新疆南部棉区棉铃虫发生趋势及Bt棉花的控制效率

目的新疆南部棉花种植区已发展成为中国棉花产业的重要基地。作为棉花生产的重要影响因素,棉铃虫具有在新疆南部猖獗危害的生物学基础。方法本文报道了南疆棉铃虫发生趋势及转Bt基因抗虫棉对棉铃虫控制效率的研究结果。结果1993～2004年对麦田一代棉铃虫幼虫数量变化的监测显示,1997年后棉铃虫的发生危害逐年上升,表明南疆粮棉混作区种植制度的改革已导致棉铃虫成为农业生产的重要害虫。2002～2004年对抗虫棉GK19(表达Cry1A杀虫蛋白)、SGK321(表达Cry1A和CpTI杀虫蛋白)和对照品种棉铃虫种群动态的研究显示,二代棉铃虫是南疆地区棉花的主要危害代别,抗虫棉花对幼虫的控制效率可达75%以上。在棉铃虫发生中等年份,转基因抗虫棉花可有效地控制棉铃虫的危害。结论鉴于棉铃虫的严重危害,南疆地区有必要发展基于Bt棉花的棉花害虫综合防治技术。

Bt棉花对棉铃虫幼虫选择性行为的影响

利用“H”型嗅觉仪测定结果表明 :在棉花蕾期、花铃期 ,棉铃虫 2龄幼虫对常规棉的棉叶、嫩头的选择性明显高于转基因棉花品种 ,差异达显著或极显著水平。但 3龄幼虫对两者的选择性差异并不显著 ;而在棉花蕾期 ,果枝对棉铃虫 2龄幼虫选择性行为有一定的影响。试验初步说明Bt棉对棉铃虫低龄幼虫有一定的忌避作用 ,而对高龄幼虫忌避效应不显著。

NaCl胁迫下转Bt棉花和非转Bt棉花的生理反应差异

为研究NaCl胁迫下转Bt基因棉花和非转Bt基因棉花的生理反应差异,采用盆栽条件下不同浓度NaCl溶液浇灌处理,测定叶片细胞含水量(RWC)、丙二醛(MDA)含量、游离脯氨酸(Pro)含量和Bt毒素蛋白含量。结果表明,NaCl胁迫下转Bt基因棉花和非转Bt基因棉花叶片细胞含水量比无胁迫明显降低,丙二醛含量明显升高,游离脯氨酸含量大幅增加,这些生理变化在转Bt基因棉花和非转Bt基因棉花之间没有显著差异,说明转入Bt基因对棉花的生长发育不会造成显著影响;在0.4%NaCl胁迫下,转Bt基因棉花Bt毒素蛋白含量出现了显著下降,说明在NaCl胁迫下转Bt基因棉花的抗虫性下降。

埃塞俄比亚拟在两年内商业化转基因Bt棉花

世界农化网2016年11月29日报道，埃塞俄比亚目前正准备商业化转基因棉花，该国已经通过法律允许开展转基因试验和Bt抗虫棉的大田试验。

陕西省商业化种植Bt棉花的抗虫性监测

对陕西省棉花主产区棉田随机抽样,测定4个品种的Bt棉花在3个不同生育时期叶片中的转基因成分和Bt蛋白含量。结果表明,叶片中均可检出转基因成分,而不同品种Bt蛋白含量明显不同,同一品种不同生长时期Bt蛋白含量也存在较大差异,总的趋势是苗期最高,蕾期次之,花铃期最低。Bt棉花生长后期Bt蛋白的含量降低导致对棉铃虫的抗性下降。因此生产上种植Bt蛋白含量较高的品种和加强Bt棉花生长后期的棉铃虫防治工作十分重要。

棉铃虫对Bt棉花抗性治理技术取得突破

转Bt基因抗虫作物为虫害防治开辟了新的途径,然而虫害通过遗传变异迅速产生抗性,却制约了转Bt基因作物品种的商业化运作,因此,建立抗性预防性治理技术体系是保证转Bt基因作物品种的可持续利用的有效途径。

转Bt基因棉花杀虫晶体蛋白的表达及光合特性的研究

转Bt基因棉花 (GK、ZK)及非Bt基因棉花 (CZ)杀虫晶体蛋白表达及光合特性的研究表明 ,杀虫晶体蛋白在转Bt基因棉花GK与ZK中的表达总量及在各器官中的分配均有所不同 .转Bt基因棉花叶片的净光合速率的光响应与常规棉有所不同 .转Bt基因棉花GK与ZK叶片的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率的日变化有明显的不同 ,而胞间二氧化碳浓度、气孔限制值、叶温的日变化趋势则基本一致 .胞间二氧化碳浓度的日平均值在两转Bt基因棉花间的差异达显著水平 ,而其它各指标在不同处理间的差异均未达显著 .

Bt棉花害虫综合治理研究前沿

自1996年以来,全球Bt(Bacillus thuringiensis)棉花应用规模迅速增长,目前已占棉花种植总面积的60%左右,主要种植国家包括美国、澳大利亚、中国、印度和巴基斯坦等。大量研究表明,Bt棉花的大面积种植有效控制了多种靶标害虫的发生危害,从而大幅度减少了化学杀虫剂的使用量;化学杀虫剂的减少使用导致一些非靶标害虫的发生危害明显加重。针对Bt棉花生产中呈现出的害虫新问题,各国分别发展了由农业防治、生物防治、化学防治等不同措施构成的防控技术体系。

种植Bt棉花可有效控制棉铃虫在我国多作物生态系统中的发生与危害

为防治棉铃虫,我国1997年开始种植Bt棉花,到2000年已在华北地区大面积商业化种植。由于人类对于大规模种植Bt植物对生态环境可能产生的潜在影响尚缺乏足够的经验和认识,Bt棉花对害虫地位演化的影响受到高度重视并引起广泛争议。本研究组在1997—2007年间在河北省系统研究了棉铃虫在Bt棉花田和常规棉花田的种群动态,结合华北地区1992—2006年100个试验点棉铃虫种群监测数据的模型分析表明:Bt棉花的大规模商业化种植破坏了棉铃虫在华北地区季节性多寄主转换的食物链,压缩了棉铃虫的生态位,不仅有效控制了棉铃虫对棉花的危害,而且高度抑制了棉铃虫在玉米、大豆、花生和蔬菜等其它作物田的发生与危害。这一研究成果明确了我国商业化种植Bt棉花对靶标害虫的生态效应,为阐明转基因抗虫作物对昆虫种群演化的调控机理提供了重要基础,对发展利用Bt植物可持续控制重大害虫区域性灾变的新技术有重要指导意义。

昼夜温度变化对棉花叶片Bt蛋白表达及抗虫性的影响

以中棉所60为实验材料,研究昼夜不同温度(32℃/18℃)变化对Bt蛋白表达的影响。结果表明,与昼夜温度(32℃/28℃)相比,32℃/18℃条件胁迫棉花叶片24h、48h、72h、96h后,Cry1Ac蛋白表达量分别降低40.62%、60.78%、61.93%和62.90%;而胁迫棉花叶片24h、48h后的幼虫死亡率差异未达显著水平,72h、96h后的幼虫死亡率(3d)则分别显著下降了20.33和23.33百分点,5d后幼虫死亡率分别显著下降了22.67和19.67百分点。这表明昼夜不同温度胁迫对棉铃虫幼虫的致死效应迟于对毒蛋白表达量的影响。

利用PLFA方法研究转Bt基因棉花对土壤微生物群落结构变化的影响

在大田条件下,用3个转Bt基因棉花品种和一个常规品种,利用磷脂脂肪酸(PLFA)方法研究转Bt基因棉花对土壤微生物群落结构变化的影响。试验结果表明,转基因棉花增加了土壤微生物PLFA的含量。转基因棉花降低了棉田土壤格兰氏阳性细菌的比例,提高棉田土壤的真核生物、真菌和放线菌的比例;转基因棉花在蕾期提高了土壤原生动物比例,在吐絮期比例反而降低;转基因棉花在蕾期提高了棉田土壤格兰氏阴性细菌的比例,吐絮期则降低了格兰氏阴性细菌的比例。主成分分析和聚类分析表明,转Bt基因棉花对土壤微生物群落结构变化有明显影响。PLFA方法可作为转基因生态安全评价的一种方法。

不同氮素水平下CO_2倍增对转Bt棉花氮素代谢的影响

通过开顶式CO2气室研究了盛蕾期转Bt棉花新棉33B及其对照亲本DP5415的生长势和氮素代谢特征对土壤氮素水平(100和200mgN.kg-1)和CO2浓度倍增(750和375μl.L-1)的生理生态响应。结果表明:CO2浓度升高可显著提高2种棉花的株高和茎粗,增加生物产量;氮素水平提高可显著增加转Bt棉花的株高、茎粗,以及茎和蕾的鲜质量,而对亲本棉花DP5415的影响不显著;对照棉花DP5415的谷氨酰胺合成酶(GS)活力随大气CO2浓度的升高而显著降低,随氮素营养的提高而升高,转Bt棉花新棉33B在低氮条件下,GS活力随大气CO2浓度的升高而显著增加;大气CO2浓度升高及氮素营养的增加使盛蕾期转Bt棉花的硝酸还原酶(NR)活力显著增加,DP5415的NR活力也随大气CO2浓度的升高而显著提高;大气CO2浓度对2种棉花的亚硝酸还原酶(NiR)活力都有明显的抑制作用,其中,高CO2浓度条件下,DP5415的NiR活力还随氮素营养的增加而显著下降。可见,大气CO2浓度升高下,土壤氮素水平变化对转Bt棉花的生长势影响显著,但对其氮素代谢生理的影响较对照亲本棉花小。生产中(尤其是高浓度CO2环境下),应进一步加强转Bt棉花的氮肥优化管理。

Bt转基因棉花抗棉铃虫毒性机理研究

应用江苏省农业科学院经济作物研究所提供的Ｂｔ转基因棉花（编号８８４０），经盆栽、田间反复鉴定对棉铃虫１龄幼虫抗虫效果平均为９３．１％，叶、蕾、铃饲喂３龄幼虫抗虫效果分别为９０％、８５％、５５％测定毒性机理。棉铃虫３龄幼虫取食抗虫棉２ｄ后，其食量、排泄量分别比该材料未导入Ｂｔ转基因对照植株减少５７．１０％，５７．１９％；幼虫长度、体重增长率分别比对照减少７１．６９％、８１．５１％。４ｄ后食量、排泄量减少７２．０２％、７７．３３％，体长和体重增长率分别比对照减少９３．０２％、１０７．７９％。测定中肠、血清ｐＨ值分别为８．１９和６．４，与对照８．３６、６．５差异不大。中肠超微结构观察，取食抗虫棉中毒死亡的棉铃虫幼虫中肠横纹肌呈收缩状；表明中肠处于中毒痉挛状态，吸收营养物质的柱状细胞微绒毛萎缩并局部被破坏，肠壁细胞质内的细胞器减少。营养物质自耗成空胞。而取食对照植株幼虫中肠超微结构则相反，肌肉舒畅。微绒毛多而正常，细胞器丰富，幼虫生长发育正常。

转Bt基因棉花国抗62对棉铃虫生长发育的影响及田间抗虫效果

为了明确新疆第一个自主转Bt基因棉花品种国抗62对棉铃虫Helicoverpa armigera生长发育影响及田间抗虫效果,2005年进行了室内生物测定和田间小区试验。在室内以国抗62（转Cry1Ac基因棉花）和中棉35（对照常规棉花）的叶片饲喂棉铃虫幼虫,从幼虫发育历期、体重、存活率、化蛹等方面,分析了棉铃虫生长发育动态。结果表明,国抗62对棉铃虫生长发育的抑制作用非常显著。与对照相比,取食国抗62的棉铃虫幼虫1~6龄龄期分别延长了1.0,7.8,8.2,17.8,20.3和〉21.3天;幼虫发育到6龄时存活率仅为2.6%,最终无一化蛹,而对照幼虫发育到6龄时存活率为91.8%,最终化蛹率为89.8%。田间小区调查结果显示国抗62对第2代棉铃虫有非常好的抗虫效果：两个品种棉田棉铃虫落卵量无显著差异,但国抗62棉田比对照棉田虫口数量降低85.7%,顶尖被害率降低94.4%,蕾铃被害率降低95.1%,差异达到显著和极显著水平。但国抗62对第3代棉铃虫的田间抗虫效果欠佳。棉铃虫在新疆棉田以第2代为害为主,因此,国抗62能够起到有效的控制作用。

盐碱土壤转Bt基因棉花外源蛋白表达量时空变化及对抗虫性的影响

盐碱地是潜在的可利用耕地资源,但土壤盐碱化严重制约了农业生产的可持续发展。基于棉花机械化程度低、劳动力成本和生产资料投入剧增、比较效益下降和实施粮食生产安全战略等因素影响,我国长江流域和黄河流域棉花面积锐减,种植区域向内陆盐碱旱地或滨海盐碱地转移,但目前针对盐碱地转Bt基因棉种植可能带来的生态安全性问题研究甚少,正成为国内外研究的焦点和热点。伴随着棉花向盐碱地大面积转移种植趋势,检测盐胁迫是否影响转基因抗虫棉抗虫性,明确其影响程度,直接关系到转基因抗虫棉种植的安全性,也是目前抗虫棉扩大生产中迫切需要解决的问题。以非转基因棉花为对照,分别在低盐、中盐和高盐土壤种植的棉花的苗期、蕾期和花铃期采样,室内测定了转Bt基因棉花叶片对棉铃虫幼虫校正死亡率和外源蛋白表达量。研究结果发现盐分胁迫下转Bt基因棉花苗期叶片对棉铃虫幼虫校正死亡率下降了9.22%—47.46%,蕾期下降了31.61%—45.42%,花铃期下降了3.59%—18.52%;土壤盐分显著降低了转Bt基因棉花叶片中外源蛋白的表达量,苗期功能叶外源蛋白表达量下降了7.66%—29.86%;蕾期下降了3.77%—36.85%;花铃期下降了18.13%—41.02%;相关性分析表明,盐分胁迫条件下转Bt基因棉花叶片中外源蛋白表达量与其对棉铃虫抗性程度存在正相关关系。结果表明,盐碱土壤显著降低了转Bt基因棉花叶片外源杀虫蛋白表达量,从而导致转Bt基因棉花叶片对棉铃虫的抗虫性下降。研究土壤盐分对转Bt基因棉花对棉铃虫的影响及其作用机制,可为建立盐碱地转Bt基因棉花田害虫综合防控技术体系、转Bt基因棉花环境安全评价及转Bt基因棉安全管理提供依据。

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。

外源Bt基因导入对棉花叶片维管束汁液的生化物质含量及烟粉虱种群增殖的影响

以转B t基因棉花"国抗22"和常规棉亲本"泗棉3号"为试材,研究外源B t基因导入对棉花叶片维管束汁液中营养物质和次生物质含量以及烟粉虱种群增殖的影响。结果表明,和"泗棉3号"相比,"国抗22"叶片维管束汁液中可溶性糖含量较低;单宁浓度苗期较低,但花铃期两个品种无明显差异;花铃期游离氨基酸总量无明显差异,但谷氨酸、脯氨酸、丙氨酸含量均明显高于"泗棉3号";在苗期和花铃期两品种棉花叶片维管束汁液中均未检测到棉酚。取食苗期和花铃期"国抗22"棉花的B型烟粉虱内禀增长率rm分别比取食"泗棉3号"对应生育期的高13.7%和20.2%。研究表明,外源B t基因的导入影响转基因棉花中可溶性糖、游离氨基酸和其他抗生物质的合成,从而影响烟粉虱的种群发展。

转Bt基因棉花抗虫萜烯类化合物时空动态的HPLC分析

利用高效液相色谱 (HPLC)技术对转Bt基因棉花抗虫萜烯类化合物种类、含量以及时空动态进行了初步研究 .结果表明 ,被研究的抗虫棉品种抗虫萜烯类化合物在不同品种、不同组织器官间含量差异较大 .叶片中杀实夜蛾素(包括H1、H2 、H3、H4 )含量较高 ,花及蕾中棉酚含量的比例明显高于叶片 .总抗虫萜烯类 (包括棉酚、半棉酚酮、杀实夜蛾素H1、H2 、H3、H4 以及甲氧基半棉酚酮等 )均以铃、顶叶含量最高 ,蕾、花柱等器官次之 .说明在棉花不同品种、同一品种不同器官中是不同的萜烯类化合物在起到抗虫作用 .图 3参

转Bt基因棉花主要抗虫黄酮类化合物时空动态的HPLC分析

棉花植株中的黄酮类化合物是重要的抗病虫害物质 .运用高效液相色谱技术 ,对转Bt基因棉花主要抗虫黄酮类化合物的种类、含量和时空动态进行了初步探讨 .结果表明 ,棉花组织中主要抗虫黄酮类化合物 (包括异槲皮苷、芸香苷和槲皮素等 )能够用HPLC方法检测并进行定量 ;异槲皮苷、芸香苷和槲皮素的含量均以花瓣中最高 ,花萼、苞叶和棉铃中较少 ;棉花生长中后期顶端嫩叶中抗虫黄酮类化合物的含量明显高于苗期 .不同组织不同生长期的主要抗虫黄酮类化合物含量有一定的差异 ,所起的抗虫作用也有所不同 .

转Bt基因棉花对棉铃虫不同龄期幼虫的杀虫活性和抑制生长作用

以我国培育的转Bt基因棉花（简称Bt棉）为材料，系统测定了Bt棉叶片对棉铃虫Helicoverpaarmigera（Hubner）不同龄期幼虫的杀虫活性和抑制生长的作用。结果表明，Bt棉的杀虫活性随着龄期的增大而趋于降低，其中处理3d只对1龄幼虫有较高效果；从1～4龄开始连续取食Bt棉后均不能化蛹，5龄幼虫则能正常化蛹。3龄幼虫取食Bt棉叶3d后的体重与初始体重之比为0．94，而取食常规棉叶的相应比值为5．48，对幼虫生长的抑制作用明显。在28℃条件下用Bt棉饲养棉铃虫1～3龄幼虫3d，对幼虫的致死率显著高于25℃处理，对3龄幼虫抑制生长的作用也显著提高。研究结果可为确定棉铃虫对Bt棉的抗性监测与治理技术以及Bt棉的田间应用技术提供依据。