抗虫转基因水稻及其杂交水稻对土壤微生物群落多样性与组成的影响

微生物是土壤物质循环与肥力演变的驱动者,其群落组成关系到土壤微生态系统的稳定与可持续性。对抗虫转基因水稻土壤微生物群落变化的研究是其环境安全性评价的重要内容。本研究基于细菌16S rRNA基因和真菌ITS基因的高通量测序,分析了田间试验中抗虫转基因水稻‘MFB’及其转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’与非转基因常规水稻‘闽恢3301’及杂交水稻‘天优华占’的土壤微生物群落多样性与组成的差异,并得出以下结果。首先,与两个非转基因水稻品种相比,抗虫转基因水稻及转基因杂交水稻均能显著增产(P<0.05)。同时,高通量测序结果表明,除水稻成熟期的土壤真菌群落外,与‘闽恢3301’相比‘MFB’的土壤细菌或真菌群落的α-多样性指数Chao1、Observed_species和Shannon均有所提高,且分别在水稻成熟期或分蘖期达到显著性水平(P<0.05);水稻齐穗期转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤细菌及真菌群落的多样性指数Shannon均介于‘MFB’与‘天优华占’之间;微生物群落β-多样性分析结果表明,本田间试验中不同品种水稻土壤细菌或真菌的群落组成均没有显著差异。但与‘闽恢3301’相比,稻田土壤细菌中丰度最高的变形菌门的相对丰度在‘MFB’土壤中明显增加,且在水稻分蘖期及成熟期达显著水平(P<0.05),而土壤真菌中丰度最高的子囊菌门的相对丰度在‘MFB’土壤中明显减少,且在水稻分蘖期及齐穗期差异显著(P<0.05);水稻齐穗期‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤变形菌门或子囊菌门的相对丰度也均介于‘MFB’与‘天优华占’之间。此外,通过对微生物群落的功能组成预测可见,随水稻生长,‘MFB’与‘闽恢3301’的土壤细菌群落功能组成间差异存在增大的趋势。综上所述,本研究田间试验中,抗虫转基因水稻及其转基因杂交水稻在增产的同时提高了稻田土壤细菌或真菌群落的多样性,改变了主要细菌或真菌种类的相对丰度,但对细菌或真菌的群落及功能组成的影响不显著。

植物抗虫防御研究概述

昆虫与植物之间的互作关系及协同进化一直是人们关注的热点。经过长期进化,植物形成了针对不同害虫的复杂的防御方式,通过研究植物抗虫防御反应机制,合理开发利用参与植物防御反应的各种防御物质,既可以直接或间接地降低植食性昆虫的种类和数量,又可以减少化学农药使用量。对植物抗虫防御反应类型、防御反应信号分子、防御相关酶类以及防御代谢物进行了综述,以期为植物抗虫防御反应研究提供理论依据。

转抗虫基因107杨对根际和内源细菌群落的影响

为研究转抗虫基因对根际和内源细菌群落的影响,以转抗虫基因107杨田间对比试验林为对象,采用高通量测序技术对转基因株系和对照株系根际土壤细菌、树干韧皮部和根系内生细菌群落结构组成及多样性进行对比分析。结果显示:(1)土壤样品中有效序列平均在30000以上,杨树组织有效序列平均在300000以上。(2)转基因株系细菌物种组成与对照株系的极其相似,酸杆菌门与变形菌门为转基因和非转基因株系根际土壤的优势菌门,占比分别为16.6%和21.9%;蓝藻菌门和变形菌门为转基因和非转基因株系韧皮部的优势菌门,所占的比率分别为54.8%和59.2%;变形菌门为转基因和非转基因株系根部的优势菌门,所占的比率分别为40.7%和58.8%。(3)转基因和非转基因株系在细菌群落的丰富度和多样性上均没有表现出明显的差异,但不同部位之间差异显著。结果表明:转基因107杨没有对根际土壤和内生细菌造成显著影响,明确了转抗虫基因107杨不同部位细菌群落特征,为转抗虫基因107杨的生物安全评价提供了有益的参考。

‘44号’抗虫黑杨基于根段组培再生和遗传转化体系的建立

[目的]以美洲黑杨和转BtCry1Ac欧洲黑杨的杂交子代‘44号’抗虫黑杨作为试验材料,采用无菌苗根基部为外植体,建立高效稳定的组培再生体系和黑杨遗传转化体系。[方法]以‘44号’抗虫黑杨无菌苗0.5~1.0 cm的根基部为试验材料,研究不同激素配比对根系不定芽的诱导和生根的影响,探索根系对草铵膦的临界耐受浓度,以农杆菌介导法进行遗传转化,并通过β-葡萄糖苷酸酶(GUS)基因染色实时监控和鉴定阳性植株。[结果]筛选出‘44号’抗虫黑杨根系诱导不定芽最优培养基为:WPM+20 g·L^(-1)蔗糖+7.8 g·L^(-1)琼脂+0.25 mg·L^(-1)6-BA+0.05 mg·L^(-1) NAA,分化率为86.67%;不定芽生根的最优培养基为:WPM+0.075 mg·L^(-1) NAA+7 g·L^(-1)琼脂+0.1 g·L^(-1) AC,生根率为75.00%。通过根系草铵膦抗性筛选梯度试验,确定根系对草铵膦筛选最适遗传转化筛选浓度为0.8 mg·L^(-1)。采用农杆菌介导法将外源基因转入到根中,经不定芽诱导和生根两个阶段获得再生植株苗,经特异引物进行PCR鉴定,31个外植体中阳性植株为9株,转化效率为29.0%。[结论]建立了‘44号’抗虫黑杨根系的再生和遗传转化体系,为黑杨派杨树的高效基因转化提供了途径的同时,也为以‘44号’抗虫黑杨为基础,通过转基因技术聚合更多的优良性状,提供了重要的技术支撑。

转抗虫耐除草剂基因玉米对根际细菌群落结构和功能的影响

抗虫耐除草剂是转基因玉米的最主要性状,根际土壤细菌是转基因植物生态风险评估中的重要监测对象,目前关于转抗虫耐除草剂基因对玉米根际土壤细菌群落结构和功能的影响尚不清楚。本研究以华兴单和罗单2个转基因玉米品种及其亲本为研究对象,采用高通量测序技术并结合PICRUSt功能预测,分析转基因对玉米根际细菌群落结构和功能的影响。结果表明:①转基因对细菌主要门和属的组成及丰度没有显著影响,但对硝化螺菌门、鞘氨醇单胞菌属和硝化螺菌属等丰度有显著影响。②冗余分析表明,土壤pH、电导率及速效磷对细菌群落结构具有显著影响,但转基因的影响并不显著。③PICRUSt功能预测结果表明,转基因对31种二级功能没有显著影响,对氮磷循环功能影响也不明显;而玉米品种和生长阶段对25种二级功能具有显著影响,而且品种也是影响氮磷循环相关功能的重要因素。研究显示,转基因对玉米根际细菌群落结构及功能并无显著影响,而玉米品种和生长阶段的影响则更为显著。

硫苷抗虫功能应用研究及其进展

硫苷是十字花科蔬菜中一类重要的亲水性次生代谢产物,作为防御产物存在于植物的整个生命周期。硫苷降解产物异硫氰酸酯提纯后产物的杀虫效果可以媲美商业杀虫剂。为了助力植物源杀虫剂的开发,对硫苷发现、化学合成、抗虫研究及应用进展等进行综述。

褐飞虱唾液内生菌对抗虫水稻过氧化氢酶的影响

为了解褐飞虱唾液内生菌是否引起植物体内过氧化氢酶活性的改变,采用褐飞虱直接刺吸和人工模拟褐飞虱刺吸的方法处理感虫水稻和抗虫水稻,提取并测定了水稻过氧化氢酶的活性。结果表明,在最初的4 h,褐飞虱直接取食水稻,表现出降低抗虫水稻的CAT活性;而无菌唾液模拟刺吸则使得抗虫水稻B5叶片部位的CAT酶活升高。说明褐飞虱唾液中的某些内生菌能抑制水稻的CAT酶活。本研究结果将为进一步明确植物-昆虫-内生菌的互作提供实验依据。

蒜茎叶基丙烯酸酯液体地膜的制备及抗虫性能研究

将蒜茎叶废弃物(GL)和丙烯酸酯单体通过乳液聚合的方法制备了具有抗虫功能的可喷涂的GL-丙烯酸酯液体地膜,GL在制备过程中被充分利用。研究了GL用量对于乳液黏度、可喷涂性、芯吸性(wicking)和成膜性的影响,并对GL-丙烯酸酯薄膜的力学性能、保水性和保温性进行评价。采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱和热重分析技术对GL-丙烯酸酯薄膜的结构进行了表征,并且对GL-丙烯酸酯薄膜的生物降解性能和抗虫性能进行评价。实验结果表明,在GL与丙烯酸酯单体的质量比为0.5/10时,GL-丙烯酸酯乳液具有优异的成膜性和可喷涂性,GL-丙烯酸酯薄膜具有良好的力学性能,最小的土壤水分蒸发率(19.7%)和最好的土壤保温能力,可以提高28%小白菜种子发芽率,减少6%的叶片受损面积,降低20%的小菜蛾虫生存率。

高效液相色谱-串联质谱法测定禽肉中24种抗虫药的残留量

为了同时监管禽肉中多种类型(四咪唑类、硝基咪唑类、三嗪类、氨基甲酸酯类和有机氮类)抗虫药,提出了题示研究。取已研磨混匀的样品(2±0.01)g,加入5 m L水和10 m L提取剂(由1 m L乙酸、600 m L乙腈和400 m L乙酸乙酯组成),涡旋振荡20 min,加入无水Mg SO40.5 g,离心5 min。取5 m L上层液于40℃氮气吹干,在净化管中加入20 mg C18粉、30 mg N-丙基乙二胺(PSA)粉和1 m L定容液(由1 m L甲酸、900 m L去离子水和100 m L乙腈组成)后涡旋1 min,用0.22μm双系微孔滤膜过滤。以GISTC18-AQ色谱柱(100 mm×2.1 mm,1.9μm)为固定相,以不同体积比的0.1%(体积分数)甲酸溶液-乙腈混合液为流动相梯度洗脱分离滤液中24种抗虫药。质谱分析采用多反应监测模式,基质匹配法定量。结果表明,24种抗虫药的质量浓度在一定范围内与对应的质谱峰面积呈线性关系,检出限(3S/N)为0.01~0.40μg·kg^(-1)。按照标准加入法进行回收试验,回收率为61.2%~113%,测定值的相对标准偏差(n=6)不大于15%。方法用于分析30份实际样品,仅在1份鸭肉样品中检出羟基二甲硝咪唑,检出量为1.46μg·kg^(-1),与农业农村部公告第197号-10-2019、SN/T 4809—2017标准方法中的测定结果基本一致。

2%辣椒素纳米型水乳剂的研制及其抗虫效果分析

旨在开发一款绿色防控中药材种植中易发的红叶螨的生物农药,以辣椒提取物为原料,通过对6种乳化剂、消泡剂、防冻剂等种类的筛选和用量试验以及考察转相剪切转速,确定辣椒提取物纳米型水乳剂生物农药配方及制备工艺;同时以1.8%阿维菌素为阳性对照评估其抗虫效果。结果表明,单一乳化剂均不能形成稳定水乳剂,EL-40和S-20的乳化效果优于其他乳剂,且二者复配比例为9∶1时,乳化效果最佳,无析水、有少量析油;剪切转速考察发现,转速大于8 000 r/min时,不再析油;Zeta电位及纳米粒径分析仪显示,当剪切转速为9 000 r/min时,水乳剂粒径跨度值最小,为1.48;0.1%的消泡剂和2%的乙二醇可达到理想的消泡和防冻效果。杀虫效果显示,当该产品稀释100倍(6.3μg/mL)时,第4天累计趋避杀灭率达94.9%,显著高于其他稀释组和阳性对照,500倍液与阳性对照效果相当。综上,当生物农药的制备工艺为2%辣椒素稀释液、8%冬青油、2%乙二醇、0.1%消泡剂、10%复配乳化剂(EL-40∶S-20=9∶1)、80%蒸馏水,剪切转速为9 000 r/min时,该产品具有良好的杀灭红叶螨效果。

抗虫耐除草剂转基因玉米示范种植技术

2021年国家启动了转基因玉米、大豆产业化试点工作,在科研试验田开展;2022年将试点种植范围扩大到部分农户;2023年试点种植范围扩大到5个省区20个县。其中赤峰市翁牛特旗和宁城县作为2023年国家生物育种产业化试点旗县,承担着6.3万hm^(2)国家转基因玉米的试点任务。内蒙古自治区赤峰市在推进国家生物育种产业化试点过程中,在试点县建立了多个展示示范区,开展了一系列品种比对及种植技术比对试验,总结出一套适宜全市转基因玉米栽培管理的技术,为全市转基因玉米示范推广提供了技术支撑,以推动生物育种产业化扩面提速。

miRNA参与植物抗虫抗病的分子机制研究综述

本文通过了miRNA参与植物抗虫抗病的分子机制研究的重要性、现状、存在的问题以及解决措施。miRNA作为一类重要的非编码RNA分子,在调控基因表达和植物生长发育中发挥着重要的作用。越来越多的研究表明,miRNA也在植物抗虫抗病过程中发挥着关键的调控作用。然而,目前对于miRNA参与植物抗虫抗病的分子机制的研究还存在一些问题,如在特定物种中miRNA调控的目标基因还不清楚、miRNA与其它调控因子的相互联系等。为了更好地理解miRNA参与植物抗虫抗病的分子机制,需要开展更深入的研究,并探索解决这些问题的途径和方法。

黔西南州30份茶树种质资源抗虫因子评价分析

以黔西南州茶树种质资源为材料,对茶树中的水杨酸、茉莉酸、茶多酚、咖啡碱、游离氨基酸等抗虫因子进行分析。结果表明,茉莉酸含量与虫口数量呈显著负相关,咖啡碱与虫口数无显著相关性,茶多酚与虫口数无显著相关性,水杨酸与虫口数无显著相关性,游离氨基酸与虫口数呈正相关。普安县古茶树种质资源虫害发生程度低于兴义的古茶树种质资源,这可能与普安县种质资源中茉莉酸含量高有关,在今后工作中,可将茉莉酸含量高低作为抗虫品种选育重要参考指标。

不同抗虫遗传背景对棉花经济性状的影响

为培育高产、优质、抗病虫的棉花新品种,本实验以一组转基因抗虫棉为材料,对不同类型抗虫棉的经济性状,农艺性状,早熟性,抗红铃虫和抗黄萎病进行了研究。结果表明,转(Bt+CpTI)基因抗虫杂交棉新组合667表现为高产,纤维品质优良,高抗红铃虫、耐黄萎病,综合性状好。在参试材料中,双价抗虫棉优于单价(Bt)抗虫棉;杂交抗虫棉优于常规抗虫棉。利用外源抗虫基因转导的棉花新材料为杂交亲本,可以培育出丰产优质的高抗虫的棉花新品种。

我国转基因抗虫耐除草剂玉米产业化应用面临的机遇与挑战

玉米是我国重要的粮食作物和饲料作物,虫害和杂草防治是我国玉米生产面临的重大瓶颈问题。转基因抗虫耐除草剂玉米的应用能够减少农药使用量,在提高玉米产量、提升玉米收获品质方面具有重要作用。自1996年国外转基因抗虫耐除草剂玉米商业化应用以来,有效控制了玉米螟和草地贪夜蛾等鳞翅目害虫的为害,降低了除草成本,经济效益、社会效益和生态效益十分显著。对近10年来全球和我国转基因抗虫耐除草剂玉米的产业化发展现状进行了综述,分析了我国转基因抗虫耐除草剂玉米产业化面临的机遇与挑战,并为加快推进我国转基因玉米产业化应用提供了建议。

转基因抗虫耐除草剂玉米瑞丰125 Cry1Ab/Cry2Aj杀虫蛋白的时空表达分析

玉米是我国最重要的粮食作物之一,虫害会造成严重的品质和产量损失,转Bacillus thuringiensis(Bt)基因抗虫玉米为玉米害虫的防治提供了新途径。转Bt基因抗虫玉米的抗虫性与外源杀虫蛋白表达量具有密切的关系,明确Bt杀虫蛋白在不同生育期和不同器官中的表达量,对害虫的综合防治和农业转基因生物安全管理具有重要意义。连续两年采用酶联免疫吸附法(ELISA)测定了9个地点种植的瑞丰125不同器官中Cry1Ab/Cry2Aj杀虫蛋白表达量,对比分析了玉米拔节期(V6-V8)叶片、抽雄期(VT)雄穗、吐丝期(R1)叶片和花丝、成熟期(R4)叶片和籽粒的Bt杀虫蛋白含量,结果表明Bt杀虫蛋白表达量在不同玉米器官中差异较大。2年9个地点的数据整体上呈现出叶片中Cry1Ab/Cry2Aj杀虫蛋白表达量较高,而籽粒中Cry1Ab/Cry2Aj杀虫蛋白表达量较低的规律。9个地点种植的瑞丰125的Cry1Ab/Cry2Aj杀虫蛋白表达量有所差异,但差异整体较小。

转基因抗虫作物鉴定质粒标准分子的构建与应用

苏云金芽胞杆菌基因是转基因抗虫作物中通用的外源功能基因,在绝大多数抗虫转基因作物中均有存在,然而Bt基因检测标准样品的缺乏却限制了我国转Bt基因抗虫作物检测工作的发展。为了弥补传统基体标准样品的缺失,首先将Cry1Ab、Cry1Ac、Cry3A 3种常用Bt外源基因克隆到pUC57质粒上,通过测序、酶切和qPCR等技术对质粒的序列和扩增功能进行了验证,然后对扩增效率和实际应用情况加以测试,评价其转基因检测的适用性,构建了质粒标准分子。结果显示,制备的质粒标准分子测序结果与靶标序列完全符合,酶切结果、qPCR扩增结果和扩增效率等均符合预期,在Cry1Ab、Cry1Ac、Cry3A基因特异性检测中的应用符合阳性对照要求,表明制备的阳性质粒标准分子能够作为转Cry1Ab、Cry1Ac、Cry3A基因qPCR基因特异性检测的阳性标准样品。

全球转基因抗虫玉米专利布局及对我国的发展建议

转基因抗虫玉米在我国具有良好商业化应用前景,通过分析其全球专利布局,以厘清全球转基因抗虫玉米技术研发格局、洞悉技术发展趋势,明确我国该领域技术发展差距,为合理部署我国转基因抗虫玉米技术创新,有序推进其产业化发展、完善知识产权布局与保护,提供数据支撑。基于专利信息,采用文献计量法从时间、地域和研发主体等维度梳理全球转基因抗虫玉米技术研发格局,通过文本聚类和技术发展路线分析,明晰转基因抗虫玉米技术研发热点、发展历程及未来发展趋势。结果显示,当前全球转基因抗虫玉米技术研发趋于成熟,美国和中国是主要技术来源国,美国在专利规模、全球化布局和产业化发展方面优势显著,国际种业巨头专利储备丰富,布局地域广泛。表达载体构建是该领域的重点技术,多重抗虫基因组成的嵌合基因和多抗虫基因表达盒组合是其未来发展方向。我国在专利申请规模、全球化布局和产业化发展方面尚有差距,在表达载体构建和检测方法方面的专利布局仍有不足。建议我国以基因表达载体构建技术为重点优化技术研发布局、积极培育种企创新能力强化其创新主体地位,进一步提升知识产权保护水平及全球化布局战略意识。

转Bt+GNA双价基因抗虫棉花中抗虫基因及其抗虫性的遗传稳定性

采用PCR和PCR Southern跟踪检测 ,Bt和GNA两个抗虫基因在转Bt+GNA双价基因抗虫棉花TL1的 3个连续世代均稳定存在 ,完全连锁遗传 ;室内棉铃虫生物测定表明 ,该转基因植株的 3个世代都高抗棉铃虫 ,各世代之间抗性水平一致 ,没有显著性差异 ;温室蚜虫抗性试验显示 3个世代均对蚜虫具有较好的抑制作用 ,且抑制效果相当。因而 ,两个抗虫基因在转Bt+GNA双价基因抗虫棉花TL1中能稳定地遗传和表达。

作物抗虫种质资源的研究与应用

农业害虫给农作物产量和品质造成了重大经济损失 ,利用农作物抗虫特性 ,选育和种植抗虫品种是防治虫害最经济、有效的措施。抗虫种质资源是进行农作物抗虫育种的基础。目前 ,作物抗虫资源的研究涉及抗虫材料的收集、鉴定、评价、保存、利用以及抗虫种质资源创新等方面 ,对农作物抗虫基因的发掘与应用、抗虫品种的培育产生了积极促进作用。