全 文 ：植物生态学报 2010, 34 (6): 695–703 doi: 10.3773/j.issn.1005-264x.2010.06.009
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2009-07-10 接受日期Accepted: 2009-10-30
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: wangjw@scau.edu.cn)
机械损伤对Bt玉米化学防御的系统诱导效应
冯远娇1,2,3 金 琼1,2,3 王建武1,2,3*
1华南农业大学热带亚热带生态研究所, 广州 510642; 2华南农业大学农业部生态农业重点开放实验室, 广州 510642; 3华南农业大学广东省高等学校
农业生态与农村环境重点实验室, 广州 510642
摘 要 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6 h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。
关键词 Bt玉米, 防御物质, 防御相关基因, 机械损伤, 系统诱导
Systemic induced effects of mechanical wounding on the chemical defense of Bt corn (Zea
mays)
FENG Yuan-Jiao1, 2, 3, JIN Qiong1, 2, 3, and WANG Jian-Wu1, 2, 3*
1Institute of Tropical and Subtropical Ecology, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 2Key Laboratory of Ecological Agriculture of
Ministry of Agriculture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; and 3Key Laboratory of Agroecology and Rural Environment of
Guangdong Regular Higher Education Institutions, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China
Abstract
Aims The major objective was to explore the difference in the systematic induced effects of mechanical
wounding on Bt corn and conventional corn after the first leaf of corn seedlings was mechanically wounded.
Methods Two Bt corns, ‘5422Bt1’ (Bt11) and ‘5422CBCL’ (Mon810), as well as their conventional corn ‘5422’
were used to detect changes in the content of direct defense chemical DIMBOA and expression of its genes (Bx1,
Bx6 and Bx9), content of direct defense chemical total phenol and expression of its gene (PAL), direct defense
protein genes (MPI and PR-2a), and the indirect defense chemical volatile genes (FPS and TPS) in the
non-wounded parts (second leaf and roots) by employing chemical analysis and gene expression analysis methods
after the first leaf of corn seedlings was mechanically wounded for 6 h.
Important findings Mechanical wounding systematically induced the expression of PAL and TPS in the second
leaf and PAL and FPS in the roots of conventional corn ‘5422’ as compared with the healthy plants, which signifi-
cantly increased the DIMBOA content in the second leaf but reduced the DIMBOA content and its gene expres-
sion of Bx6 and Bx9 in the roots. In addition, mechanical wounding systematically induced the gene expression of
Bx6, PAL, PR-2a and TPS in the second leaf and Bx6, Bx9, PAL, MPI, PR-2a and TPS in the roots of Bt corn
‘5422Bt1’, resulting in increased DIMBOA content of the second leaf. In terms of ‘5422CBCL’, mechanical
wounding systematically induced the gene expression of Bx9, PAL, PR-2a and TPS in the second leaf and the gene
expression of Bx6, PAL, MPI and TPS in the roots, which remarkably increased the total phenol content in the
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roots. The systematic induced effect of mechanical wounding on the chemical defense response is more obvious in
the two Bt corns as compared with the conventional corn ‘5422’, suggesting that there is a synergistic relationship
between the Bt gene introduction and chemical defense response during the systematic induced defense processes
inflicted by mechanical wounding.
Key words Bt corn, defense chemicals, defense-related genes, mechanical wounding, systematic induction

植物在长期协同进化过程中形成了抵御机械
损伤等外界胁迫的防御体系(Karban & Baldwin,
1997; Agrawal et al., 1999), 从而保护植物免遭或减
轻危害。植物防御反应的诱导具有系统性(Turlings
& Tumlinson, 1992; Karban & Baldwin, 1997; Paré &
Tumlinson, 1997; 娄永根和程家安 , 2000; Ryan,
2000; Kessler & Baldwin, 2002)。研究表明, 机械损
伤不仅能增加处理叶中防御物质如拟南芥
(Arabidopsis thaliana)的芥子油苷(glucosinolate) (田
云霞等, 2009)、玉米(Zea mays)的丁布(DIMBOA)
(姚瑜等, 2008)、南瓜(Cucurbita moschata)的葫芦素B
(cucurbitacin B) (刘慧等, 2007)、烟草(Nicotiana spp.)
的烟碱(nicotine) (Baldwin et al., 1997; 石秋梅等,
2007)和蛋白酶抑制剂(proteinase inhibitor) (杨丽文
等, 2006)的含量, 还能增加非处理叶中如烟草的蛋
白酶抑制剂含量(杨丽文等, 2006)以及诱导防御相
关基因PAL、MPI、PR-2a的表达(徐涛等, 2005), 甚
至能增加非处理部位根系中防御物质如烟草的烟
碱(Baldwin et al., 1994)和蛋白酶抑制剂(van Dam et
al., 2001)的含量。
玉米作为世界上重要的粮食作物, 在进化过程
中也形成了抵御外界胁迫的直接和间接防御体系
(聂呈荣等, 2005; 徐涛等, 2005; 冯远娇等, 2007;
Wang et al., 2007; Rasmann & Turlings, 2008), 这些
体系的研究通常检测防御物质含量及防御相关基
因表达的变化。随着转基因作物种植面积逐年上升,
2008年全球转基因作物种植面积达1.25亿hm2, 其
中转基因玉米种植面积占30% (James, 2009)。Bt
(Bacillus thuringiensis)玉米是全球商品化最快的抗
虫转基因作物之一, 其大规模商品化种植的潜在生
态风险是国内外学者关注的焦点, 其中包括转基因
作物化学防御作用的变化及其诱导防御方面(冯远
娇等, 2007; 钟珍梅等, 2007), 目前研究的作物主要
集中在Bt棉花(武予清等, 2000; 张永军和郭予元,
2000; 张永军等, 2002a, 2002b, 2002c; 阎凤鸣等,
2002)和Bt玉米(聂呈荣等, 2005; Nie et al., 2005;
Turlings et al., 2005; Dean & Moraes, 2006)上, 包括
机械损伤对Bt玉米间接防御物质挥发物含量影响
的报道(Dean & Moraes, 2006), 但机械损伤对Bt玉
米直接防御物质含量及防御相关基因表达的系统
诱导效应尚未见报道。为此, 本文对两个Bt玉米
‘5422Bt1’(Bt11)和‘5422CBCL’(Mon810)以及它们共
同的同源常规玉米品种‘5422’第一叶进行机械损伤
处理, 6 h后检测非处理部位第二叶和根系中Bt蛋白
含量、直接防御物质(丁布和总酚)含量及防御相关
基因(调控丁布合成的Bx1、Bx6和Bx9基因; 调控酚
酸合成的PAL基因; 直接防御蛋白PR-2a和MPI调控
基因; 调控间接防御物质挥发物合成的FPS和TPS
基因)表达的情况, 探明Bt玉米和常规玉米非处理
部位对机械损伤响应的差异, 为更好地开展Bt玉米
生态风险评价提供科学依据。
1 材料和方法
1.1 试验材料
本研究采用的玉米品种为美国Beck’s Hybrids
公 司 的 Bt 玉 米 ‘5422Bt1’ (Bt11) 和 ‘5422CBCL’
(Mon810), 以及它们共同的同源常规玉米品种
‘5422’, 均由美国普渡 (Purdue)大学农学系Cindy
Nakatsu教授惠赠。
1.2 试验设计
试验设置机械损伤处理(W)和健康植株对照
(CK)。将大小一致饱满的玉米种子播种于装有700 g
干净河砂的塑料杯(高 × 直径 = 10 cm × 9 cm)中,
每杯1粒, 浇120 mL Hogland全营养液, 25 ℃黑暗中
培植2天后放入人工气候箱(温度: 22 (℃ 黑夜)/28
(℃ 白天); 光照: 12 h·d–1 (6:00–18:00); 相对湿度:
70%)生长, 隔一日浇20 mL营养液。待玉米长至2叶
1心期时对第一叶进行机械损伤处理。机械损伤处
理时用直径为0.5 cm的打孔器在玉米第一叶上主脉
两侧共打8个孔, 对照为不做任何处理的健康植株。
研究表明(徐涛等, 2005), 害虫取食植物3 h后, 就能
诱导植物产生防御反应, 因此, 本文在研究机械损
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伤对Bt玉米化学防御的系统诱导效应中, 取样时间
定为机械损伤后6 h, 并选取第二叶和根系作为非
处理部位, 每个处理4个重复, 测定防御物质丁布
和总酚的含量, 同时提取RNA进行防御相关基因的
表达分析。
1.3 测定方法
1.3.1 Bt蛋白含量的测定
Bt蛋白含量的测定采用美国Agdia公司生产的
Bt-CrylAb酶联免疫试剂盒。将玉米第二叶和根系称
重后放进2 mL离心管中, 加玻璃珠和少量石英砂,
再加入1 mL PBST提取液, FastPrep (美国MPBIO)上
粉碎(6.0, 40 s) 2次, 室温放置30 min (期间断续混
匀), 离心10 min (12 000 r·min–1, 4 ), ℃ 吸取上清液
用PBST提取液稀释一定倍数后待测。Bt蛋白定量测
定时则在同一酶标板中加入4个不同浓度(0、0.25、
0.5、0.75 ng·g–1)的Bt标准蛋白以及样品稀释液各
100 μL, 保鲜膜覆盖, 振荡15 min (200 r·min–1), 室
温孵育2 h, 去膜, PBST缓冲液洗板5次; 每一微孔
中加100 μL酶标抗体, 保鲜膜覆盖, 振荡30 min
(200 r·min–1), 室温孵育2 h, PBST缓冲液洗板5次;
再加100 μL TMB底物, 保鲜膜覆盖, 振荡30 min
(200 r·min–1), 室温孵育15 min, 最后加50 μL硫酸(3
mol·L–1)终止液, 充分混匀, 30 min内用酶标仪(奥地
利TECAN) (波长450 nm)测定其OD值, 根据标准曲
线求出第二叶和根系中的Bt蛋白含量。
1.3.2 丁布含量的测定
丁布含量的测定参照Ni和Quisenberry (2000)的
方法加以改进。取玉米第二叶和根系, 称重, 液氮
研磨后加10 mL蒸馏水, 室温静置20 min后加入10
mL甲醇, 12 000 r·min–1离心15 min, 将上清液彻底
过滤到100 mL茄型瓶, 在旋转蒸发仪上蒸干液体,
残渣复溶于2 mL色谱纯乙腈与0.5%乙酸的混合液
(乙腈:0.5%乙酸=1:1)中, 过0.45 µm滤膜, –20 ℃冰
箱中保存以备HPLC测定。采用Angillent 1100高效
液相色谱仪(美国安捷伦)进行检测, 配备二极管阵
列检测器。色谱柱: Hypersil C18柱, 250 mm × 4.0
mm, 5 µm; 流动相为色谱纯乙腈和0.5%乙酸溶液,
梯度洗脱, 其中乙腈的体积分数在0–10 min内由
25%变化到45%, 然后在10–15 min内又从45%变化
到25%; 流速为1 mL·min–1; 检测波长为262 nm; 进
样量为20 µL。以不同浓度丁布标样的吸收峰面积制
作标准曲线求出第二叶和根系中的丁布含量。
1.3.3 总酚含量的测定
总酚含量的测定参照Randhir和Shetty (2005)的
方法加以改进。取玉米第二叶和根系, 称重, 液氮
研磨后加10 mL 95%的乙醇, 4 ℃放置36 h后12 000
r·min–1离心10 min。吸1 mL上清液到比色管中, 依
次加入1 mL 95%的乙醇、5 mL蒸馏水和0.5 mL
Folin-Ciocalteu phenol reagent。5 min内加入1 mL 5%
的Na2CO3, 暗处反应1 h后在紫外分光光度计(北京
普斯通用仪器公司)上测定725 nm下的OD值, 以没
食子酸作标准曲线求出第二叶和根系中的总酚含
量。
1.3.4 防御基因表达分析
采用RT-PCR(reversed transcription PCR)方法分
析各样品中丁布合成调控基因(Bx1、Bx6和Bx9)、酚
酸合成调控基因(PAL)、直接防御蛋白调控基因(MPI
和PR-2a)以及间接防御物质挥发物调控基因(FPS
和TPS)的表达。RNA提取时取玉米幼苗第二叶150
mg和根系300 mg, 液氮冷冻条件下碾成粉末, 在液
氮挥发完全前移入2 mL离心管中, 根据Invitrogen
公司的Trizol试剂盒提供的方法提取。取7 μL各样品
总RNA, 采用TaKaRa公司RNA PCR Kit提供的方法
进行逆转录, 逆转录后各基因扩增所用的特异性引
物及其出处见表1。各个基因扩增的PCR程序和信息
来源见徐涛等(2005)以及冯远娇等(2007), 其中Bx6
基因为丁布合成中另一调控基因(Frey et al., 2003),
扩增时的退火温度为61.9 ℃。甘油醛-3-磷酸脱氢酶
(GAPc)基因为玉米的内标基因(Brinkmann et al.,
1987)。
1.4 数据分析
所有数据均采用Excel整理作图, 用统计软件
SAS8.0进行分析, 两个平均数的差异显著性检验用
成组数据的t检验, 差异显著性水平为0.05。
2 结果和分析
2.1 机械损伤对Bt蛋白含量的影响
机械损伤第一叶6 h后, 对两个不同转化事件
的Bt玉米‘5422Bt1’及 ‘5422CBCL’中第二叶和根系
Bt蛋白的含量均没有显著影响(图1A、1B), 说明机
械损伤处理后6 h对Bt蛋白并没有系统诱导作用。
2.2 机械损伤对丁布含量及其调控基因表达的影响
机械损伤第一叶6 h对同源常规玉米以及Bt玉
米第二叶和根系中丁布含量的影响不同(图2)。机械
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表1 实验所用的特异性引物
Table 1 The specific primers used in the experiment
基因
Gene
登陆号
Accession number
引物
Primer
大小
Size (bp)
吲哚合成酶
Indole synthase (Bx1)
AY254103 F: 5′-ATGGCTTTCGCGCCCAAAACGTCCTC-3′
R: 5′-CGTGGACCCCCGCCTCTTTCATCTCG-3′
612
2-酮戊二酸氧化酶
2-Oxoglutarate-dependant oxygenase (Bx6)
AF540907 F: 5′-ATCCCGTCCATCTTCCA-3′
R: 5′-CTCTGCCCGTTGTTGC-3′
686
糖基转移酶
Glucosyltransferase (Bx9)
AF331855 F: 5′-TCGTCACCACGCTGAACGCCAG-3′
R: 5′-GGATCCTCCTTGCGCTCCTCTTTC-3′
262
苯丙氨酸转氨酶
Phenylalanine ammonia-lyase (PAL)
L77912 F: 5′-CACAAGCTGAAGCACCACCC-3′
R: 5′-GAGTTCACGTCCTGGTTGTG-3′
560
玉米蛋白酶抑制剂
Maize proteinase inhibitor (MPI)
X78988 F: 5′- ACAACCAGCAGTGCAACAAG -3′
R: 5′-GAAGATGCGGACACGGTTAG-3′
370
酸性β-1,3-葡聚糖酶
Acidic beta-1,3-glucanase (PR-2a)
M95407 F: 5′-CCAACGTCTACCCCTACTTC-3′
R: 5′-GGGTTGAAGAGGCCGAAGTG-3′
394
法呢烯基焦磷酸合成酶
Farnesyl pyrophosphate synthetase (FPS)
L39789 F: 5′-GGCTGGTGCATTGAATGGCT-3′
R: 5′-ATGTCCGTTCCAATCTTGCC-3′
518
萜类合成酶
Terpene synthase (TPS)
AF529266 F: 5′-GCCATGCCAGTGAAGCTGACTCCTGC-3′
R: 5′-GTAGACGGTCCAATGTGGTGTAGAAG-3′
679
甘油醛-3-磷酸脱氢酶
Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPc)
X07156 F: 5′-GCTAGCTGCACCACAAACTGCCT-3′
R: 5′-TAGCCCCACTCGTTGTCGTACCA-3′
512



图1 机械损伤对玉米第二叶(A)和根系(B)Bt蛋白含量的影响。图中数据为平均值±标准误; 对照与处理平均值差异显著性检
验方法为成组数据的t检验; *, p < 0.05。
Fig. 1 Effect of mechanical wounding to corn on Bt protein content in the second leaf (A) and the root (B). The data in the figure are
mean ± SE. Significance among the data was determined by paired Student’s t-test. *, p < 0.05.



图2 机械损伤对玉米第二叶(A)和根系(B)丁布含量的影响。图注同图1。
Fig. 2 Effect of mechanical wounding to corn on DIMBOA content in the second leaf (A) and the root (B). Notes see Fig. 1.
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损伤导致常规玉米‘5422’第二叶丁布含量增加24%
(t = 1.33, p = 0.018) (图2A), 但根中降低40% (t =
3.49, p = 0.025 2) (图2B); 同时, 机械损伤也能增加
Bt玉米‘5422Bt1’第二叶的丁布含量, 增加的幅度为
17% (t = –3.69, p = 0.021) (图2A); 对另一Bt玉米
‘5422CBCL’第二叶和根系的丁布含量则无显著影
响(图2A、2B)。因此, 机械损伤后6 h对常规玉米和
Bt玉米‘5422Bt1’丁布含量有一定的系统诱导效应,
但对另一Bt玉米‘5422CBCL’的丁布含量没有系统
诱导效应。
机械损伤对Bt玉米和常规玉米第二叶和根系
中丁布调控基因表达的影响有所不同(图3)。机械损
伤处理的常规玉米‘5422’第二叶Bx9基因的表达与
对照无差异(图3A), 根中Bx6和Bx9基因的表达均弱
于对照(图3B); 但机械损伤能诱导Bt玉米‘5422Bt1’
第二叶中Bx6基因的表达(图3A), 增强其根系中Bx6
和Bx9基因的表达(图3B); 同时机械损伤还能增强
另一Bt玉米‘5422CBCL’第二叶中Bx9基因的表达
(图3A)。可见, 机械损伤处理后6 h对常规玉米丁布
调控基因的表达没有系统诱导效应, 但对两个Bt玉
米丁布调控基因的表达有一定的诱导作用, 这与终
端产物丁布含量的变化(图2)不太一致, 可能是由于
基因表达和终端产物的合成存在时间差异所致。
2.3 机械损伤对总酚含量及其调控基因表达的影响
第一叶的机械损伤对常规玉米‘5422’和Bt玉米
‘5422Bt1’第二叶和根系的总酚含量均没有明显影
响(图4A、4B), 但导致另一Bt玉米‘5422CBCL’根
系总酚含量显著增加51% (t = –3.17, p = 0.034) (图



图3 机械损伤对玉米第二叶(A)和根系(B)丁布调控基因表达的影响。CK, 对照; W, 机械损伤; GAPc, RT-PCR的内标。
Fig. 3 Effect of mechanical wounding to corn on the expression patterns of key genes in DIMBOA biosynthesis in the second leaf
(A) and the root (B). CK, control; W, mechanical wounding; GAPc, internal standard of RT-PCR.




图4 机械损伤对玉米第二叶(A)和根系(B)总酚含量的影响。图注同图1。
Fig. 4 Effect of mechanical wounding to corn on total phenolics content in the second leaf (A) and the root (B). Notes see Fig. 1.

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图5 机械损伤对玉米第二叶(A)和根系(B)酚酸调控基因表达的影响。图注同图3。
Fig. 5 Effect of mechanical wounding to corn on the expression patterns of key genes in total phenolics biosynthesis in the second
leaf (A) and the root (B). Notes see Fig. 3.



图6 机械损伤对玉米第二叶(A)和根系(B)直接防御蛋白调控基因表达的影响。图注同图3。
Fig. 6 Effect of mechanical wounding to corn on the expression patterns of direct defense protein genes in the second leaf (A) and the
root (B). Notes see Fig. 3.


4B)。同时, 机械损伤第一叶6 h后, 均能增强常规玉
米和两个Bt玉米第二叶和根系中酚酸调控基因PAL
的表达(图5A、5B)。
2.4 机械损伤对直接防御蛋白调控基因表达的影
响
机械损伤第一叶6 h, 对Bt玉米和常规玉米第
二叶和根系中直接防御蛋白调控基因表达的系统
诱导效应有一定差异(图6)。机械损伤对常规玉米
‘5422’第二叶MPI基因、根系中MPI和PR-2a基因的
表达没有明显影响, 减弱第二叶PR-2a基因的表达
(图6A、6B); 但能增强Bt玉米‘5422Bt1’第二叶中
PR-2a基因(图6A)、根系中MPI和PR-2a基因的表达
(图6B); 也能增强另一Bt玉米‘5422CBCL’第二叶中
PR-2a基因(图6A)、根系中MPI基因的表达(图6B)。
2.5 机械损伤对挥发物调控基因表达的影响
机械损伤第一叶6 h能系统诱导常规玉米‘5422’
第二叶中挥发物调控基因TPS (图7A)、根系中FPS
基因的表达(图7B); 而机械损伤均能系统诱导两个
Bt玉米第二叶和根系中TPS基因的表达, 对FPS基
因的表达则没有明显影响(图7A、7B)。
3 讨论
众所周知, 植物诱导防御作用的系统性特征是
普遍存在的(Turlings & Tumlinson, 1992; Ryan,
2000), 由于地上部可以通过韧皮部向地下部运输
光合产物等(Baldwin, 1989; Taiz & Zeiger, 1998), 因
此, 地上部诱导对地下部防御反应的系统性诱导作
用也逐步引起科学家的重视(Bezemer et al., 2003;
van Dam et al., 2003)。害虫对植物的取食均有损伤
过程, 因此通过研究机械损伤处理Bt玉米引起的系
统诱导效应可以为下一步研究害虫取食Bt玉米对
植物的诱导作用提供前期理论基础。本文采用的玉
米品种无论是常规玉米还是Bt玉米, 机械损伤玉米
第一叶后, 不仅对第二叶化学防御有一定的系统诱
导效果, 对根系的防御反应也有一定的系统诱导效
应, 这与机械损伤能增加烟草的非处理叶蛋白酶抑
制剂含量(杨丽文等, 2006), 以及诱导非处理叶防御
相关基因PAL、MPI、PR-2a的表达(徐涛等, 2005)、
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图7 机械损伤对玉米第二叶(A)和根系(B)挥发物调控基因表达的影响。图注同图3。
Fig. 7 Effect of mechanical wounding to corn on the expression patterns of key genes in volatile biosynthesis in the second leaf (A)
and the root (B). Notes see Fig. 3.


增加烟草非处理部位根系中烟碱(Baldwin et al.,
1994)和蛋白酶抑制剂(van Dam et al., 2001)含量的
研究报道相类似。
随着Bt作物种植面积的不断增加, Bt作物及其
同源常规作物之间化学防御作用及其诱导防御的
差异逐渐引起广泛关注(聂呈荣等, 2005; 冯远娇等,
2007; 钟珍梅等, 2007)。在Bt作物与同源常规作物
防御物质含量差异方面的研究主要针对Bt棉花和Bt
玉米, 例如Bt棉的缩合单宁(武予清等, 2000; 张永
军和郭予元, 2000)和总酚含量(武予清等, 2000)显
著低于同源常规品种; 芸香苷、槲皮素和异槲皮苷
等抗虫黄酮类化合物的含量与同源常规品种无显
著差异(张永军等, 2002a); 棉酚、总杀实夜蛾素及总
抗虫萜烯类化合物的含量与同源常规品种也无显
著差异(张永军等, 2002c); 但也有Bt棉中挥发物α-
蒎烯和β-蒎烯的相对含量显著高于同源常规品种,
且比其多一种含量很低的挥发物的报道(阎凤鸣等,
2002)。对Bt玉米的研究表明, Bt玉米叶片的丁布含
量明显低于同源常规玉米, 尤其是嫩叶表现更明
显, 同时阿魏酸含量也显著低于相应的非转基因玉
米品种, 但叶片香草酸、丁香酸的含量差异不显著
(聂呈荣等, 2005; Nie et al., 2005); Bt玉米挥发物的
组成和含量与亲本也没有显著差异(Turlings et al.,
2005)。张永军等(2002b)使用水杨酸和缩节胺处理
Bt棉, 发现棉花中Bt蛋白的含量没有明显变化, 本
文得出的机械损伤Bt玉米对第二叶和根系Bt蛋白的
含量没有显著影响与此相似, 但与茉莉酸处理Bt玉
米‘34B24’ (Mon810)第一叶使得第二叶Bt蛋白含量
明显降低的结论(冯远娇等, 2007)并不一致, 可能是
由于采用的诱导方式或品种不同所致。
另外, 在Bt作物诱导防御方面的研究表明, 水
杨酸和缩节胺处理Bt棉能提高棉花中抗虫物质单
宁和芸香苷的含量(张永军等, 2002b), 机械损伤对
Bt玉米‘DKC61-25’ (Mon810)和常规玉米‘DKC61-
24’挥发物的构成和含量没有显著影响 (Dean &
Moraes, 2006), 但并未见机械损伤对Bt玉米化学防
御反应系统诱导效应方面的研究。从本文研究结果
可知, 机械损伤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, 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基因的表达量则明显下降; 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, 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, 根系的总酚含量显著增加。
可见, 机械损伤对两个Bt玉米化学防御反应的系统
诱导效应均强于常规玉米‘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, 这与
冯远娇等(2007)研究外源茉莉酸处理Bt玉米和常规
玉米第一叶对第二叶的系统诱导效应相类似, 其机
理有待进一步研究。另外, 本文发现机械损伤对酚
酸和挥发物调控基因均有一定的系统诱导效应, 但
只检测了总酚含量, 对植物体内简单酚酸的影响究
竟如何还有待于进一步深入研究, 同时挥发物种类
和含量的变化也值得下一步研究。
702 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2010, 34 (6): 695–703

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致谢 国家自然科学基金项目(30470335和30770-
402)、广东省自然科学基金项目 (E039254和
06025813)和广东省科技计划项目(2006B50104002
和2007A020300009-1)共同资助。
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