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外源Bt杀虫蛋白与棉花抗虫次生物的互作关系及转Bt基因棉花诱导抗虫性的研究

张永军

  为了协调利用外源抗虫资源和棉花自身抗虫优势,有效保持和利用转Bt基因棉抗虫优势。作者对我国种植的转Bt基因抗虫棉的杀虫蛋白含量时空表达以及抗虫效果,外源Bt杀虫蛋白表达对棉花自身的抗生物质—单宁、黄酮、萜烯类化合物以及挥发性它感物质的影响,Bt杀虫蛋白和棉花抗虫次生物对棉铃虫幼虫在饲料中的复合剂量作用,化学调节剂对转Bt基因抗虫棉植株内Bt杀虫蛋白和抗虫次生物的诱导效果进行了初步研究。采用酶联免疫(ELISA)法和室内生测法研究分析了4个转Bt基因棉花株系新棉33~B、GK12、GK2和中棉所30不同生育期、不同组织器官的Bt杀虫蛋白表达量、校正死亡率及它们之间的关系。结果表明,杀虫蛋白表达量在棉花生育过程中有明显的时空动态变化。总的趋势是苗期和蕾期杀虫蛋白表达量较高,花期呈下降趋势,花铃期下降最为明显,到铃期和吐絮期含量略有回升。不同组织器官的杀虫蛋白表达量也有显著的差异,其顺序为叶>铃、花心、花萼、蕾>花瓣>苞叶。室内生物测定棉铃虫幼虫校正死亡率与其杀虫蛋白表达量高度一致。转Bt基因棉花应加强中后期对棉铃虫的监测和补充化学防治。通过有机溶剂提取、柱色谱分离和和花色素反应鉴定得到棉花缩合单宁。采用高效液相色谱法测定转Bt基因棉花缩合单宁的的变化,结果表明三叶期到花铃期转Bt基因棉花的缩合单宁含量显著低于同品种常规棉花,在一些组织器官中缩合单宁含量减少达30%,说明Bt杀虫蛋白表达已影响到棉花中缩合单宁的合成代谢。将不同浓度的棉花缩合单宁和Bt杀虫蛋白拌入人工饲料对棉铃虫幼虫进行剂量反应试验,发现棉花缩合单宁和Bt杀虫蛋白之间有接近显著水平的拮抗作用。采用高效液相色谱法测定转Bt基因棉花主要抗虫黄酮类化合物的的变化,结果表明外源Bt杀虫蛋白表达不会对棉花自身原有的主要抗虫黄酮类物质(包括芸香苷、异槲皮苷和含量较少的槲皮素)产生不利的影响,因此可以将Bt杀虫蛋白基因转入抗虫黄酮类物质中国农业科学院博士学位论文含量高的棉花品系。将不同浓度的会香昔分别与不同浓度的Bt杀虫毒蛋白组成多个复合剂量组合拌入人工饲料对棉铃虫幼虫进行剂量反应试验,证明苔香昔对棉铃虫幼虫有一定的抑制作用,而芙香苦对B!杀虫蛋肉有增效作用。测定转B t基因棉花苯丙氨酸裂解酶(PA L)的变化,发现从子叶期到花期棉叶组织中PA L 活性水平呈现逐渐上升趋势,在花期出现高峰后并保持到铃期。转B!基因棉花不同时期叶组织中PA L活性水平与其对照余本没有显著差异,说明外源Bt杀虫蛋白表达不会影响到棉花原有PA L表达水平。利用高效液相色谱(HPLC)技术对转Bt 基因棉花抗虫惦烯类化合物种类、含量以及时空动态进行了初步研究并且探讨了外源BI杀虫蛋白表达对棉花原有的总杀实夜蛾素、棉酚及总抗虫枯烯类合成量的影响。结果表明,被研究抗虫棉品种抗虫枯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H4、H;、H3、H。)含量较高,花及蕾中棉酚含量的比例明显高于叶片。总抗虫枯烯类(包括棉酚、半棉酚酮、杀实夜峨素H;、H。、H;、HI以及甲氧基半棉酚酮等)均以铃、项叶含量最高,蕾、花柱等器官次之。说明抗虫砧烯类化合物在棉花不同品种、同一品种不同器官中所起的抗虫作用不同。显著性分析发现,外源Bt杀虫蛋白表达对棉花原有的总杀实夜蛾素、棉酚及总抗虫惦烯类合成量不存在不利的影响,因此可以将Bt杀虫蛋白基因转入抗虫枯烯类物质含量高的棉花品系或者将转Bt基因棉花与富含抗虫秸烯类物质的棉花品种杂交。将不同浓度的棉酚与不同浓度的Bt杀虫蛋白组成多个复合剂量组合拌入人l:饲料对棉铃虫幼虫进行剂量反应试验。结果表明,棉酚对棉铃虫幼虫的抗虫作用达到极显著水平,棉酚和Bt杀虫蛋白之间没有交互作用,表明饲料中棉酚和Bt杀虫蛋白对棉铃虫的作用是可加的。应用水杨酸和缩节胺处理转Bt 基因棉花,初步探讨了棉花植株诱导后顶端嫩叶中Bt杀虫蛋白和主要抗虫次生物发生的变化。水杨酸和缩节胺处理不能明显影响转Bt基因棉花顶端嫩叶中Bt杀虫蛋白的表达量;适宜浓度的水杨酸和缩节胺处理能够明显提高转BI基因棉花顶端嫩叶中缩合单宁和芙香茸的含量;适宜浓度的水杨酸外源Bt杀虫蛋白与棉花抗虫次生物的互作关系及转Bt基因棉花诱导抗虫性的研究处理还能够明显提高转Bt基因棉花顶端嫩叶中总抗虫陌烯物质的含量;而缩节胺处理对转Bt基因棉花顶端嫩叶中总抗虫砧烯物质的含挝影响不人。水杨酸和缩节胺能够在一定程度诱导棉花抗虫次生物的表达。棉花植株抨发性它感物质现蕾期前在叶片中以a.菠烯人主导地位,而现蕾后,蕾、花和铃中主要以p-月桂烯为主。研究初步发现外源Bt杀虫蛋白表达对棉花白身主要挥发性它感物质的合成不会造成不利影响。……   
[关键词]:棉花;Bt杀虫蛋白;抗虫次生物;互作关系;诱导抗性
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国农业科学院2000年