关键合成酶(NR和GPT)活性降低,分解酶(肽酶和蛋白酶)活性增加。因此,蛋白质合成减弱、分解加强可能导致铃壳中杀虫蛋白含量下降。     

外源基因在转基因抗虫油菜中的遗传行为

为了选育出稳定的转基因抗虫油菜新品种，采用卡那霉素抗性分析和PCR检测技术对转基因抗虫油菜中Bt杀虫蛋白基因的遗传行进行了研究，连续三代的研究结果表明，Bt杀虫蛋白基因以单拷贝、杂合地整合到转基因植株（T01，T02，T03，T05，T06，T07，T08）的基因组中，并稳定地遗传给后代，纯合转基因株系杂交分析表明，在不同T0转基因植株中Bt杀虫蛋白基因整合位点是不同的，T01和T05或T03和T08的Bt杀虫蛋白若整位点是同源染色体的不同座位，而其他转基因植株的Bt杀虫蛋白若整位点是在非同源染色体上。     

新疆棉区转基因抗虫棉对棉铃虫的毒杀效果

用室内生测法研究分析了转基因抗虫棉不同生育期、不同组织器官对棉铃虫1日龄幼虫的毒杀效果.结果表明:抗虫棉花不同发育阶段,对棉铃虫幼虫的杀虫活性存在明显的时间差异,总的趋势是前强后弱.抗虫棉花不同组织器官对棉铃虫幼虫的毒杀效果具有空间上的差异,蕾和苞叶毒杀效果最强,花蕊毒杀效果最弱.抗虫棉花对棉铃虫幼虫具有较强的控制作用,幼虫很难存活至化蛹.     

Bt杀虫蛋白在转基因抗虫棉中的表达

[目的]评价转基因抗虫棉的生物安全性.[方法]利用3个由花粉管通道法获得的转Bt基因的抗虫棉品系,通过Southern杂交技术研究了抗虫棉的插入数,通过棉铃虫饲喂、半定量RT-PCR和ELISA测定了抗虫棉的Bt杀虫活性的时间和空间的动态变化.[结果]Bt基因在抗虫棉中为1～2个拷贝数;Bt蛋白杀虫活性的时空动态表现为在不同生育期的同一器官中,苗期叶片的表达比花铃期的叶片强,在同一生育期内,不同器官表达不同,叶片和铃壳的表达高于苞叶、花和雌雄蕊.[结论]Bt杀虫蛋白在转基因抗虫棉中的抗性具有时空表达特异性.