为明确M-49和X-37转基因棉Cry1Ab/c蛋白在主茎叶片的时空分布,采用酶联免疫法(ELISA)对主茎叶片的Cry1Ab/c蛋白含量进行检测,并利用考马斯亮蓝法检测叶片水溶性总蛋白含量.结果表明:X-37主茎叶片Cry1Ab/c蛋白整体含量高于M-49;两种转Bt棉主茎叶的Cry1Ab/c蛋白含量由顶端向底层逐渐增加,现蕾期(6月3日)和初花期(6月27日)底层叶片Cry1Ab/c蛋白含量显著高于顶端叶片;花铃期(8月6日)和铃期(8月26日)中上部叶片Cry1Ab/c蛋白含量均无明显差异.另外,在初花期(6月27日)主茎上部叶片的Cry1Ab/c蛋白与水溶性总蛋白比显著高于中下部叶片.总体上,两种转Bt棉主茎叶片Cry1Ab/c蛋白叶片含量分布由下至上逐渐减少,随生育期的推进呈先增后降,在初花期的上部叶片Cry1Ab/c蛋白与水溶总性蛋白比变化较其他生育期明显.

[目的]系统了解河南省新乡市田间棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)种群对Cry1Ac蛋白的敏感性变化,可为该虫的抗性治理策略提供重要的科学依据.[方法]采用单雌系F1/F2代并结合诊断剂量法于2013-2016年连续监测了河南省新乡市棉铃虫种群对Cry1Ac蛋白的抗性基因频率以及种群敏感度的变化.[结果]2013-2016年河南省新乡市棉铃虫种群对Cry1Ac的抗性基因频率小于0.00212,抗性基因频率处于较低水平;种群的相对平均发育级别由2013年的0.506分别下降到2015和2016年的0.448和0.442,表明棉铃虫对Cry1Ac蛋白的敏感度增加.[结论]河南省新乡市棉铃虫种群对转Cry1Ac基因棉花仍处于较为敏感阶段,转Bt基因棉花的种植面积在河南新乡地区的大面积缩小可能是其抗性发展缓慢的重要原因.

[目的]近年来,我国长江流域和黄河流域棉花面积锐减,种植区域向滨海盐碱地或干旱地转移.研究盐碱旱地转基因棉田与非转基因棉田昆虫群落差异,可为盐碱旱地对转基因棉田生物影响和盐碱旱地转基因棉田害虫防治提供理论指导.[方法]在山东东营和河北枣强盐碱干旱地转Bt基因棉田分别设置常规施药田和非施药田,进行了系统的田间昆虫种群消长动态的调查和统计分析.[结果]中轻度盐碱旱地种植转基因棉花对靶标害虫棉铃虫具有较好的控制作用;与非转基因棉花相比,对其他非靶标害虫棉蚜、烟粉虱和盲蝽及自然天敌龟纹瓢虫、草间小黑蛛种群数量无显著影响,草蛉种群数量在转基因棉田低于非转基因棉田;喷施化学农药对棉铃虫幼虫和棉蚜的防治作用较好,对烟粉虱和盲蝽的防治效果年度间和试验点间有差异,对龟纹瓢虫的杀伤力较大,对草间小黑蛛和草蛉未见明显影响.[结论]盐碱旱地对棉田不同的害虫和天敌影响不同,且转基因棉田与非转基因棉田昆虫群落结构与对照棉田无显著差异.

[目的]探讨转cry1Ab/cry2Aj和G10evo-epsps基因玉米双抗505-12-5中外源Bt蛋白时空表达规律,对3种主要鳞翅目害虫亚洲玉米螟、黏虫和棉铃虫的抗性进行鉴定,为转基因玉米双抗505-12-5的商业化推广提供科学的数据支撑.[方法]Bt蛋白时空表达规律采用酶联免疫法(ELISA),田间抗虫性和室内抗虫性鉴定分别采用田间人工接虫和离体组织生测方法.[结果]在玉米6～8叶期,Bt含量表现为根>心叶>茎,分别为517.3、453.8和312.8 ng?g-1;大喇叭口期,Bt含量表现为心叶>根>茎,分别为353.3、281.3和232.9 ng?g-1;吐丝期,Bt含量表现为心叶>根>茎,分别为188.9、114.1和53.6 ng?g-1;乳熟期,根、茎和心叶含量相当,分别为178.0、160.3和185.4 ng?g-1;繁殖器官中Bt蛋白含量表现为籽粒>花丝>花粉>雄穗,分别为181.3、100.1、95.0和79.8 ng?g-1.室内抗虫性鉴定表明,转基因玉米双抗505-12-5心叶饲喂黏虫24 h,幼虫死亡率低,但48 h后达98.21％;双抗505-12-5心叶、花丝和籽粒饲喂玉米螟,24 h幼虫死亡率分别为87.37％、100％、100％;双抗505-12-5花丝饲喂棉铃虫,24 h幼虫死亡率达80.18％,48 h死亡率为92.45％.田间鉴定结果显示,转基因玉米双抗505-12-5在心叶期和雌穗期对玉米螟、心叶期对黏虫、雌穗期对棉铃虫的抗性均达高抗水平.[结论]转基因玉米双抗505-12-5各器官在不同生育期中均能表达Bt蛋白,尤其在鳞翅目害虫为害的主要时期6～8叶期和吐丝期及乳熟期,易受害器官中Bt蛋白表达量较高.转基因玉米双抗505-12-5田间及室内对3种鳞翅目害虫均表现了显著的抗性效果,具有推广应用的潜力.

以GK-12、新棉33B和SGK321等转基因棉和常规棉泗棉3号为材料,研究了取食转基因棉的棉大卷叶螟对中华通草蛉生长发育和捕食功能的影响.结果表明,中华通草蛉捕食转基因棉花品种上的棉大卷叶螟后,幼虫死亡率增加2.8％-8.8％、茧重降低0.12 mg-0.50 mg/头、羽化率下降0.7％-10.1％,幼虫及茧的历期与对照相比差异达到显著或极显著水平.草蛉对棉大卷叶螟的捕食功能反应符合HollingⅡ型,其捕食量和捕食效率均高于对照,处理1头卷叶螟幼虫所用时间短于对照,瞬间攻击率大于对照.研究认为,草蛉更易捕获取食转基因棉田的棉大卷叶螟,但捕食了这些猎物后对捕食者本身的生长发育带来一定影响.

转基因作物的长期大面积种植,在为农业生产带来惠益的同时,对农业生态系统的健康和稳定可能会产生潜在的影响.转基因作物表达的Bt蛋白对靶标害虫起到较好的控制效果,而对Bt蛋白不敏感的非靶标害虫种群可能会迅速发展起来,对作物造成为害.随着抗虫转基因作物的连续多年种植,科学家们对于田间杀虫剂施用量的增减看法不尽一致.通过总结已有的研究报道,本文以Bt玉米和Bt棉花为例,分析了大田中非靶标害虫暴发的现状,以及暴发的主要原因(如杀虫剂的使用、害虫天敌减少和物种替代).在生产实践中,抗虫作物的长期大面积释放导致广谱杀虫剂施用量减少,田间非靶标害虫数量上升.因此今后需要继续开展更多的研究来综合评估种植转Bt基因作物产生的长期潜在影响,优化害虫防治措施,避免非靶标害虫暴发.

为探讨土壤盐分对转Bt基因抗虫棉棉铃抗虫性的影响,以2个Bt棉品种‘新棉33B’(盐敏感)和‘中07’(耐盐)为试验材料,设置5个土壤盐分水平(0、0.15％、0.30％、0.45％和0.60％),采用盆栽法研究了不同土壤盐分下Bt棉盛铃期铃壳Bt蛋白含量变化及氮代谢生理特征.结果表明:铃壳中Bt蛋白含量随土壤盐分的升高而降低,与对照相比(0％),盐敏感型品种在土壤盐分0.15％、耐盐型品种在0.30％以上时,铃壳中Bt蛋白含量显著下降.相同土壤盐分水平下,花后30 d(DPA)铃壳Bt蛋白含量下降幅度明显大于10 DPA.在铃壳Bt杀虫蛋白含量下降显著时,其可溶性蛋白含量明显下降,硝酸还原酶(NR)和谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)活性显著下降;游离氨基酸含量、蛋白酶和肽酶活性在土壤盐分0.30％以上时显著增加.以上结果说明,土壤盐分影响铃壳的氮代谢,从而引起Bt蛋白合成减弱,中度以上土壤盐分水平会引起Bt蛋白分解加强,从而导致杀虫蛋白表达水平进一步下降.

研究高温干旱对Bt棉杀虫蛋白含量的影响及其蛋白质表达差异,可为Bt棉抗虫性安全表达提供理论参考.本研究以转基因抗虫棉泗抗3号为材料,设计38℃、土壤含水量为最大持水量40％处理(HD)和32℃、最大持水量60％处理(CK).使用非标定量(label-free)蛋白质组学技术分析HD处理后Bt棉棉铃中蛋白表达差异.结果表明:与CK相比,HD处理后Bt棉棉铃中杀虫蛋白下降了38.2 ng·g-1 FM,且差异达到显著水平.HD处理有83种蛋白质比CK显著或极显著上调,104种蛋白质显著或极显著下调;新出现蛋白质122种,不表达167种.京都基因和基因组百科全书通路分析表明,两者的差异蛋白富集通路有14条受到显著影响,其中与Bt棉杀虫蛋白合成有关的通路可能有3条,分别为碳水化合物消化吸收、蛋白外运、内质网的蛋白质加工等.碳水化合物消化吸收途径中,HD处理后泗抗3号水解淀粉能力上升,但催化已糖、葡萄糖、果糖磷酸化能力下降;蛋白质外运通路中,HD处理后肽链合成未受明显影响,但合成的肽链向内质网内转移加工过程受到限制;内质网蛋白质加工通路中,HD处理棉铃中泛素介导的蛋白酶体降解能力加强.

为探讨土壤盐分对转Bt基因抗虫棉棉蕾抗虫性的影响程度,采用盆栽试验,以2个Bt棉品种‘新棉33B’(盐敏感)和‘中07’(耐盐)为试验材料,设置5个土壤盐分水平(0、0.15％、0.30％、0.45％和0.60％),研究盐分对蕾期Bt棉棉蕾中杀虫蛋白含量、Bt基因相对表达量及氮代谢相关酶和物质代谢的影响.结果表明:棉蕾中Bt杀虫蛋白含量随土壤盐分的升高而降低,与对照相比(0％),2个不同类型棉花品种在土壤盐分0.30％及以上时,棉蕾中杀虫蛋白含量显著下降,且随土壤盐分水平的升高,Bt杀虫蛋白含量下降幅度增大.土壤盐分胁迫提高了棉蕾中Bt基因的相对表达量.在相同土壤盐分水平下,盐敏感品种棉蕾中Bt杀虫蛋白含量受土壤盐分影响较大.杀虫蛋白表达量下降幅度大的品种,其可溶性蛋白含量、谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)和谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)活性下降幅度较大,游离氨基酸含量、蛋白酶和肽酶活性上升幅度也较高.说明土壤盐分胁迫下,Bt棉棉蕾蛋白质合成能力下降,分解能力增强,可能是导致杀虫蛋白表达量下降的主要原因.

[目的]研究转基因作物秸秆或残茬还田可能对土壤养分特性造成的影响.[方法]以不同抗虫水平Bt棉花和常规棉花(泗棉3号)为研究材料,分别在经过一、二个生长周期后将秸秆机械粉碎后原位还田,40 d后测定分析土壤中Bt蛋白含量及肥力相关的养分含量变化.[结果]Bt棉秸秆还田后,所有品种棉花土壤中Bt蛋白含量与还田前无显著增加,且转Bt基因棉与非转基因棉还田对土壤Bt蛋白含量的影响并无显著差异.同时,棉秸秆还田可显著提高土壤有机质、速效磷、碱解氮、速效钾、全氮、全磷和全钾含量,提升土壤pH值;增加幅度在不同抗虫水平Bt棉花间及与非转基因常规棉花品种间皆无显著性差异.[结论]秸秆还田对土壤肥力的提升与Bt棉的抗虫水平无关."转Bt基因"不成为Bt棉秸秆还田提高土壤肥力的限制性因素,其秸秆还田不会对土壤肥力质量产生负面影响,可使土壤养分含量增加,有效提升土壤肥力.秸秆原位还田简单、无害又提升肥力,有条件作为转Bt基因植物秸秆无害化处理的理想方式.