转耐盐碱基因棉花生长发育及其对生物多样性的影响

为明确新型转基因棉花的生长发育、产量性状、生理生化指标及其对棉田生物多样性的影响,于2014—2015年对新型转耐盐碱基因棉花(13018)在施药和不施药条件下与其亲本对照中9807的生长发育及棉田生物多样性进行了系统调查和分析。结果表明,在棉花生长的关键时期苗期、蕾期和花铃期,无论施药与否,转耐盐碱基因棉花与亲本对照棉花间的单株叶面积、叶片干重、株高、主茎叶片数、主要生理生化物质含量均无显著差异,2种棉田中节肢动物个体总数、群落多样性指数、均匀性指数、优势集中性也均无显著差异。与亲本对照相比,在施药和不施药条件下,转耐盐碱基因棉花的单株大铃数在2014年分别增加了4.47%和12.65%,在2015年分别显著增加了59.51%和81.94%,表明转耐盐碱基因棉花较非转基因亲本棉花有较高的产量潜力。由此可见,新型转耐盐碱基因棉花在生长发育方面没有竞争优势,对棉田生物多样性无明显影响,产量构成性状在部分时期增强,具有较好的发展潜力。     

棉花种质材料对苗期蚜虫的抗性鉴定

为筛选可用于抗蚜性研究的棉花种质资源材料,2015―2016年对“七五”至“九五”期间鉴定的抗蚜性1级和5级的共计47份棉花种质资源进行重新鉴定。根据2年的结果,共筛选出7份抗蚜材料和3份感蚜材料,这些材料可用于抗蚜基因的挖掘及遗传机制研究。     

龟纹瓢虫幼虫体内主要共生菌种类分析

共生菌和昆虫是互利共生的关系,它参与宿主生殖、代谢、解毒等生理过程。龟纹瓢虫为农田生态系统重要天敌昆虫,同时具有取食植物花粉的习性。为明确龟纹瓢虫体内共生菌的种类与群落结构,通过Illumina MiSeq平台对龟纹瓢虫幼虫体内共生菌的16S rDNA V3～V4区进行高通量测序,生物信息学方法分析共生菌的种类和多样性。结果显示,共获得3910个OTUs,长度为360～480 bp的序列占99.54%; OTU注释结果表明,龟纹瓢虫共生菌包括37个门,75个纲,143个目,261个科,605个属;变形菌门Proteobacteria（51.84%）、厚壁菌门Firmicutes（21.81%）、放线菌门Actinobacteria（11.35%）、蓝藻菌门Cyanobacteria（7.06%）、拟杆菌门Bacteroidetes（4.49%）为龟纹瓢虫幼虫的5个优势种群。在属水平上葡萄球菌Staphylococcus（16%）、不动杆菌属Acinetobacter（8.54%）、Paracocccus（4.93%）、假单胞菌Pseudomonas（3.59%）、Boechera gunnisoniana（3.34%）、棒状杆菌属Corynebacterium（2.18%）、阪崎肠杆菌Cronobacter（2.04%）、考克氏菌属Kocuria（1.50%）、链球菌属Streptococcus（1.15%）和芽胞杆菌Bacillus（1.11%）为优势菌群。本研究初步明确了龟纹瓢虫幼虫体内共生菌种群组成与结构,为通过共生菌提高龟纹瓢虫人工繁殖效率提供参考,同时为转基因植物对龟纹瓢虫的安全评价提供新的思路。     

不同翅型棉蚜体内游离氨基酸含量对比

为了深入了解棉蚜中氨基酸组成,利用氨基酸自动分析仪分别对不同翅型不同发育时期的棉蚜进行游离氨基酸含量的分析。结果显示,不同翅型棉蚜中均检测到相同的21种游离氨基酸。其中,必需氨基酸10种,非必需氨基酸11种。在若虫时期,有翅蚜游离氨基酸含量与无翅蚜无显著差异;在成虫时期,与无翅蚜相比,有翅蚜游离氨基酸含量显著上升了1.5倍,脯氨酸、甲硫氨酸等8种游离氨基酸含量显著升高;在2个发育时期,有翅蚜的亮氨酸和甘氨酸含量显著高于无翅蚜,而有翅蚜的精氨酸含量显著低于无翅蚜;有翅成蚜的非必需氨基酸含量比无翅成蚜显著上升0.65倍。推测有翅成蚜脯氨酸与甲硫氨酸含量较无翅成蚜的增加与有翅蚜抗逆性增强有关,而有翅棉蚜体内精氨酸含量较无翅棉蚜低可能与其繁殖力低有关。这些结果可为棉蚜翅型分化分子机理研究及其防治提供参考。     

2013-2014年冀鲁豫Bt棉田烟粉虱发生动态监测

2013-2014年,在棉花的苗期、蕾期和花铃期,对冀鲁豫3省18个监测点的烟粉虱发生为害情况进行了系统调查。2年数据结果表明:冀鲁豫Bt棉田烟粉虱的发生数量均为花铃期蕾期苗期;按地区烟粉虱的发生数量进行排序:河南山东河北,2013年和2014年河南省烟粉虱发生总量分别为8822.50和13619.72头·百株-1,为害株率分别为99.17%和99.72%。     

北疆76 cm等行距和宽窄行模式的棉花害虫发生差异

通过对3行76 cm等行距和6行“矮密早”植棉（常规）模式下主要害虫发生情况的调查统计,明确当地害虫发生特点,为选择适宜植棉模式和做好害虫防治提供参考。结果表明：棉花行距的不同会影响害虫的田间扩散转移,主要是影响近距离扩散蔓延的害虫;3行76 cm等行距模式的行距较宽,在同样的气候下,同期棉花有棉蚜株率和有棉蓟马株率都低于6行“矮密早”模式。3行76 cm等行距模式较6行“矮密早”模式更有利于棉田害虫治理。     

不同诱集植物对盲蝽的诱集效果比较

为了探索棉田盲蝽的农业防治技术,研究了9种诱集植物棉花(中棉所49、LB2、BJ2和HH2)、油葵、大豆、黄秋葵、凤仙花、玉米、苘麻、豇豆和黄瓜对棉田盲蝽的诱集效果。结果表明:不同的诱集植物诱集效果不同,且差异较大。其中苘麻的诱集效果最好,其次是凤仙花,平均百株盲蝽可达421.9头和27.2头,其他诱集植物上数量均低于10头,诱集效果差。诱集植物对盲蝽的诱集效果与其花期长短、开花集中程度以及花量等都有密切的关系。     

棉花多酚氧化酶基因GhPPO1的克隆及在棉铃虫取食诱导反应中的作用

【目的】克隆棉花多酚氧化酶基因（GhPPO1）全长cDNA序列,分析其序列特征,并研究其及多酚氧化酶系对棉铃虫（Helicoverpa armigera）的取食诱导反应,明确其在棉花防御棉铃虫取食中的作用。【方法】根据笔者研究组前期从棉花SSH文库中获得的对昆虫取食诱导响应明显的棉花PPO基因序列片段,设计5′RACE特异引物,进行5′端RACE反应,测序后进行序列拼接。拼接序列在NCBI棉花dbEST数据库中,用Blastn程序进行同源检索,获得一条EST（GenBank登录号：DR461072.1）与测序结果有410 bp重复。用DNAstar进行组装、电子延伸,获得一条棉花PPO基因序列,命名为GhPPO1。在GhPPO1序列两端设计引物进行全长验证,同时设计引物,以棉花基因组DNA为模板,进行PCR扩增测序,验证GhPPO1是否含有内含子。采用BLASTX在NCBI数据库中对验证后的GhPPO1序列进行同源序列分析;ClustalW软件进行多重序列比对;MEGA 4.0软件构建系统进化树;同时对推测的编码区氨基酸序列进行功能位点及理化性质的预测与分析,所用软件包括ANTHEPRO5.0、ExPASy、InterProscan等。利用实时荧光定量PCR方法测定机械损伤、棉铃虫取食和口腔分泌物处理后,棉花叶片中GhPPO1的mRNA表达量;并通过分光光度法测定棉花叶片中PPO酶系的活性变化趋势。【结果】 GhPPO1的cDNA序列全长为2 022 bp,推测该基因编码区（ORF）为1 797 bp,编码598个氨基酸,5′UTR 含102 bp,3′UTR含123 bp,预测其等电点为6.11,蛋白分子量约67.18 kD,无内含子。GhPPO1编码区氨基酸序列包含CuA和CuB结合位点、3个N-糖基化位点、8个N-豆蔻酰化位点、6个蛋白激酶C磷酸化位点、8个酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点、1个依赖于cAMP和cGMP的蛋白激酶磷酸化位点及1个酰胺化位点。GhPPO1的CuA和CuB离子结合区,有PPO蛋白关键氨基酸组氨酸和半胱氨酸。GhPPO1蛋白与其他植物的PPO蛋白序列最大相似度几乎均在50%以上,与其他植物PPO蛋白进化关系相对较远。机械损伤棉花叶片后,GhPPO1表达量呈现出先升高后下降的趋势,至6 h表达量最高,为无处理对照的3.29倍;1龄末期棉铃虫幼虫取食棉花后,叶片中该基因的表达量呈现先升高后下降,然后又升高的趋势,至12 h表达量最高,为无处理对照的6.04倍;棉铃虫取食3 h和6 h后的表达量低于机械损伤处理后相同时间的表达量。棉铃虫取食和机械损伤棉花叶片后,PPO酶活性均呈现出升高趋势,且机械损伤处理酶活性在各时间段均高于棉铃虫幼虫取食处理。与未做任何处理的正常叶片相比,机械损伤和清水共同处理的叶片GhPPO1表达量及PPO酶活性显著升高,而机械损伤和棉铃虫幼虫口腔分泌物共同处理的叶片GhPPO1表达量及PPO酶活性无显著变化,表明口腔分泌物对GhPPO1表达量及PPO酶活性有抑制作用。【结论】获得了GhPPO1的全长cDNA序列,证明GhPPO1是棉花防御棉铃虫取食的关键PPO基因,推测棉铃虫口腔分泌物中存在抑制棉花PPO酶活性升高物质,该物质在棉铃虫适应寄主植物产生的防御反应中发挥作用。     

中国转基因抗虫棉安全评价检测制度变化分析

研究了原农业部公告第410号、第989号和第1693号内容,比较3份公告对转基因抗虫棉生产应用安全证书申请适用范围和申请材料的要求,并根据现行的《农业转基因生物安全标准》,分析了转基因植物及其产品成分检测中特异基因成分和转化体成分的检测规定。通过比较分析中国转基因抗虫棉安全评价检测制度变化,我们发现转基因抗虫棉生产应用安全证书申请程序已逐步简化,且转基因棉花及其产品成分检测的标准体系也日趋完善。     

植物源次生物质棉酚和芸香苷对绿盲蝽保护酶与解毒酶活性的影响

为明确棉酚和芸香苷2种植物次生物质对绿盲蝽Apolygus lucorum体内3种保护酶——过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和3种解毒酶——碱性磷酸酶(AKP)、酸性磷酸酶(ACP)、谷胱甘肽S-转移酶(GST)的影响,通过在人工饲料中添加棉酚和芸香苷饲喂不同龄期绿盲蝽若虫,分别在24、48、72 h后测定若虫体内保护酶和解毒酶的活性。结果表明,同一龄期的绿盲蝽若虫取食不同浓度的同种外源次生物质后,随着次生物质浓度的升高,3种保护酶活性分别在不同浓度处理下达到最大值,如1龄若虫其CAT活性在0.4 mg/mL棉酚胁迫下达到最大,为72.8 U/mg protein,SOD和POD活性分别在0.8 mg/mL棉酚胁迫下达到最大,为59.8、23.0 U/mg protein,而3种解毒酶ACP、AKP和GST活性则均在0.4 mg/mL棉酚胁迫下达到最大,分别为26.9、29.5、66.8 U/mg protein,即绿盲蝽受到不同浓度外源次生物质胁迫后,体内的保护酶和解毒酶被激活的程度不同。同一龄期若虫取食不同种类的次生物质后,体内同一种保护酶的活性变化也不尽相同,如3龄若虫其SOD活性在1.0 mg/mL棉酚或0.04 mg/mL芸香苷胁迫48 h后均达到最大,分别为58.0 U/mg protein或61.1 U/mg protein,且显著高于其它浓度胁迫,即不同种类次生物质诱导绿盲蝽同一种保护酶达到最大值所需浓度不同。表明绿盲蝽受到不同种类外源次生物质或者不同浓度同种外源次生物质胁迫后,体内保护酶和解毒酶活性的变化是一个复杂的过程,且不同酶的变化处于一种协调状态,以适应外界环境条件的变化。