Bt玉米杀虫蛋白含量的时空表达及对亚洲玉米螟的杀虫效果

利用ELISA方法对2个转Cry1Ab基因抗虫玉米品种MON810和Bt11在不同生育期、不同组织器官中杀虫蛋白的表达量进行了分析,利用室内生测方法研究了不同组织器官对亚洲玉米螟初孵幼虫杀虫效果,并分析了杀虫蛋白表达量与杀虫效果的相关性。结果表明,Cry1Ab杀虫蛋白在Bt玉米MON810和Bt11的不同生育期和组织中的表达量呈明显的时空动态变化,以营养生长阶段的心叶组织表达最高,分别为1880.6和1473.1ng·g-1,生殖生长阶段的花粉含量最低,分别为52.3和73.3ng·g-1。随着叶片的生长,叶片中的杀虫蛋白含量明显下降,生殖生长阶段的各组织器官的杀虫蛋白的含量因组织而异。不同Bt玉米品种间同一组织器官的杀虫蛋白表达量也存在一定差异。室内生测结果表明,2个Bt玉米各组织对亚洲玉米螟初孵幼虫具有很好的杀虫效果,心叶、苞叶、雌穗尖和籽粒中Bt杀虫蛋白表达量及取食的幼虫死亡率呈显著正相关,但Bt11花丝以及MON810和Bt11的雄穗中Bt杀虫蛋白的含量与杀虫效果不一致,说明Bt玉米杀虫活性的表达还会受到其它一些因素的影响。

Bt玉米秸秆分解对土壤酶活性和土壤肥力的影响

通过室内实验 ,研究了Bt玉米 34B2 4和同源常规品种 34B2 3、Bt玉米农大 6 1和常规品种农大31 38秸秆分解对土壤酶活性和土壤肥力的影响 .结果表明 ,与 34B2 3处理相比 ,34B2 4处理的土壤蛋白酶和酸性磷酸酶活性在观测期没有显著差异 ;75d时土壤脱氢酶活性显著提高 ,1 5、4 5、6 0和 75d土壤蔗糖酶活性显著提高 ;30d时土壤脲酶活性显著提高 ,4 5d和 75d时则土壤脲酶活性显著降低 .2个Bt玉米处理和 2个常规玉米处理的土壤酶活性也在某些时间有显著差异 .秸秆分解 90d后 ,34B2 4处理比 34B2 3处理 .显著降低了土壤速效磷和速效钾含量 .以上差异与不同秸秆的化学构成有关 ,Bt基因的转化过程可能会影响受体作物秸秆的化学成分 .应建立不同土壤类型土壤酶活性的标准分级体系 ,以便科学评价Bt玉米秸秆分解对土壤质量的影响 .

Bt玉米抗虫蛋白表达的时空动态及其土壤降解研究

采用ELISA定量法对比研究了美国和中国 4种Bt玉米品种 (34B2 4、NK5 8 D1、R× 6 0 1RR/YG和农大 6 1)不同器官Bt蛋白表达的季节动态 ;应用室内 2 5℃恒温模拟分解试验对比了 4个Bt玉米品种秸秆分解释放的Bt蛋白的土壤降解规律。结果表明 ,4种Bt玉米不同器官不同生育期Bt蛋白含量表现出较大的差异 ,总体趋势为随生育期的延长Bt蛋白的表达量降低 ,农大 6 1后期表达量衰退不明显。室内模拟分解试验显示 ,4种Bt玉米秸秆中的Bt蛋白在水中的降解过程呈现初期大量释放 ,前期大量快速降解和后期极低量稳定 3个阶段 ,农大 6 1、34B2 4、NK5 8 D1分解 7d时含量达到最大 ,但R× 6 0 1RR/YG分解 14d达最大。 4种Bt玉米秸秆中的Bt蛋白在室内 2 5℃恒温条件下均能在土壤中快速降解 ,降解过程均呈现前期负指数大量快速降解和中后期极少量稳定两个阶段 ,其DT50 依次为NK5 8 D1(2 .0 9d) <R× 6 0 1RR/YG(2 .6 1d) <农大 6 1(2 .73d) <34B2 4 (3.4 3d) ,DT90 为农大 6 1(10 .5 3d)<R× 6 0 1RR/YG(11.0 9d) <34B2 4 (13.5 2d) <NK5 8 D1(14 .6 7d)。农大 6 1秸秆中ICP在灭菌与未灭菌土壤中降解的对比发现 。

转Bt玉米对土壤酶活性及速效养分的影响

采用三室根箱法研究了转Bt玉米对播种后40、50、60天不同根区(S1、S2、S3)土壤速效养分及酶活性的影响。结果表明,与对照亲本玉米相比,种植Bt玉米对土壤过氧化氢酶活性无显著影响,土壤脲酶活性在播种后50天时S1根区显著增高6.91%,碱性磷酸酶活性在60天时S1根区显著降低8.12%;土壤硝态氮含量无显著变化,土壤铵态氮、速效磷含量不同种植天数各根区表现不同,无明显变化规律。主成分分析结果表明转Bt玉米与非转基因亲本根区土壤速效养分含量和酶活性相似性高,仅3个采样时期之间存在微小差异。

外源茉莉酸处理对Bt玉米直接防御物质含量及其相关基因表达的影响

【目的】Bt(Bacillus thuringiensis)玉米(Zea may sL.)是全球商品化程度最快的抗虫转基因作物之一,协调利用其内在防御机制和人工导入抗性是目标害虫抗性风险综合管理和第2代抗虫转基因作物培育的主要策略之一。【方法】采用基因表达分析、化学物质分析和ELISA蛋白定量方法,研究外施信号物质茉莉酸对Bt玉米34B24(Mon810)及其同源常规玉米34B23幼苗叶片直接防御物质含量及其相关基因表达的影响。【结果】外源茉莉酸处理能诱导34B24和34B23处理叶(第1叶)中LOX、PR-2a、MPI和PR-1基因的表达,第1叶丁布含量分别比对照增加63%和18%、总酚含量分别增加24%和12%。茉莉酸处理使34B24第1叶中的Bt蛋白含量增加了13%,但第2叶中的显著降低了27%。与34B23相比,茉莉酸对34B24的诱导作用更强,并具有系统性。【结论】人工外施茉莉酸的条件下,Bt玉米人工导入抗性(Bt基因)和自身化学防御过程之间的互作关系是协同的。

Bt玉米丛枝菌根真菌侵染率与养分含量的变化研究

本文对比了两个不同转化事件的Bt玉米品种"5422Bt1"和"5422CBCL"及其同源常规玉米"5422"丛枝菌根真菌侵染率和叶片及根系氮、磷、钾养分含量的变化,并分析了丛枝菌根真菌侵染率和养分含量的相关性。结果表明,在观测期间,两个Bt玉米品种与常规玉米之间根系丛枝菌根真菌侵染率均无显著差异,但氮、磷、钾养分含量则明显不同,丛枝菌根真菌侵染率与养分含量之间的相关性也有所改变,其变化随玉米品种、生育期以及器官不同而不同。Bt玉米"5422Bt1"在大喇叭口期叶片全钾和根系全磷、开花授粉期叶片全磷和根系全氮、乳熟期叶片全钾以及成熟期叶片全磷和根系全氮、全钾含量均显著高于常规玉米"5422",而大喇叭口期和开花授粉期叶片全氮、开花授粉期根系全磷和全钾以及乳熟期根系全钾含量则低于常规玉米"5422"。Bt玉米"5422CBCL"在大喇叭口期叶片全钾和根系全氮及全钾、开花授粉期叶片全磷以及成熟期根系全氮和全钾含量显著大于常规玉米"5422",而开花授粉期根系全磷、乳熟期根系全磷和全钾以及成熟期叶片全磷含量则小于常规玉米"5422"。相关分析表明,常规玉米"5422"和Bt玉米"5422CBCL"的丛枝菌根真菌侵染率与根系全氮含量及叶片全钾含量之间均呈显著正相关(P<0.05),而Bt玉米"5422Bt1"则无显著相关性(P>0.05)。可见,与常规玉米"5422"相比,Bt玉米养分含量以及丛枝菌根真菌侵染率与养分含量之间相关关系与不同转化事件所形成的品种特性有关。

Bt玉米光合作用和生长性状的变化

在华南地区种植美国先锋公司的Bt玉米34B24与其非转基因近等基因系34B23,比较它们的光合作用和部分重要的生理生长性状。结果表明,Bt玉米由于Bt基因的插入和表达使植株得到保护,受玉米螟危害的叶片显著减少;但Bt玉米植株的光合作用和部分生理生长性状也发生了一定的变化。与其非转基因近等基因系34B23相比,虽然Bt玉米34B24的胞间CO2浓度变化不大;并且在绝大多数生长时期,Bt玉米的蒸腾速率和气孔导度大于的非转基因玉米;但是从生长中期始,Bt玉米的净光合速率却一直小于非转基因玉米,在生长后期,这种差异甚至达到显著水平。在生长性状方面,各时期观察到的Bt玉米植株叶片数一直略少于非转基因玉米,表明Bt玉米的生长发育受到一定的延缓。同时,Bt玉米植株的株高变矮,单株叶面积变小,根系活力显著降低。在地下部,Bt玉米34B24的植株根系总长度、根总表面积、根总体积和平均根直径均小于相对应的非转基因近等基因系34B23。

机械损伤对Bt玉米化学防御的系统诱导效应

植物在生长过程中形成了抵御机械损伤等外界胁迫的直接和间接防御体系,并具有明显的系统性特征。Bt(Bacillus thuringiensis)玉米(Zea mays)是全球商品化最快的抗虫转基因作物之一。机械损伤等外界胁迫对Bt玉米和常规玉米化学防御的系统诱导效应是否存在差异是值得探讨的问题。该文以两个不同转化事件的Bt玉米'5422Bt1'(Bt11)和'5422CBCL'(Mon810)以及它们共同的同源常规玉米'5422'幼苗为材料,对玉米第一叶进行机械损伤处理6h后,检测非损伤部位(第二叶和根系)中Bt蛋白含量、直接防御物质丁布(DIMBDA)含量及其调控基因(Bx1、Bx6和Bx9)表达、直接防御物质总酚含量及其调控基因(PAL)表达、直接防御蛋白调控基因(MPI和PR-2a)表达以及间接防御物质挥发物调控基因(FPS和TPS)表达的变化。结果表明,与健康植株相比,机械损伤对两个Bt玉米第二叶和根系的Bt蛋白含量均没有显著影响;机械损伤第一叶只能系统诱导常规玉米'5422'第二叶中PAL、TPS和根系中PAL、FPS基因的表达,使得第二叶丁布含量显著增加,但根中丁布含量及其调控基因Bx6和Bx9基因的表达量明显下降;而机械损伤能系统诱导Bt玉米'5422Bt1'第二叶中Bx6、PAL、PR-2a、TPS和根系中Bx6、Bx9、PAL、MPI、PR-2a、TPS基因的表达,使得第二叶丁布含量明显增加;对于另一Bt玉米'5422CBCL'而言,机械损伤能系统诱导第二叶中Bx9、PAL、PR-2a、TPS和根系中Bx6、PAL、MPI、TPS基因的表达,使得根系的总酚含量显著增加。由此可见,机械损伤对两个Bt玉米化学防御反应的系统诱导作用均强于常规玉米'5422',说明在机械损伤的系统诱导防御过程中,人工导入抗性(Bt基因)与自身化学防御过程之间的互作关系是协同的。

Bt玉米秸秆还田对小麦幼苗生长发育的影响

以已进入中间试验阶段的Bt玉米及其亲本(非Bt玉米)秸秆为材料,与营养土及蛭石混合后培养小麦幼苗,同时以未使用秸秆的相应土为空白对照,在室内条件下研究了Bt玉米与亲本秸秆还田对后茬小麦的影响。结果表明:(1)不同秸秆还田对小麦幼苗出苗率、株高没有显著影响;(2)非转基因玉米与转Bt玉米秸秆拌土后地上部鲜重仅为对照鲜重的51%和65%,干重仅为对照的62%和72%,均达到差异显著水平;(3)Bt玉米秸秆还田降低小麦幼苗生长素(IAA)含量,郑58秸秆拌土增加了幼苗脱落酸(ABA)含量;(4)两种处理均提高了幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)总活性。因此,秸秆拌土对小麦幼苗的处理效应一致,与秸秆类型无关,该研究可为评价转Bt玉米环境安全提供一定的理论依据。

种植Bt玉米对土壤微生物活性和肥力的影响

在温室种植比较了美国Bt玉米(34B2 4 (Mon810 ) )与同源常规玉米(34B2 3)、中国Bt玉米(12 4 6×14 82 (Cry1A) )与常规玉米(农大3138)对土壤微生物活性和肥力的影响。结果表明,两个Bt玉米品种5次取样(2 5、39、5 3、6 7、82 d)的根际土壤中都能检测到Bt蛋白,含量在2 0～80 ng·g- 1 dry soil之间。4个处理土壤硝化作用和精氨酸氨化作用强度在所有取样时期均没有显著差异;土壤蔗糖酶、土壤蛋白酶和酸性磷酸酶活性则分别只在2 5 d(农大3138<34B2 4与12 4 6×14 82 )、6 7d(34B2 4 >12 4 6×14 82和农大3138)和6 7d(34B2 4 >其它3个处理)存在显著差异;土壤脱氢酶、土壤脲酶和土壤呼吸强度则在多数取样时期多个处理间存在显著差异,说明其与玉米品种特性关系密切,其中,土壤脱氢酶和脲酶活性的差异在两个Bt玉米品种、Bt与同源常规品种(34B2 4与34B2 3)、Bt与常规品种(12 4 6×14 82与农大3138)以及常规与常规品种(34B2 3与农大3138)之间均没有一致的规律,但34B2 4与34B2 3处理的土壤呼吸作用强度高于12 4 6×14 82与农大3138,说明种植该系列品种的土壤中微生物总活性较高、土壤代谢旺盛。82 d后4个处理土壤有机质、NPK全量与速效养分含量均没有显著差异。本试验观测期种植Bt玉米并没有导致土壤微生物活性和土?

Bt玉米秸秆Bt蛋白的土壤降解及其拟合模型的比较

研究4种Bt玉米(34B24、NK58-D1、R×601RR/YG和农大61)秸秆分解释放Bt蛋白的土壤降解动态,分别应用一级动力学反应方程、双指数模型和移动对数模型进行了拟合。结果表明,4种Bt玉米Bt蛋白的土壤降解均呈现前期负指数大量快速降解和中后期极少量稳定两个阶段,双指数模型与移动对数模型的拟合结果比一级动力学反应方程更符合实际。判断模型拟合精度时不能只用拟合结果的统计指标值来确定,图示对比实测值与模拟值的差异是避免应用统计学拟合精度指标很高但并不符合实际的模型错误估算DT50的有效办法。在研究转基因作物秸秆中Bt蛋白土壤降解规律时,应该根据其土壤降解前期较快的特点,增加前期取样的次数,以便更好地对模拟模型求得的安全性评价关键参数DT50的准确性进行科学判断。

草地贪夜蛾对Bt玉米的抗性与治理对策思考

Bt玉米已在美洲广泛种植20多年,成功控制了欧洲玉米螟Ostrinia nubilalis、草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda等玉米重大害虫为害。然而,近年来相继报道在波多黎各、巴西、阿根廷因草地贪夜蛾产生抗性而导致一些Bt玉米抗虫性丧失。尤其是在热带和亚热带地区,多数Bt玉米品种商业化种植仅3年就丧失了对草地贪夜蛾的抗性。本文分析了草地贪夜蛾的生物学和生态学、对Bt杀虫蛋白抗性遗传特征和交互抗性特性、种群抗性基因频率等内因对抗性演化的影响,以及Bt玉米种植的生态环境、耕作栽培制度、Bt玉米种类、抗性治理策略实施情况等外部环境因素对抗性演化的影响。根据我国玉米种植的生态格局,提出了"整体布局,源头治理"的抗性治理对策。即在草地贪夜蛾周年繁殖区要谨慎种植Bt玉米,尤其是避免种植表达Cry1Ab杀虫蛋白的Bt玉米,以避免源头产生抗性而危及温带玉米主产区。遵循差异化(不同杀虫作用机理)选择Bt玉米品种原则,制定精准抗性监测计划,以高剂量-庇护所为抗性治理基本策略,在Bt玉米资源有限的情况下,落实好庇护所尤为重要。

Bt抗、感种群亚洲玉米螟幼虫取食Bt玉米后Cry1Ab杀虫蛋白在其体内的组织分布与含量

采用ELISA方法检测了实验室汰选的对Cry1Ab产生107倍抗性的亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis(Guenée)种群与敏感种群3龄幼虫取食表达Cry1Ab杀虫蛋白的Bt玉米心叶后,杀虫蛋白在幼虫体内的分布情况。结果表明:Cry1Ab杀虫蛋白在抗性种群幼虫中的组织分布情况与敏感种群相近,主要存在于中肠组织和血淋巴中。抗、感种群中均以含有内含物的中肠组织中含量最高,分别为277.2 ng/g和104.9 ng/g;其次为血淋巴,分别为93.7 ng/g和69.5 ng/g;不含内含物的中肠组织中52.7 ng/g和40.1 ng/g;在丝腺和马氏管组织的含量很低,丝腺中分别为8.5ng/g和11.7ng/g,而马氏管中分别为6.7 ng/g和6.5 ng/g。脂肪体、生殖器官中未检测到杀虫蛋白。抗性种群中肠组织(含有内含物和不含内含物)中Cry1Ab的含量显著高于敏感种群。幼虫期取食过Bt玉米的亚洲玉米螟发育的蛹、成虫及其卵中均不含杀虫蛋白,说明Bt杀虫蛋白不会通过幼虫取食向蛹、成虫及卵传递。

Bt玉米叶片保护酶活性变化的研究

水培条件下研究转Bt基因玉米(Bt玉米)农大61和1 426×1 482在不同时期保护酶POD,PPO和SOD的活性变化。实验分别在正常生长条件和PEG胁迫下进行。在正常水培条件下,Bt玉米的POD,PPO和SOD的活性一般显著或极显著低于非转基因玉米农大3138;而在PEG胁迫下Bt玉米这些酶的活性却显著或极显著高于非转基因玉米。试验结果说明PEG胁迫下Bt玉米保护酶活性下降幅度较非转基因玉米小,比非转基因玉米具有更强的抗性。

Bt玉米对中红侧沟茧蜂发育的间接影响及室内行为研究

利用Y-型嗅觉仪研究了中红侧沟茧蜂(Microplitis Mediator Haliday)对Bt玉米、常规玉米、粘虫幼虫和其虫粪及虫害苗挥发物的行为反应,同时研究了Bt玉米对中红侧沟茧蜂发育的影响。结果表明,两种玉米健康植株的挥发物对中红侧沟茧蜂均有引诱作用;中红侧沟茧蜂对两种玉米的健康植株及机械损伤株挥发物之间的选择性无显著差异;相对于Bt玉米,中红侧沟茧蜂更趋向于选择常规玉米的虫伤苗及玉米-粘虫幼虫-虫粪混合物的挥发物。与对照(寄生于取食常规玉米粘虫的中红侧沟茧蜂)相比,寄生于取食Bt玉米粘虫幼虫的中红侧沟茧蜂幼虫历期延长,出茧率、茧重、羽化率、蜂重均有显著降低,茧历期、蜂历期则差异不显著。

转Bt玉米对生长期五指山猪血清生化指标及相关酶含量的影响

选取2月龄遗传背景相近、初始体重(9.80±0.41)kg、健康断奶五指山猪72头,随机分为2处理组,每个处理6个重复,每个重复6头。分别饲喂含转Bt玉米(试验组)和非转基因玉米(对照组)的日粮。试验为期68 d,于第68天采血取样。结果表明:(1)试验组血清总蛋白、白蛋白、球蛋白、葡萄糖、尿素氮、甘油三酯和总胆固醇水平均与对照组间差异不显著(P>0.05);(2)两组间血清谷草转氨酶、谷丙转氨酶及碱性磷酸酶含量也未达到显著差异的水平(P>0.05)。结果提示,转Bt玉米对生长期五指山猪血清生化指标及相关酶含量未产生不良影响。

转Bt玉米对生长期五指山猪生长性能及器官指数的影响

为研究转Bt玉米对五指山猪生长性能及器官指数的影响,评价其饲用安全性,选取2月龄遗传背景相近、初始体重(9.80±0.41)kg、健康断奶五指山猪72头,随机分为2处理组,每个处理6个重复,每个重复6头。分别饲喂含转Bt玉米(试验组)和非转基因玉米(对照组)的日粮。试验为期68 d,于68 d屠宰取样。结果表明:①试验组的末重、平均日增重、平均日采食量及料重比均与对照组间差异不显著(P>0.05);②两组的器官指数间也未达到显著差异的水平(P>0.05)。结果提示,转Bt玉米对生长期五指山猪的生长性能和器官指数未产生不良影响。

连续种植Bt玉米对土壤Bt蛋白含量及微生物数量的影响

在温室中连续5次种植两个Bt玉米(5422 Bt1和5422 CBCL)及其同源常规玉米5422,种植后采集耕作层土壤,检测根外土和根围土中Bt蛋白含量和微生物数量的变化,探讨连续5次种植Bt玉米是否会导致Bt蛋白在土壤中积累以及是否对土壤微生物数量产生影响,以期为Bt玉米的安全评价提供科学依据。结果表明,连续5次种植,Bt玉米及其同源常规玉米的根外土中均可检测到少量的Bt蛋白;种植Bt玉米的土壤与常规玉米相比,第5次种植时根围土中的Bt蛋白含量明显增加。连续5次种植Bt玉米5422 Bt1,与常规玉米5422相比,根外土和根围土中的细菌、真菌、放线菌、反硝化细菌和磷细菌数量均未发生显著变化,仅在第5次种植后根围土的钾细菌数量显著低于常规玉米;连续5次种植Bt玉米5422 CBCL,与常规玉米5422相比,根外土和根围土中的细菌、真菌、放线菌和反硝化细菌数量均未发生显著变化,但第3次和第4次种植后其根外土的磷细菌数量显著高于常规玉米,而第4次种植后其根外土的钾细菌数量则显著低于常规玉米。

“高剂量/庇护所”策略在Bt玉米靶标害虫抗性治理中的应用及成效

为解决玉米生产中面临的重大虫害、草害及粮食安全等问题,我国正在有序推进Bt玉米的商业化种植。然而,靶标害虫对Bt作物的抗性演化是影响其可持续应用的最大威胁。“高剂量/庇护所”策略已在全球被广泛应用以延缓害虫抗性演化。本文简要介绍了“高剂量/庇护所”策略的理论基础及庇护所实施的主要形式,概述了全球五大Bt玉米种植国美国、巴西、阿根廷、南非和加拿大“高剂量/庇护所”策略应用的法规制定、庇护所实施的具体要求和种植者的履行情况,总结了“高剂量/庇护所”策略在主要Bt玉米种植国实施的成功经验,分析了害虫抗性治理失败的教训。该研究可为我国转Bt基因抗虫玉米的产业化应用和害虫抗性管理提供重要技术支撑和理论指导。

转Bt玉米暴露对亲代及子代大鼠免疫细胞分型及细胞因子的影响

为研究转苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)基因抗虫玉米长期食用对大鼠免疫的影响,以其亲本非转基因玉米饲料及商业饲料为对照,分别采用流式细胞术及液相芯片法检测喂养90 d后亲代及子代刚断乳大鼠外周血、脾脏免疫细胞分型及相关血清细胞因子的表达。结果发现,转Bt基因抗虫玉米饲料组亲代大鼠外周血和脾脏及子代脾脏各淋巴细胞亚群(CD4^+、CD8^+、TCRαβ^+、TCRγδ^+)的细胞数量比例及亲代血清中10种细胞因子表达水平均与非转基因玉米饲料组无显著差异(P>0.05);子代外周血B淋巴细胞数量比例显著增高,巨噬细胞炎症蛋白-1α、单核细胞趋化因子-1β、白细胞介素-5表达水平明显降低(P<0.05)。结果表明:转Bt基因抗虫玉米暴露90 d对亲代大鼠免疫系统影响不大;对子代刚断乳大鼠的细胞免疫及体液免疫有一定的影响。