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转cry1Ab/vip3H水稻抗螟性的鉴定及三类不同转基因水稻对其非靶标生物褐飞虱影响的评价

陈洋

  水稻是世界上最为重要的粮食作物之一,随着科学技术的发展,已有抗虫、抗病、抗除草剂和改良品质等方面的基因应用于水稻中,转基因水稻的生态安全性研究成为人们关注的焦点。转基因植物的生态安全性评价主要包括了对非靶标生物的影响、对天敌的影响和对靶标害虫的抗性治理。本文主要以三类转基因水稻和水稻重要害虫褐飞虱为研究对象,对三类转基因水稻对其非靶标生物褐飞虱的生长发育和繁殖的继代效应影响进行了评价,并对其机理进行了初步分析,主要结果如下: 1转cry1Ab/vip3H基因水稻抗螟虫性 转cry1Ab/vip3H基因水稻G6H1、G6H2、G6H3、G6H4、G6H5.和G6H6对二化螟和大螟的室内生测结果表明,取食转cry1Ab/vip3H水稻的二化螟和大螟在48 h和96 h的死亡率要显著高于取食对照非转基因水稻Xiushui 110,48 h和96 h取食面积也显著低于对照,并且在’168 h时死亡率达到100%。2008年和2009年田间调查结果表明:G6H1、G6H2、G6H3、G6H4、G6H5和G6H6在田间都表现出很高的抗性,其中G6H4和G6H5被螟虫的为害率不到5%。Western blot结果表明Cry1Ab/Vip3H蛋白在水稻植株中是融合表达,通过对Cry1Ab蛋白的含量测定来衡量Cry1Ab/Vip3H蛋白在水稻不同时期的表达量,蛋白含量在各个时期在6个转基因水稻品种中不同时期的表达量相对稳定,无明显规律。TOPSIS分析表明:G6H1在田间和实验室内对螟虫的抗性最好。 2转cry1Ab/vip3H基因水稻G6H1对褐飞虱生物学影响 G6H1对褐飞虱生长发育与繁殖的继代效应评价结果表明,不论是在苗期和成株期,褐飞虱的若虫生长发育和产卵量都不受水稻品种的影响,即取食G6H1与取食其非转基因亲本Xiushui 110相比,褐飞虱的生长发育和繁殖没有受到影响。田间调查也表明,在G6H1田间和Xiushui 110田间的褐飞虱的若虫、成虫和成虫若虫总密度没有显著差异。 3转cry1Ab基因水稻KMD2对褐飞虱生物学影响 在苗期,取食转cry1Ab基因粳稻(KMD2)与其亲本非转基因水稻(Xiushui11)的褐飞虱相比,其若虫发育时间受到水稻类型和代别的显著影响;成虫寿命受到代别和水稻类型与代别互作的显著影响;产卵量受到水稻类型和代别的显著影响。在成株期,褐飞虱若虫发育时间受到水稻类型和水稻类型与代别互作的影响;产卵量受到水稻类型和代别的显著影响。t测验结果表明不论是苗期还是成株期,取食KMD2褐飞虱的若虫生长发育显著延迟,并且产卵量显著下降,这就表明KMD2抑制了褐飞虱的生长发育和繁殖。2008和2009年田间调查结果表明,KMD2田间褐飞虱的种群数量始终要低于Xiushui 11,并且若虫密度和成虫若虫总密度在2008年三个取样时间和2009年4个取样时间达到显著差异。KMD2田间植株在拔节期、抽穗期、孕穗期和成熟期的褐飞虱分蘖为害率显著低于Xiushui 11;卵块数在成熟期要显著的低;卵数在抽穗期、孕穗期和成熟期均显著低。褐飞虱在田间KMD2植株上的平均产卵位置大致上随着时间的推移而升高(除了分蘖期),而在Xiushui 11植株上的平均产卵位置也随着水稻的生长而升高,并且褐飞虱在KMD2和Xiushui 11上的平均产卵位置存在显著差异。在分蘖期、拔节期、抽穗期和灌浆期,在KMD2上褐飞虱卵的位置要比其在Xiushui 11上的高,其中在分蘖期抽穗期和灌浆期达到显著水平。 4转纤维素酶基因水稻KMD2对褐飞虱生物学影响 对转纤维素酶基因水稻Z8-1、Z8-4、Z9-1、Z9-2、CBD-1或CBD-3进行褐飞虱集团鉴定法进行抗鉴定发现,不论是苗期和成株期它们都对褐飞虱表现出易感性,且Z9-2最为明显一些。与敏感品系TN1相比,Z9-2其体内的纤维素酶活性要高一些,而其亲本非转基因水到Xiushui 11体内的酶活性要低一些。转纤维素酶基因水稻Z9-2与其亲本非转基因水稻Xiushui 11相比,在苗期,褐飞虱若虫发育没有受到水稻类型、代别和水稻类型与代别互作的显著影响,产卵量受到代别的显著影响;在成株期,除了褐飞虱雄若虫受到代别的显著影外,雌若虫和总若虫发育时间、成虫寿命都没有受到水稻类型、代别和稻类型与代别互作的影响;产卵量受到代别的显著影响。2008年和2009年对Z9-2和Xiushui 11田间褐飞虱种群密度进行了调查,结果表明,在2008年,褐飞虱的若虫数量和成虫若虫总数量受到水稻品种的显著影响, Z9-2田间的褐飞虱数量要高于Xiushui 11田间褐飞虱的数量,并且在其中3个取样时间达到显著差异;在2009年,褐飞虱的若虫数量和成虫若虫总数量受到取样时间的显著影响,Z9-2田间的褐飞虱数量要高于Xiushui 11田间褐飞虱的数量,并且在其中1个取样时间达到显著差异。 5 KMD2与Xiushui 11及其褐飞虱诱导后基因表达差异 利用基因芯片技术对转cry1Ab基因水稻(KMD2)与其亲本非转基因水稻(Xiushui 11)及其褐飞虱诱导后基因表达谱进行了初步的分析。KMD2与Xiushui 11相比,有324个基因探针的mRNA水平发生了变化,表达量上调的水稻基因有177个,下调的探针有147个。KEGG Pathway分析表明,这324个差异基因参与到18条途径中,并且Go Ontology分析表明,这324个差异基因最相关的5个生物过程:氨基酸及其衍生物的代谢、类脂化合物代谢、光合作用、次生代谢和内源性胁迫反应。褐飞虱诱导后的KMD2与褐飞虱诱导后的Xiushui11相比,有317个基因探针的mRNA水平发生了变化,表达量上调的水稻基因有124个,下调的探针有193个。KEGG Pathway分析表明,这317个差异基因参与到31条途径中,并且Go Ontology分析表明与317个差异基因最相关得7个生物过程是非生物胁迫反应、碳水化合物代谢、氨基酸及其衍生物的代谢、根瘤发生与形成和UTP(糖合成)、GTP(蛋白合成)和CTP(磷脂合成)。……   
[关键词]:cry1Ab基因水稻;cry1Ab/vip3H基因水稻;纤维素酶基因水稻;褐飞虱;安全性评价;基因芯片
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2010年