全 文 ：高温和湿度对转 Bt基因棉叶片 Bt蛋白表达的影响*
张摇 祥摇 王桂霞摇 顾摇 超摇 韩摇 勇摇 许映飞摇 陈摇 源摇 陈德华**
(扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室 /农业部长江中下游作物生理生态与栽培重点开放实验室, 江苏扬州 225009)
摘摇 要摇 以来源于美国的转 Bt基因棉 DP410B(常规种)和岱杂 1 号(杂交种)以及来源于中
国的转 Bt基因棉泗抗 1 号(常规种)和泗抗 3 号(杂交种)为材料,研究高温(37 益)条件下,
大气湿度(50% 、70% 、90% )变化对 Bt蛋白表达的影响.结果表明:高温条件下,盛蕾期,温湿
度对 4 个供试品种 Bt蛋白表达均无显著影响;盛花期,与对照(温度 25 ~ 30 益,湿度 60% ~
70% )相比,常规种在 50%湿度时叶片 Bt蛋白含量显著降低 2. 6% ~3. 0% ;盛铃期,DP410B、
泗抗 1 号和泗抗 3 号的 Bt 蛋白含量在 50%湿度处理下比对照显著降低 3. 3% ~ 5. 8% . 4 个
转 Bt基因棉品种中,DP410B和岱杂 1 号的 Bt蛋白含量最高,而泗抗 1 号最低.
关键词摇 Bt棉摇 Bt蛋白摇 高温摇 湿度
文章编号摇 1001-9332(2012)11-3016-05摇 中图分类号摇 S317摇 文献标识码摇 A
Effects of high temperature and humidity on leaf Bt protein expression of transgenic Bt cot鄄
ton. ZHANG Xiang, WANG Gui鄄xia, GU Chao, HAN Yong, XU Ying鄄fei, CHEN Yuan, CHEN
De鄄hua (Jiangsu Province Key Laboratory of Crop Gentics and Physiology / Ministry of Agriculture
Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Cultivation in Middle and Lower Reaches of Yangtze
River, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23
(11): 3016-3020.
Abstract: Different origins Bt cotton cultivars, including DP410B (conventional cultivar) and Dai鄄
za No. 1 (hybridized cultivar) from US and Sikang No. 1 (conventional cultivar) and Sikang No. 3
(hybridized cultivar) from China, were taken as the test materials to investigate the effects of high
temperature (37 益) and different humidity (50% , 70% , and 90% ) on the leaf Bt protein ex鄄
pression of Bt cotton. At high temperature, temperature and humidity had no significant effects on
the leaf Bt protein expression of the cultivars at peak squaring stage. At peak flowering stage, as
compared with the control (25-30 益 and 60% -70% humidity), 37 益 and 50% humidity de鄄
creased the leaf Bt protein content of conventional cultivars significantly by 2. 6% -3. 0% . At peak
bolling stage, compared with the control, 37 益 and 50% humidity decreased the leaf Bt protein
content of DP410B, Sikang No. 1, and Sikang No. 3 significantly by 3. 3% -5. 8% . Among the four
cultivars, DP410B and Daiza No. 1 had the highest leaf Bt protein content, while Sikang No. 1 had
the lowest one.
Key words: Bt cotton; Bt protein; high temperature; humidity.
*国家自然科学基金项目(30971727,31171479)、国家农业现代产业
技术体系岗位专家项目(CARS鄄18鄄20)、江苏省高校优势学科建设工
程项目、江苏省重点实验室重大项目(10KJA210057)和高等学校博
士学科点专项科研基金项目(20113250110001)资助.
**通讯作者. E鄄mail: dehuachen2002@ yahoo. com. cn
2012鄄04鄄19 收稿,2012鄄09鄄15 接受.
摇 摇 转育 Bt基因在棉花上成功之后已先后育成了
多个棉花品种(系),这些抗虫棉对棉铃虫等害虫具
有明显的杀虫效果,棉铃虫的死亡率达 80%以上,
农药使用量可减少 70% ~ 80% [1],提高了棉农收益
并减少了环境污染[2-3] .我国自 1997 年大面积推广
Bt转基因抗虫棉以来,以转 Bt基因为主的抗虫棉的
种植面积不断扩大[4-5] . 然而,目前转 Bt 基因棉花
的抗虫性表现不稳定[6-8],不良环境对其抗虫性表
达具有较大的影响[9-11] . Knoxoliver等[12]和 Benedict
等[13]研究表明,气温、土壤湿度和肥料影响 Bt 棉的
抗虫性表达.吴敬音等[14]发现,土壤淹水对 Bt 棉抗
虫性有明显的抑制作用,而花铃期淹水对抗虫性的
影响更大.还有研究根据 Bt棉的抗虫性在棉花生育
过程中的表达特征,发现抗虫性变化与环境影响密
切相关[15-18] .目前,多数研究都是以单个因子进行
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 11 月摇 第 23 卷摇 第 11 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Nov. 2012,23(11): 3016-3020
的,而棉花生育过程中受温度和湿度等多个环境因
素的综合影响. Chen等[19]研究发现,37 益下花铃期
Bt棉叶片的杀虫蛋白表达量在 48 h后显著下降,而
且温度与湿度对 Bt 抗虫蛋白表达的影响存在互作
效应.本文研究高温条件下,不同湿度变化对 Bt 棉
抗虫蛋白表达的影响,为逆境下 Bt棉的抗虫性安全
应用和合理防治棉铃虫提供科学依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验材料和试验设计
试验于 2009—2010 年在扬州大学进行. 选择 4
种转 Bt 基因棉品种:来源于美国的转 Bt 基因棉
DP410B(常规种)和岱杂 1 号(杂交种),以及来源
于中国的转 Bt基因棉泗抗 1 号(常规种)和泗抗 3
号(杂交种).转入的基因均为 CryIAc.
采用营养钵育苗移栽,两年均于 4 月 6 日播种,
出苗 41 d后,选择长势一致的壮苗移栽至盆钵中,
每盆 1 株. 盆钵直径 40 cm,高 50 cm,每盆装土
20 kg.供试土壤为沙壤土,有机质 18郾 5 g·kg-1,速
效氮 108 mg·kg-1,速效磷 40郾 5 mg·kg-1,速效钾
82郾 0 mg·kg-1,pH 7郾 2. 5 月 17 日移栽,每盆施氮肥
(尿素)10 g,其中,基肥 颐 花铃肥 颐 桃肥= 20 颐 65 颐
15,花铃肥分初花期和盛花期 2 次施入,施氮量分别
占总施氮量的 18% 和 47% ;施磷肥 (过磷酸钙)
20 g,钾肥(氧化钾)12郾 5 g,基肥和第 1 次花铃肥各
占 50% .其他生长管理措施按大田高产栽培进行.
分别于盛蕾期(播种后 76 d)、盛花期(播种后
105 d)和盛铃期(播种后 125 d)将棉花植株放入
37 益(棉花生长受高温影响的临界温度[19] )温室中
6 h(白天时间的一半),设置 50% 、70% 、90%3 个湿
度处理,同时悬挂温度计、湿度计,监控温湿度.每处
理 4 盆,即 4 次重复.再将另外 4 盆放于温室中,温
度 25 ~ 30 益,湿度 60% ~70% ,作为对照(CK).
1郾 2摇 测定项目与方法
高温胁迫 6 h 后,取棉花主茎倒 4 叶,液氮冷
冻,采用酶联免疫分析法(ELISA) [20]测定 Bt蛋白含
量,药盒由中国农业大学提供.
1郾 3摇 数据处理
采用 Excel 2003 和 SPSS 13郾 0 软件进行数据统
计分析,表中数据为两年的平均值依标准差.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 高温下湿度对盛蕾期转 Bt 基因棉 Bt 蛋白的
影响
由表 1 可以看出,盛蕾期高温下不同湿度胁迫
6 h后,4 个转 Bt 基因棉品种的叶片 Bt 蛋白含量与
对照相比均无显著差异,说明在盛蕾期高温及湿度
短时胁迫对转 Bt基因棉的抗虫性无明显影响. 4 个
转 Bt基因棉品种间 Bt蛋白含量差异显著,其中,来
源于美国的 DP410B(常规种)和岱杂 1 号(杂交种)
的 Bt蛋白含量最高,来源于中国的转 Bt基因棉的 Bt
蛋白含量相对较低,其中泗抗 1号(常规种)最低.
2郾 2摇 高温下湿度对盛花期转 Bt 基因棉 Bt 蛋白的
影响
盛花期高温下不同湿度胁迫 6 h 后,4 个转 Bt
基因棉品种的叶片 Bt蛋白含量所受影响不同
表 1摇 高温下不同湿度处理转 Bt基因棉的叶片 Bt蛋白含量
Table 1摇 Leaf Bt protein content of transgenic Bt cotton in different humidity treatments under high temperature condition
(ng·g-1FM)
生育期
Growth stage
处理(温度 /湿度)
Treatment
( temperature / humidity)
品种 Cultivar
DP4 DZ1 SK1 SK3
盛蕾期 37 益 / 90% 1089郾 6依11郾 4a 1092郾 1依10郾 1a 982郾 7依8郾 9a 1072郾 9依12郾 0a
Peak squaring 37 益 / 70% 1091郾 3依10郾 5a 1095郾 1依10郾 6a 983郾 9依10郾 7a 1085郾 1依13郾 5a
37 益 / 50% 1096郾 3依8郾 9a 1082郾 9依9郾 6a 993郾 0依12郾 6a 1081郾 8依14郾 2a
CK 1092郾 6依10郾 0a 1089郾 9依13郾 2a 982郾 3依11郾 0a 1075郾 7依15郾 1a
盛花期 37 益 / 90% 945郾 3依10郾 2ab 928郾 9依9郾 3b 826郾 1依4郾 6ab 875郾 1依10郾 1a
Peak flowering 37 益 / 70% 948郾 2依7郾 3ab 929郾 7依5郾 2ab 839郾 5依7郾 3a 880郾 7依9郾 8a
37 益 / 50% 927郾 6依6郾 5b 942郾 8依4郾 8a 812郾 7依3郾 1b 887郾 8依7郾 3a
CK 952郾 7依11郾 7a 936郾 0依10郾 6ab 837郾 7依4郾 1a 886郾 9依7郾 7a
盛铃期 37 益 / 90% 897郾 9依6郾 9bc 886郾 3依8郾 2a 727郾 7依5郾 3b 819郾 6依11郾 2bc
Peak bolling 37 益 / 70% 910郾 6依10郾 4ab 887郾 9依9郾 1a 719郾 4依3郾 9b 816郾 9依12郾 4b
37 益 / 50% 887郾 7依10郾 3c 877郾 9依10郾 9a 704郾 0依4郾 7c 806郾 0依8郾 5c
CK 917郾 8依12郾 3a 885郾 7依12郾 3a 747郾 6依5郾 2a 842郾 8依4郾 6a
DP4:DP410B; DZ1:岱杂 1 号 Daiza No郾 1; SK1:泗抗 1 号 Sikang No郾 1; SK3:泗抗 3 号 Sikang No郾 3郾 不同小写字母表示处理间差异显著(P<
0郾 05) Different small letters meant significant difference among different treatments at 0郾 05 level郾
710311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 张摇 祥等: 高温和湿度对转 Bt基因棉叶片 Bt蛋白表达的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
(表 1).其中,50%湿度处理下,DP410B 的叶片 Bt
蛋白含量与对照相比显著降低了 2郾 6% ,其他湿度
处理下 Bt蛋白含量与对照差异均不显著;各湿度处
理下岱杂 1 号的叶片 Bt 蛋白含量与对照相比差异
均不显著;50%湿度处理下,泗抗 1 号的叶片 Bt 蛋
白含量与对照相比显著降低了 3郾 0% ,其他湿度处
理下 Bt蛋白含量与对照差异均不显著;各湿度处理
间泗抗 3 号的叶片 Bt蛋白含量差异均不显著,与对
照差异也不显著. 可见,高温下 50%湿度处理的常
规种 DP410B 和泗抗 1 号的叶片 Bt 蛋白含量显著
低于对照.
在盛花期 4 个转 Bt基因棉品种中,来源于美国
的 DP410B(常规种)和岱杂 1 号(杂交种)的 Bt 蛋
白含量最高,来源于中国的泗抗 1 号 (常规种)
最低.
2郾 3摇 高温下湿度对盛铃期转 Bt 基因棉 Bt 蛋白的
影响
盛铃期高温下不同湿度胁迫 6 h 后,与对照相
比,除岱杂 1 号外,其他转 Bt 基因棉品种的叶片 Bt
蛋白含量均呈下降趋势(表 1). 其中,50%和 90%
湿度处理下 DP410B 的叶片 Bt 蛋白含量均显著低
于对照,50%湿度处理的 Bt蛋白含量显著低于 70%
湿度处理,可见,高温低湿度(50%湿度)短期胁迫
可使 DP410B的棉叶杀虫蛋白有最大下降效应,与
对照相比,其降幅达 3郾 3% .各湿度处理间岱杂 1 号
的叶片 Bt蛋白含量差异均不显著,与对照差异也不
显著.各处理间,50%湿度处理的泗抗 1 号叶片 Bt
蛋白含量最低,与对照相比,其降幅达 5郾 8% . 3 个湿
度处理的泗抗 3 号叶片 Bt 蛋白含量均显著低于对
照,50%湿度处理的降幅最大,为 4郾 4% .
可见,在盛铃期,高温低湿度(50%湿度)短期
胁迫对转 Bt基因棉品种的叶片 Bt蛋白含量影响最
大.另外,盛铃期的 4 个品种间 Bt 蛋白含量同样有
显著差异,来源于美国的 DP410B(常规种)和岱杂 1
号(杂交种)的 Bt 蛋白含量最高,来源于中国的泗
抗 1 号(常规种)最低.
综上,3 个生育期的转 Bt基因棉品种的叶片 Bt
蛋白含量大小为:盛蕾期>盛花期>盛铃期,棉叶 Bt
蛋白含量降低,其对棉铃虫抗性会相应减弱,因此生
产上应注意不同生育时期防虫技术的调整.
3摇 讨摇 摇 论
环境对 Bt转基因棉花抗虫性的影响国内外已
有较多的报道. 研究表明,温度[21-24] 和土壤水
分[25-26]对 Bt 棉抗虫性的下降都有明显效应. 棉花
是一种喜温作物,在其生长过程中(盛蕾期至盛铃
期),要经历 1 ~ 2 个月的高温天气,并可能伴随着
干燥或潮湿等不同大气湿度逆境[27-28] . 陈德华
等[19,29]和夏兰芹等[22]研究均发现,高温会导致 Bt
棉杀虫蛋白表达受到抑制.其中陈德华等[19,29]的研
究认为,37 益为 Bt 棉杀虫蛋白表达受抑制的临界
温度,因此,本研究在此基础上进一步研究了高温和
大气湿度逆境及其互作对 Bt 棉杀虫蛋白表达量的
影响,结果表明,高温及其与湿度互作逆境对转 Bt
基因棉抗虫性的影响不但与温度、湿度有关,而且与
棉花所处的生育期和棉花品种密切相关.在盛蕾期,
4 个供试转 Bt 基因棉品种的抗虫性对高温和湿度
胁迫具有较高的适应性,其 Bt蛋白表达量所受影响
较小;在盛花期,高温低湿(37 益,50% )胁迫 6 h
后,常规棉品种(DP410B 和泗抗 1 号)叶片 Bt 蛋白
含量显著降低;在盛铃期,高温下 50%湿度短期胁
迫对 Bt蛋白含量影响最大,降幅达 3郾 3% ~ 5郾 8% .
因此,在铃期出现高温低湿逆境时,需密切注意棉花
的抗虫性变化,采取相应措施防止其下降. 例如,王
家宝等[30]发现,花铃期渍涝或干旱可降低棉珠不同
器官 Bt蛋白含量,但通过合理追肥可提高叶片中的
Bt蛋白含量,提高自身抗虫水平.此外,张永军等[31]
也提出,诱导转 Bt 基因棉花黄酮类物质的含量,可
保持其抗虫性.
本研究中,在盛蕾期、盛花期和盛铃期 3 个关键
生育期,4 个转 Bt基因棉品种间叶片 Bt蛋白含量差
异显著,说明抗虫性与棉花品种存在密切关系.受温
湿度胁迫的影响,各棉花品种 Bt蛋白含量的下降程
度不同,导致其抗虫性也产生差异,常规棉比杂交棉
品种的抗虫性更易受高温和湿度逆境的影响.
4个转 Bt基因棉品种间叶片 Bt蛋白含量差异显
著,这与 Jr Adamczyk和 Jr Meredith[32]的研究结果一
致.本研究还发现,来源于美国的转 Bt基因棉的叶片
Bt蛋白含量较高.高温高湿和高温低湿逆境在我国广
大棉区都有可能发生,我国主产棉区出现 Bt 棉在结
铃期对棉铃虫不抗虫的现象,可能与高温和湿度逆境
胁迫导致叶片 Bt 蛋白含量下降有关.因此,在 Bt 棉
应用过程中,要选择高 Bt蛋白表达量品种,还要选择
对高温和湿度逆境有更大适应性的品种.
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作者简介摇 张摇 祥,男,1981 年生,博士.主要从事棉花栽培
与生理研究. E鄄mail: yzzhangxiang@ 163. com
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