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Effects of nitrogen fertilizer methods on the content of Bacillus thuringiensis insecticidal protein and yield of transgenic cotton

施氮方式对转基因棉花Bt蛋白含量及产量的影响



全 文 :
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 圆猿期摇 摇 圆园员猿年 员圆月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
基于树干液流技术的北京市刺槐冠层吸收臭氧特征研究 王摇 华袁欧阳志云袁任玉芬袁等 渊苑猿圆猿冤噎噎噎噎噎噎
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王摇 琪袁严善春袁严俊鑫袁等 渊苑源猿苑冤
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小麦蚕豆间作对蚕豆根际微生物群落功能多样性的影响及其与蚕豆枯萎病发生的关系
董摇 艳袁董摇 坤袁汤摇 利袁等 渊苑源源缘冤
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施氮方式对转基因棉花 月贼蛋白含量及产量的影响 马宗斌袁刘桂珍袁严根土袁等 渊苑远园员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
未来地球要要要全球可持续性研究计划 刘源鑫袁赵文武 渊苑远员园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆怨圆鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿猿鄢圆园员猿鄄员圆
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 兴安落叶松林景观要要要中国的寒温带针叶林属于东西伯利亚森林向南的延伸部分袁它是大兴安岭北部一带的地带
性植被类型袁一般可分为落叶针叶林和常绿针叶林两类遥 兴安落叶松林景观地下部分为棕色森林土袁中上部为灰化
棕色针叶林土袁均呈酸性反应遥 随着全球气候持续变暖袁寒温针叶林生态系统潜在的巨大碳库将可能成为大气 悦韵圆
的重要来源袁研究表明袁温度是寒温针叶林生态系统土壤呼吸作用的主要调控因子袁对温度的敏感性随纬度升高而
增加袁根系和凋落物与土壤呼吸作用表现出相似的空间变异性遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 33 卷第 23 期
2013年 12月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.33,No.23
Dec.,2013
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家农业科技成果转化资金资助项目(2011GB23260002);转基因生物新品种培育重大专项资助项目(2011ZX08005鄄003);河南省科
技成果转化计划资助项目(122201110025)
收稿日期:2012鄄08鄄21; 摇 摇 修订日期:2012鄄12鄄14
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: yangentu@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201208211177
马宗斌,刘桂珍,严根土,邓士政,黄群,李伶俐,朱伟.施氮方式对转基因棉花 Bt蛋白含量及产量的影响.生态学报,2013,33(23):7601鄄7609.
Ma Z B,Liu G Z,Yan G T,Deng S Z,Huang Q,Li L L,Zhu W.Effects of nitrogen fertilizer methods on the content of Bacillus thuringiensis insecticidal
protein and yield of transgenic cotton.Acta Ecologica Sinica,2013,33(23):7601鄄7609.
施氮方式对转基因棉花 Bt蛋白含量及产量的影响
马宗斌1,刘桂珍2,严根土3,*,邓士政2,黄摇 群3,李伶俐1,朱摇 伟1
(1. 河南农业大学农学院, 郑州摇 450002;2. 河南省种子管理站, 郑州摇 450046;
3. 中国农业科学院棉花研究所 /棉花生物学国家重点实验室,安阳摇 455000)
摘要:为研究氮肥运筹对棉花叶片、棉蕾和棉铃不同器官中 Bt蛋白含量的影响,2009—2010年,以抗虫杂交棉中棉所 72为试验
材料,在大田条件下进行了不同基肥:花铃肥:盖顶肥施氮比例(分别为 0颐0.4颐0.6、0.2颐0.4颐0.4、0.4颐0.4颐0.2、0.6颐0.4颐0)的试验。 结
果表明,施氮方式对棉花不同器官中 Bt蛋白含量有明显影响。 总体表现为随着氮肥前移,棉花幼嫩器官中 Bt蛋白含量呈明显
增加的趋势,而老熟器官中 Bt蛋白含量呈明显降低的趋势。 施氮方式对棉花幼嫩器官中 Bt蛋白含量的影响比老熟器官明显,
尤其是对幼嫩叶片 Bt蛋白含量的影响大于幼小的棉蕾和棉铃器官。 抗虫棉采用基肥颐花铃肥颐盖顶肥为 0.4颐0.4颐0.2 的施氮方
式,总体能提高前中期棉花器官 Bt蛋白的含量,有利于提高其抗虫性能;减少后期棉花器官 Bt 蛋白的含量,减轻对环境的压
力;而且比其余 3种施氮方式的籽棉产量和皮棉产量分别增加 4.15%—11.24%、3.73%—12.01%。
关键词:施氮方式;抗虫棉;Bt蛋白含量;产量
Effects of nitrogen fertilizer methods on the content of Bacillus thuringiensis
insecticidal protein and yield of transgenic cotton
MA Zongbin1,LIU Guizhen2,YAN Gentu3,*,DENG Shizheng2,HUANG Qun3,LI Lingli1,ZHU Wei1
1 College of Agronomy,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China
2 Seed Administration Station of Henan Province,Zhengzhou 450046,China
3 State Key Laboratory of Cotton Biology, Institute of Cotton Research,Chinese Academy of Agriculture Sciences,Anyang 455000,China
Abstract: Nitrogen application strategies may be one of the main methods to regulate Bacillus thuringiensis ( Bt )
insecticidal protein metabolism of cotton (Gossypium hirsutum L.) . To investigate the effects of nitrogen fertilizer methods
(NFM) on the content of Bt insecticidal protein (CBIP) in leaf,bud, hull of boll, fiber and seed, we conducted field
experiments for transgenic cotton,on a sandy loam at the Experimental Farm of Henan Agricultural University during 2009—
2010.The soil contained about 9.26 g / kg organic matter, 1.03 g / kg total nitrogen, 18.36 mg / kg available phosphorous and
96郾 56mg / kg available potassium, respectively.The ratios of the application of nitrogen fertilizer before sowing, in flowering
stage and peaking bolls setting stage were 0.0颐0.4颐0.6, 0.2颐0.4颐0.4, 0.4颐0.4颐0.2 and 0.6颐0.4颐0.0, respectively. The amount
of nitrogen fertilizer was 300kg / hm2of pure N. The experiment was carried out with a completely randomized design with
three replications. The CBIP in transgenic hybrid cotton CCRI (China Cotton Research Institute)72 was quantified using
Enzyme鄄linked Immunosorbent Assay(ELISA).
The results showed that the CBIP in young cotton organs tended to be the order of fiber>leaf> hull of boll, bud> seed,
but in overripe cotton organs tended to be the order of seed> leaf > hull of boll> fiber, especially CBIP in seed were 48郾 5—
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68.4 times higher than that in fiber of cotton. NFM had strong effects on CBIP in transgenic cotton.With the advanced
nitrogen fertilization, the CBIP in young cotton organs were obviously enhanced, while overripe cotton organs tended to be
decreased in general. The results also indicated that NFM has stronger effect on CBIP in young cotton organs than that in
overripe organs, especially the CBIP in young leaf was more susceptible than that in young bud and boll. Under the
experimental condition of this study, we concluded that the ratio (0. 4 颐 0. 4 颐 0. 2) of nitrogen fertilizer application before
sowing, in flowering stage and peaking bolls setting stage of cotton is proper. It may not only increased CBIP in cotton
organs in the early鄄middle period and improved the resistance of Bt insecticidal protein in transgenic cotton to Helicoverpa
armigera, but also decreased CBIP in cotton organs in later period and alleviated the pressure of Bt insecticidal protein to
environment. Moreover, the ratio (0.4颐0.4颐0.2) of nitrogen fertilizer application could increase seed cotton yield and lint
yield by 4.15%—11.24%, 3.73%—12.01% than three rest treatments, respectively.
Key Words: nitrogen fertilizer methods; transgenic cotton; the content of Bt insecticidal protein; yield
根据国际农业生物技术应用服务组织( ISAAA)发布的最新报道,2011 年,全球转基因抗虫棉花总面积
2500伊104hm2,占全球棉花播种面积的 69.4%;中国转 Bt 基因棉花面积达到 390伊104 hm2,占中国棉花种植面
积的 71.5%[1]。 转 Bt基因棉花已在世界范围内商业化种植, 通过有效控制棉铃虫种群数量, 而显著减少了
化学农药的用量[2鄄3]。 棉田捕食性天敌种群数量上升,有效抑制了蚜虫的发生和危害,天敌进入大豆、花生、
玉米等相邻作物大田,显著提升了整个农业生态系统的生物防治功能[4]。
施氮可以有效地调节棉花氮素生理代谢及生长发育[5鄄6]。 对转 Bt基因抗虫棉而言,氮素既是核酸和蛋白
质等生命物质的组成部分,也是杀虫晶体蛋白的主要构成物质。 因此,氮素运筹可能是调节抗虫棉 Bt蛋白代
谢的有效途径。 同时,棉花品种中导入 Bt基因对其氮代谢也有重要影响[7鄄8]。 在种植转基因棉花过程中,如
何通过氮素运筹在生育前中期提高器官中 Bt蛋白的含量,改善其抗虫性能,在生育后期降低器官的 Bt 蛋白
的含量,减少对生态环境和人畜健康的潜在风险值得进一步研究。 目前,已有研究表明,施氮量对棉花器官
Bt蛋白的表达有显著调控作用[9鄄10],但施氮方式对抗虫棉 Bt蛋白含量的影响鲜见报道。 为此,研究了施氮方
式对抗虫棉 Bt蛋白含量的影响,以期为抗虫棉合理施氮提供科学依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 试验主要环境条件及农艺管理措施
试验于 2009—2010 年在河南农业大学科教园区(郑州)进行,试验地为春白地,土壤为沙壤土,肥力中
等。 土壤有机质 9.26 g / kg,全氮 1.03 g / kg,碱解氮 83.50 mg / kg,速效磷 18.36 mg / kg,速效钾 96.56 mg / kg。
2009年,从棉花播种至 7月下旬,光、温条件较好,雨量适中,棉花出苗较好,生长发育较快;进入 8 月后直至 9
月中上旬,雨量偏多,光、温条件较差;9 月下旬后,天气正常,雨水较少,阳光充足,有利于棉花正常成熟。
2010年,在棉花苗期,雨量较多,地温回升较慢,棉苗发育略晚;6月中旬至 8月中旬,气温正常,但阴天较多;8
月中旬至 9月下旬,雨量偏多,气温较常年略低,吐絮期推迟;9月下旬后,降雨较少,日照充足,积温较常年偏
高,对棉铃吐絮较为有利。
棉田磷肥和钾肥全部基施,每年整地时,施入过磷酸钙 600 kg / hm2和氯化钾 225 kg / hm2。 全生育期分别
在初花期和盛花期喷施缩节安化控两次,用量分别是 37.5 g / hm2和 60.0 g / hm2。 2009 年,全生育期未浇水;
2010年在 6月、7月各浇水 1次。 除处理措施外,各小区田间管理完全一致。
1.2摇 试验设计
设置 4个施氮方式(基肥:花铃肥:盖顶肥)处理,分别是:T1(0颐0.4颐0.6),T2(0.2颐0.4颐0.4),T3(0.4颐0.4颐0郾 2),
T4(0.6 颐0.4 颐0)。 氮肥采用尿素,施氮总量为 300 kg / hm2。 随机区组设计,重复 3次。 每小区为 7行,行宽 1.2
m,行长 9.0 m,小区面积为 75.6 m2。 供试品种为中棉所 72,为转 Bt+CpTI 基因的抗虫杂交棉,由中国农业科
学院棉花研究所提供。 两年均在 4月 20日地膜覆盖直播,密度 37500 株 / hm2。
2067 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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1.3摇 测定项目与方法
1.3.1摇 Bt蛋白含量
于 2010年 7月 15日选定棉花当天新生的同一节位主茎叶片挂牌标记,在叶龄 10、35、60、85 d(脱落为
止)时取样,分别代表展开期、功能期、衰老期和脱落期的棉花叶片;8 月 1 日选定同一果枝和节位 3 mm 的蕾
挂牌标记,在现蕾后 5、15、25 d取样,分别代表幼蕾、中蕾和大蕾;8月 1日选定同一果枝和节位当天开放的花
朵挂牌标记,在花后 20、40、65 d取样, 分别代表膨大期、充实期和吐絮期的棉铃。 样品从田间取样后,在低温
条件下快速带回实验室,立即称量 1.0 g 鲜样,放入自封袋。 先用液氮快速冷冻 30 min,后转入-40 益的超低
温冰箱冻存,待测 Bt蛋白含量。 在叶片取样时避开叶脉,蕾用整个测定,铃分成铃壳、棉纤维和种子 3部分。
Bt蛋白的测定采用酶联免疫分析法(ELISA) [11],药盒由中国农业大学提供。
1.3.2摇 棉花测产
每小区选定中间 2行,调查成铃数。 收获 10株絮铃,测定铃重和衣分,测算产量。
1.4摇 数据分析
2009—2010年试验结果趋势一致,本文采用了 2010年数据。 数据采用 DPS 6.55进行平均值和标准差运
算,所有数据均为 3次重复平均值,并采用最小显著差异法(LSD)进行差异显著性检验。
2摇 结果与分析
2.1摇 施氮方式对抗虫棉叶片中 Bt蛋白含量的影响
幼叶是棉铃虫主要取食对象之一,其中的 Bt 蛋白含量与抗虫性能关系密切;而脱落老叶是 Bt 蛋白主要
残留器官之一。 由图 1可见,随着棉花叶片的生长发育,Bt 蛋白的含量呈现先上升后下降的趋势,在功能期
时达到高峰,在衰老期和脱落期均呈现下降趋势。 施氮方式对叶片中 Bt 蛋白含量有明显的影响。 随着氮肥
前移,展开期的叶片 Bt蛋白含量有升高趋势,而衰老期和脱落期叶片 Bt蛋白含量有降低的趋势。 在展开期,
T2、T3和 T4比 T1处理的叶片 Bt蛋白含量分别增加 339.18%、375.71%和 651.42%。 在脱落期,T2、T3 和 T4
比 T1处理的叶片 Bt蛋白含量分别减少 32.25%、56.14%和 58.22%。 方差分析表明,在叶片展开期,T4处理的
Bt蛋白含量与其余 3个处理的差异达到极显著水平;在叶片脱落期,T1 处理的 Bt 蛋白残留量与其余 3 个处
理的差异达到极显著水平。 因此说,氮肥前移可以达到增加幼叶中 Bt 蛋白含量,减少老叶中 Bt 蛋白含量的
目的。
图 1摇 施氮方式对抗虫棉叶片 Bt蛋白含量的影响
Fig.1摇 Effects of nitrogen fertilizer methods on the content of Bt insecticidal protein in leaves of transgenic cotton
同一生育期不同处理的图示标出的大写字母不同表示差异极显著(P<0.01);小写字母不同表示差异显著(P<0.05)
2.2摇 施氮方式对棉蕾中 Bt蛋白含量的影响
幼蕾是棉铃虫的主要为害对象之一,且棉蕾有较高的脱落率,其中的 Bt蛋白也随之进入土壤环境。 图 2
表明,随着棉蕾的生长发育,其 Bt蛋白的含量呈快速上升的趋势。 施氮方式对棉蕾中 Bt 蛋白含量有明显的
3067摇 23期 摇 摇 摇 马宗斌摇 等:施氮方式对转基因棉花 Bt蛋白含量及产量的影响 摇
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影响。 随着氮肥前移,棉蕾 Bt蛋白含量有升高趋势(大蕾期 T2 除外)。 方差分析表明,在幼蕾期和大蕾期,
T4 处理的 Bt蛋白含量与其余 3个处理的差异达到极显著水平;在中蕾期,T4处理极显著高于 T2和 T1处理。
图 2摇 施氮方式对转基因抗虫棉棉蕾 Bt蛋白含量的影响
Fig.2摇 Effects of nitrogen fertilizer methods on the content of Bt insecticidal protein in bud of transgenic cotton
同一生育期不同处理的图示标出的大写字母不同表示差异极显著(P<0.01);小写字母不同表示差异显著(P<0.05)
2.3摇 施氮方式对抗虫棉棉铃不同器官中 Bt蛋白含量的影响
2.3.1摇 施氮方式对棉铃铃壳中 Bt蛋白含量的影响
棉铃虫主要取食膨大期棉铃的铃壳,此期 Bt蛋白的含量对抗虫较为关键;而棉铃成熟期,铃壳也是 Bt蛋
白残留的主要器官之一。 从图 3可以看出,随着棉铃的生长发育,铃壳中 Bt蛋白的含量呈先上升后下降的趋
势。 施氮方式对铃壳中 Bt蛋白含量的影响在不同生育阶段有所不同。 随着氮肥前移,膨大期和充实期铃壳
中 Bt蛋白含量呈上升趋势(T4 处理除外);而到吐絮期,铃壳中 Bt 蛋白含量呈下降趋势。 在膨大期,T2、T3
和 T4比 T1处理的铃壳 Bt蛋白含量分别增加 79.73%、156.53%和 37.16%。 在吐絮期,T1、T2 和 T3 比 T4 处
理的铃壳 Bt蛋白含量分别增加 89.50%、77.01%和 76.37%。 方差分析表明,在膨大期,T3处理铃壳中 Bt蛋白
含量极显著高于 T1和 T4处理;在充实期,T2和 T3处理铃壳中 Bt 蛋白含量极显著高于 T4 和 T1 处理;至吐
絮期,T4处理的 Bt蛋白含量极显著低于其余 3个处理。
图 3摇 施氮方式对棉铃铃壳 Bt蛋白含量的影响
Fig.3摇 Effects of nitrogen fertilizer methods on the content of Bt insecticidal protein in boll hull of transgenic cotton
同一生育期不同处理的图示标出的大写字母不同表示差异极显著(P<0.01);小写字母不同表示差异显著(P<0.05)
2.3.2摇 施氮方式对棉纤维中 Bt蛋白含量的影响
伸长期的棉纤维是棉铃虫主要取食对象,此期 Bt蛋白的含量对抗虫性有一定影响;而成熟期的棉纤维中
Bt蛋白成为残留物。 从图 4可以看出,随着棉纤维的生长发育,其中的 Bt蛋白含量总体呈下降的趋势,至成
熟期,Bt蛋白的含量极低。 施氮方式对棉纤维中 Bt蛋白含量的影响在不同生育阶段有所不同。 随着氮肥前
4067 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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移,棉纤维伸长期的 Bt 蛋白含量呈上升趋势,至成熟期时,Bt 蛋白含量呈下降的趋势。 在伸长期,T2、T3 和
T4比 T1处理的棉纤维 Bt蛋白含量分别增加 87.53%、96.96%和 109.84%;至吐絮期,T2、T3 和 T4 比 T1 处理
的棉纤维 Bt蛋白含量分别下降 23.94%、26.85%和 52.51%。 方差分析表明,在伸长期,T1处理纤维中 Bt蛋白
表达量极显著低于其余 3 个处理;在加厚期,T3 处理纤维中 Bt 蛋白含量极显著高于 T4 和 T1 处理;在成熟
期,T1处理 Bt蛋白的含量极显著高于 T4处理。
图 4摇 施氮方式对转基因抗虫棉棉纤维 Bt蛋白含量的影响
Fig.4摇 Effects of nitrogen fertilizer methods on the content of Bt insecticidal protein in fiber of transgenic cotton
同一生育期不同处理的图示标出的大写字母不同表示差异极显著(P<0.01);小写字母不同表示差异显著(P<0.05)
2.3.3摇 施氮方式对抗虫棉棉子 Bt蛋白含量的影响
形成期的棉子是棉铃虫取食的器官之一,其中的 Bt 蛋白含量代表其抗虫性能;而棉子成熟期的 Bt 蛋白
则成为残留物。 由图 5可以看出,在棉子的形成期,Bt蛋白含量极低,充实期迅速增加,至成熟期 Bt蛋白含量
增加更快。 例如,T3 处理的棉子 Bt 蛋白含量在充实期比形成期增加 13.08 倍,成熟期比形成期提高 43.17
倍。 施氮方式对棉子中 Bt蛋白含量的影响在不同生育阶段有所不同,总体表现为在前中期,氮肥施用相对均
衡的 T2和 T3处理,棉子中 Bt蛋白含量较高,氮肥前移或后移的 T4和 T1处理棉子中 Bt蛋白含量则较低;至
棉子成熟期,随着氮肥前移,棉子中 Bt蛋白含量呈明显下降的趋势。 例如,在成熟期,T2、T3 和 T4 处理比 T1
处理的棉子 Bt蛋白含量分别降低 18.14%、27.69%和 36.33%。 方差分析表明,在棉子形成期和充实期,T2、T3
处理的棉子 Bt蛋白含量极显著高于 T4和 T1处理;在成熟期,不同处理 Bt蛋白含量差异均达极显著水平。
图 5摇 施氮方式对转基因抗虫棉棉子 Bt蛋白含量的影响
Fig.5摇 Effects of nitrogen fertilizer methods on the content of Bt insecticidal protein in seed of transgenic cotton
同一生育期不同处理的图示标出的大写字母不同表示差异极显著(P<0.01);小写字母不同表示差异显著(P<0.05)
5067摇 23期 摇 摇 摇 马宗斌摇 等:施氮方式对转基因棉花 Bt蛋白含量及产量的影响 摇
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2.4摇 不同施氮方式下棉花 Bt蛋白含量的比较
2.4.1摇 不同施氮方式下棉花幼嫩器官 Bt蛋白含量的比较
摇 摇 棉铃虫主要取食棉花幼嫩器官,这些器官中 Bt蛋白含量与抗虫性能关系密切。 从表 1 可以看出,不同施
氮方式对棉花幼嫩器官中 Bt蛋白含量有明显影响。 随着氮肥前移,幼嫩器官中 Bt蛋白含量呈明显增加的趋
势(T4处理的铃壳和棉子除外)。 例如,T2 比 T1 处理的叶片、棉蕾和铃壳、棉纤维、棉子中 Bt 蛋白含量分别
增加 4.49、1.19、1.80、1.88、1.70倍。 不同施氮方式对叶片 Bt蛋白含量的影响更为明显,T2、T3、T4 分别比 T1
处理增加 4.49、4.76和 7.51倍。 说明氮素适度的前移有利于提高抗虫棉各器官的抗虫性能,尤其是叶片。
表 1摇 不同施氮方式下棉花幼嫩器官中 Bt蛋白含量的比值
Table 1摇 Ratio of the content of Bt insecticidal protein in young cotton organs under different nitrogen fertilizer methods
施氮方式
Nitrogen fertilizer methods
叶片
Leaf
棉蕾
Bud
铃壳
Boll hull
棉纤维
Cotton fiber
棉子
Seed
T1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
T2 4.49 1.19 1.80 1.88 1.70
T3 4.76 1.44 2.57 1.97 1.87
T4 7.51 2.20 1.37 2.10 0.48
摇 摇 表中数值通过图 1—图 5数据计算而得,以 T1处理器官中 Bt蛋白含量为 1,其余处理为 T1的倍数; 叶片为展开期幼叶,蕾为幼蕾,棉铃器
官铃壳、纤维和棉子均为膨大期
2.4.2摇 不同施氮方式下棉花老熟器官 Bt蛋白含量的比较
Bt蛋白主要残留在棉花的老熟器官中。 从表 2可以看出,施氮方式对棉花老熟器官中 Bt 蛋白含量有明
显影响。 随着氮肥前移,老熟器官中 Bt蛋白含量呈明显降低的趋势。 例如,T3 比 T1 处理的叶片、铃壳、棉纤
维和棉子中 Bt蛋白含量分别减少 56%、7%、27%和 28%。 说明氮素适度的前移有利于减少棉花老熟器官的
Bt蛋白含量。
表 2摇 不同施氮方式下棉花老熟器官中 Bt蛋白含量的比值
Table 2摇 Ratio of the content of Bt insecticidal protein in overripe cotton organs under different nitrogen fertilizer methods
施氮方式
Nitrogen fertilizer methods
叶片
Leaf
铃壳
Boll hull
棉纤维
Cotton fiber
棉子
Seed
T1 1.00 1.00 1.00 1.00
T2 0.68 0.93 0.76 0.82
T3 0.44 0.93 0.73 0.72
T4 0.42 0.53 0.47 0.64
摇 摇 表中数值通过图 1—图 5数据计算而得,以 T1处理器官中 Bt蛋白含量为 1,其余处理为 T1的倍数; 叶片为落叶,棉铃器官铃壳、纤维和棉
子为吐絮期
2.5摇 施氮方式对棉花产量的影响
从表 3可以看出,施氮方式对棉花产量有明显影响。 随着施氮前移,棉花总成铃数和铃重以及籽棉和皮
棉产量有先增加趋势,T3处理达到最高,至 T4处理又有所下降。 其中,T2 处理 比 T1 处理的总成铃数、铃重
和籽棉、皮棉产量分别增加 4.72%、1.90%和 6.80%、7.99%。 T3处理比 T1处理的总成铃数、铃重和籽棉、皮棉
产量分别增加 7.97%、2.94%和 11.24%、12.01%。 T4处理比 T1 处理的总成铃数、铃重和籽棉、皮棉产量分别
增加 2.90%、2.42%和 5.47%、6.02%。 方差分析表明,T3处理的总成铃数和籽棉产量显著的高于其它 3 个处
理,其铃重显著高于 T1处理,皮棉产量显著高于 T1和 T4处理。 说明从产量上看,氮肥前移或后移均不利于
提高产量,底肥颐花铃肥颐盖顶肥为 0.4颐0.4颐0.2有利于棉花高产。
6067 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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表 3摇 施氮方式对对抗虫棉产量及产量构成的影响
Table 3摇 Effects of nitrogen fertilizer methods on yield and its components of transgenic cotton
施氮方式
Nitrogen fertilizer
methods
总成铃数
No. of bolls
/ (伊104 .hm-2)
铃重
Boll weight
/ g
衣分
Lint percentage
/ %
籽棉产量
Seed cotton yield
/ (kg / hm2)
皮棉产量
Lint yield
/ (kg / hm2)
T1 69.27依3.07cB 5.78依0.22bA 37.59依1.47aA 3999.37依26.46cC 1503.12依49.91cB
T2 72.54依2.21bAB 5.89依0.10abA 38.02依1.75aA 4271.51依92.04bB 1623.18依50.71abAB
T3 74.79依2.18aA 5.95依0.08aA 37.86依1.38aA 4448.91依73.52aA 1683.71依35.56aA
T4 71.28依2.03bcB 5.92依0.13abA 37.79依1.72aA 4218.03依32.53bB 1593.63依60.80bAB
摇 摇 同一列数据后大写字母不同表示差异极显著(P<0.01);小写字母不同表示差异显著(P<0.05)
3摇 结论与讨论
3.1摇 棉花不同器官 Bt蛋白含量的比较
众多研究表明,抗虫棉不同器官中的 Bt毒蛋白含量存在着明显的差异。 王保民等[12]和沈平等[13]报道,
叶片中的 Bt毒蛋白含量远远高于蕾、花、铃。 张永军等[14]报道,不同器官杀虫蛋白表达量顺序为叶>铃、花
心、花萼、蕾>花瓣>苞叶。 本研究着重比较了抗虫棉幼嫩器官中 Bt 毒蛋白含量,结果表明,幼嫩器官的 Bt 蛋
白含量总体表现为棉纤维>叶片>棉壳、蕾>棉子(表 4),与前人研究结果基本一致。 在棉铃膨大期,纤维的 Bt
蛋白含量最高,这对毒杀蛀食棉铃的棉铃虫较为有利;幼叶中 Bt蛋白含量较高,也有利于棉铃虫的防治。
表 4摇 棉花不同幼嫩器官中 Bt蛋白含量的比值
Table 4摇 Ratio of the content of Bt insecticidal protein in different young cotton organs
施氮方式
Nitrogen fertilizer methods
叶片
Leaf
棉蕾
Bud
铃壳
Boll hull
棉纤维
Cotton fiber
棉子
Seed
T1 0.18 0.21 0.24 1.00 0.28
T2 0.43 0.14 0.23 1.00 0.25
T3 0.43 0.16 0.31 1.00 0.26
T4 0.64 0.22 0.16 1.00 0.06
摇 摇 表中数值通过图 1—5数据计算而得,以棉纤维中 Bt蛋白含量为 1,其余器官为棉纤维表达量的倍数;叶片为展开期,蕾为幼蕾,棉铃器官铃
壳、纤维和棉子为膨大期
抗虫棉叶片、脱落的蕾铃以及收获的絮铃是 Bt蛋白的主要残留器官,它们一部分在生育期间直接掉落土
壤,其中残留的 Bt蛋白对环境可能形成污染,一部分作为收获产品,其中残留的 Bt蛋白对人畜健康可能存在
潜在风险。 目前,对抗虫棉老熟器官的 Bt蛋白含量研究较少。 张顺等[7]研究了施氮量对棉花老熟器官 Bt蛋
白含量的影响,结果表明,棉子中 Bt蛋白含量最大。 本研究表明,棉花老熟器官中 Bt蛋白的含量表现为棉子
>叶片>铃壳>棉纤维。 不同施氮方式处理下棉花成熟棉子中 Bt蛋白含量达 737.67—1158.66 ng / g(图 5),是
老熟叶片的 15.90—22.35倍,是成熟铃壳的 30.50—47.48 倍,是成熟棉纤维的 48.49—68.37 倍(表 5)。 尽管
目前研究表明,棉子中 Bt蛋白对食品生产无明显影响[15鄄17],但仍缺少长期研究结果。 因此,应进一步加强对
抗虫棉棉子用于食品生产的安全性研究,以消除消费者的疑虑。 本研究还表明,棉纤维中 Bt蛋白残留量仅有
10.79—22.72 ng / g(图 4),对人类衣着较为安全。
表 5摇 棉花不同老熟器官中 Bt蛋白含量的比值
Table 5摇 Ratio of the content of Bt insecticidal protein in different overripe cotton organs
施氮方式
Nitrogen fertilizer methods
叶片
Leaf
铃壳
Boll hull
棉纤维
Cotton fiber
棉子
Seed
T1 3.76 1.30 1.00 59.80
T2 2.17 1.59 1.00 48.49
T3 3.48 1.65 1.00 57.07
T4 3.31 1.44 1.00 68.37
摇 摇 表中数值通过图 1—图 5数据计算而得,以棉纤维中 Bt蛋白含量为 1,其余器官数值为棉纤维的倍数;叶片为脱落期,棉铃器官铃壳、纤维和
棉子为吐絮期
7067摇 23期 摇 摇 摇 马宗斌摇 等:施氮方式对转基因棉花 Bt蛋白含量及产量的影响 摇
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3.2摇 施氮方式与棉花器官 Bt蛋白含量
目前,施氮方式对抗虫棉器官 Bt蛋白表达和残留的影响鲜有报道。 本研究表明,施氮方式对棉花幼嫩和
老熟器官中 Bt蛋白含量均有明显影响。 总体表现为随着氮肥前移,幼嫩器官中 Bt蛋白含量呈明显增加的趋
势,尤其是对叶片 Bt蛋白含量影响更为明显。 随着氮肥前移,棉花老熟器官中 Bt 蛋白含量则呈明显降低的
趋势。 说明氮肥适度前移有利于减少棉花老熟器官的 Bt 蛋白含量。 本研究还表明,施氮方式对幼嫩器官中
Bt蛋白含量的影响大于对老熟器官中 Bt蛋白含量的影响。 因此说,种植抗虫棉时,可通过氮肥适度前移,一
方面,增加幼嫩器官中 Bt蛋白含量,提高棉花的抗虫性能;另一方面,降低老熟器官中的 Bt蛋白含量,减少对
生态环境和人畜健康的潜在风险,缓解消费者对转基因产品安全性的担忧。
3.3摇 施氮方式与棉花产量
氮素运筹是调控作物生长发育的重要途径[18]。 马宗斌等[19]在黄河流域进行棉花盆栽试验,设 3 个氮肥
基施和追施比例(分别是 2颐1、1颐1和 1颐2)。 结果表明,基追比为 1颐2 处理的皮棉产量分别比 1颐1 和 2颐1 处理增
加 3.66%和 7.33%。 Yang等[20]在长江流域试验将常规的施氮方法(氮肥 300 kg / hm2,基肥颐开花期颐盛花期为
30%颐40%颐30%)改变为施氮量 225 kg / hm2,基肥颐开花期颐盛花期为 0%颐40%颐60%。 结果表明,后者可提高棉花
生物量、收获指数和产量。 本研究表明,棉花施氮量为 300 kg / hm2,采用基肥颐花铃肥颐盖顶肥为 0.4颐0郾 4颐0郾 2的
施氮方式可获得最高产量,比其余 3种施氮方式的籽棉产量和皮棉产量分别增加 4.15%—11.24%和 3郾 73%—
12.01%。 这一结果与马宗斌等[19]在黄河流域的试验结果接近,但与 Yang等[20]在长江流域的试验结果不同,
可能原因是长江流域较黄河流域生育期长,棉花生长期间温度高、雨量大,氮肥适当后移有利于提高产量,而
在黄河流域棉区,氮肥后移可能会造成棉花减产,同时,还有可能减少幼嫩器官中 Bt蛋白含量,降低棉花的抗
虫性能,另一方面,提高老熟器官中 Bt蛋白含量,增加对生态环境和人畜健康的风险。
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9067摇 23期 摇 摇 摇 马宗斌摇 等:施氮方式对转基因棉花 Bt蛋白含量及产量的影响 摇
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粤造造藻造燥责葬贼澡蚤糟 藻枣枣藻糟贼泽 燥枣 藻曾贼则葬糟贼泽 枣则燥皂 哉造增葬 责则燥造蚤枣藻则葬 责燥憎凿藻则泽 燥灶 贼澡藻 早则燥憎贼澡 燥枣 孕则燥则燥糟藻灶贼则怎皂 凿燥灶早澡葬蚤藻灶泽藻 葬灶凿 杂噪藻造藻贼燥灶藻皂葬 糟燥泽贼葬贼怎皂
匀粤晕 载蚤怎则燥灶早袁 郧粤韵 杂燥灶早袁 匀韵哉 允怎灶灶蚤袁 藻贼 葬造 渊苑源员苑冤
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孕则藻凿葬贼蚤燥灶 藻增葬造怎葬贼蚤燥灶 燥枣 阅蚤葬责澡燥则蚤灶葬 糟蚤贼则蚤忆泽 渊匀燥皂燥责贼藻则葬院 悦澡藻则皂蚤凿葬藻冤 灶葬贼怎则葬造 藻灶藻皂蚤藻泽 怎泽蚤灶早 贼澡藻 悦韵玉 皂葬则噪藻则 早藻灶藻
酝耘晕郧 载蚤葬灶早袁韵哉再粤晕郧 郧藻糟澡藻灶早袁载陨粤 再怎造怎袁藻贼 葬造 渊苑源猿园冤
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耘枣枣藻糟贼 燥枣 增燥造葬贼蚤造藻泽 枣则燥皂 澡藻葬造贼澡赠 燥则 憎燥则皂 遭燥则藻凿 运燥则藻葬灶 责蚤灶藻 燥灶 澡燥泽贼 泽藻造藻糟贼蚤增藻 遭藻澡葬增蚤燥则 燥枣 阅蚤燥则赠糟贼则蚤葬 泽赠造增藻泽贼则藻造造葬 葬灶凿 蚤贼泽 责葬则葬泽蚤贼燥蚤凿
酝葬糟则燥糟藻灶贼则怎泽 泽责援 宰粤晕郧 匝蚤袁再粤晕 杂澡葬灶糟澡怎灶袁再粤晕 允怎灶曾蚤灶袁藻贼 葬造 渊苑源猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
孕燥责怎造葬贼蚤燥灶袁 悦燥皂皂怎灶蚤贼赠 葬灶凿 耘糟燥泽赠泽贼藻皂
砸藻造葬贼蚤燥灶泽澡蚤责 遭藻贼憎藻藻灶 则澡蚤扎燥泽责澡藻则藻 皂蚤糟则燥遭蚤葬造 糟燥皂皂怎灶蚤贼赠 枣怎灶糟贼蚤燥灶葬造 凿蚤增藻则泽蚤贼赠 葬灶凿 枣葬遭葬 遭藻葬灶 枣怎泽葬则蚤怎皂 憎蚤造贼 燥糟糟怎则则藻灶糟藻 蚤灶 憎澡藻葬贼 葬灶凿
枣葬遭葬 遭藻葬灶 蚤灶贼藻则糟则燥责责蚤灶早 泽赠泽贼藻皂 阅韵晕郧 再葬灶袁 阅韵晕郧 运怎灶袁 栽粤晕郧 蕴蚤袁 藻贼 葬造 渊苑源源缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
悦澡葬则葬糟贼藻则蚤泽贼蚤糟泽 燥枣 泽燥蚤造 枣藻则贼蚤造蚤贼赠 蚤灶 凿蚤枣枣藻则藻灶贼 藻糟燥泽赠泽贼藻皂泽 蚤灶 凿藻责则藻泽泽蚤燥灶泽 遭藻贼憎藻藻灶 噪葬则泽贼 澡蚤造造泽
再哉 再葬灶早袁 阅哉 匀怎袁 杂韵晕郧 栽燥灶早择蚤灶早袁 藻贼 葬造 渊苑源缘缘冤
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耘增葬造怎葬贼蚤燥灶 燥灶 糟葬则遭燥灶 泽藻择怎藻泽贼则葬贼蚤燥灶 藻枣枣藻糟贼泽 燥枣 葬则贼蚤枣蚤糟蚤葬造 葬造枣葬造枣葬 责葬泽贼怎则藻泽 蚤灶 贼澡藻 蕴燥藻泽泽 孕造葬贼藻葬怎 葬则藻葬
蕴陨 宰藻灶躁蚤灶早袁 宰粤晕郧 在澡藻灶袁 匀粤晕 匝蚤灶早枣葬灶早袁 藻贼 葬造 渊苑源远苑冤
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蕴葬灶凿泽糟葬责藻袁 砸藻早蚤燥灶葬造 葬灶凿 郧造燥遭葬造 耘糟燥造燥早赠
耘枣枣藻糟贼泽 燥枣 凿藻藻责 增藻则贼蚤糟葬造造赠 则燥贼葬则赠 贼蚤造造葬早藻 燥灶 泽燥蚤造 憎葬贼藻则 葬灶凿 憎葬贼藻则 怎泽藻 藻枣枣蚤糟蚤藻灶糟赠 蚤灶 灶燥则贼澡藻则灶 悦澡蚤灶葬忆泽 匀怎葬灶早鄄澡怎葬蚤鄄澡葬蚤 砸藻早蚤燥灶
蕴陨 再蚤遭蚤灶早袁孕粤晕郧 匀怎葬灶糟澡藻灶早袁再粤晕郧 载怎藻袁藻贼 葬造 渊苑源苑愿冤
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耘枣枣藻糟贼泽 燥枣 造葬灶凿泽糟葬责藻 责葬贼贼藻则灶泽 燥灶 则怎灶燥枣枣 葬灶凿 泽藻凿蚤皂藻灶贼 藻曾责燥则贼 枣则燥皂 贼赠责蚤糟葬造 葬早则燥枣燥则藻泽贼则赠 憎葬贼藻则泽澡藻凿泽 蚤灶 贼澡藻 栽澡则藻藻 郧燥则早藻泽 砸藻泽藻则增燥蚤则
葬则藻葬袁 悦澡蚤灶葬 匀哉粤晕郧 在澡蚤造蚤灶袁栽陨粤晕 再葬燥憎怎袁载陨粤韵 宰藻灶枣葬袁藻贼 葬造 渊苑源愿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
蕴葬灶凿 糟燥增藻则 糟造葬泽泽蚤枣蚤糟葬贼蚤燥灶 燥枣 再葬灶糟澡藻灶早 悦燥葬泽贼葬造 晕葬贼怎则葬造 宰藻贼造葬灶凿泽 遭葬泽藻凿 燥灶 月孕 灶藻怎则葬造 灶藻贼憎燥则噪 葬灶凿 耘栽酝垣 则藻皂燥贼藻 泽藻灶泽蚤灶早 凿葬贼葬
载陨粤韵 允蚤灶糟澡藻灶早袁 韵哉 宰藻蚤曾蚤灶袁 云哉 匀葬蚤赠怎藻 渊苑源怨远冤
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耘葬则造赠 则藻泽责燥灶泽藻泽 燥枣 泽燥蚤造 悦匀源 怎责贼葬噪藻 贼燥 蚤灶糟则藻葬泽藻凿 葬贼皂燥泽责澡藻则蚤糟 灶蚤贼则燥早藻灶 凿藻责燥泽蚤贼蚤燥灶 蚤灶 葬 糟燥造凿鄄贼藻皂责藻则葬贼藻 糟燥灶蚤枣藻则燥怎泽 枣燥则藻泽贼
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杂藻葬泽燥灶葬造 葬灶凿 蚤灶贼藻则葬灶灶怎葬造 增葬则蚤葬遭蚤造蚤贼赠 蚤灶 泽燥蚤造 则藻泽责蚤则葬贼蚤燥灶 蚤灶 憎澡藻葬贼 枣蚤藻造凿 燥枣 贼澡藻 蕴燥藻泽泽 孕造葬贼藻葬怎袁 悦澡蚤灶葬
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源员远苑 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿猿卷摇
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
国内邮发代号院愿圆鄄苑袁国外邮发代号院酝远苑园
标准刊号院陨杂杂晕 员园园园鄄园怨猿猿摇 摇 悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝
全国各地邮局均可订阅袁也可直接与编辑部联系购买遥 欢迎广大科技工作者尧科研单位尧高等院校尧图书
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通讯地址院 员园园园愿缘 北京海淀区双清路 员愿号摇 电摇 摇 话院 渊园员园冤远圆怨源员园怨怨曰 远圆愿源猿猿远圆
耘鄄皂葬蚤造院 泽澡藻灶早贼葬蚤曾怎藻遭葬燥岳 则糟藻藻泽援葬糟援糟灶摇 网摇 摇 址院 憎憎憎援藻糟燥造燥早蚤糟葬援糟灶
本期责任副主编摇 王德利摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报渊杂匀耘晕郧栽粤陨摇 载哉耘月粤韵冤渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
第 猿猿卷摇 第 圆猿期摇 渊圆园员猿年 员圆月冤
粤悦栽粤 耘悦韵蕴韵郧陨悦粤 杂陨晕陨悦粤摇渊杂藻皂蚤皂燥灶贼澡造赠袁杂贼葬则贼藻凿 蚤灶 员怨愿员冤摇灾燥造郾 猿猿摇 晕燥郾 圆猿 渊阅藻糟藻皂遭藻则袁 圆园员猿冤
编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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主摇 摇 编摇 王如松
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
主摇 摇 办摇 中国生态学学会
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