溫度對Bt基因抗蟲棉影響因素分析范文
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據統計，目前中國種植的轉Bt基因抗蟲棉面積已占植棉總面積的70％以上［1］。轉基因抗蟲棉的迅速發展，主要是由于其能有效地減輕棉鈴蟲等相關害蟲的危害，減少農藥用量。但國內外一致認為轉Bt基因棉花的抗蟲性表現不穩定。其中不良的環境對抗蟲性表達具有較大的影響，即Bt棉在不良的環境條件下表現抗蟲性顯著下降或不抗蟲現象［2－3］。棉花生育過程經常受高溫脅迫的影響，而盛鈴期又是棉花產量形成的主要時期，因此筆者通過研究棉花生育期高溫對棉花鈴殼中Bt蛋白表達的效應，并探討與Bt蛋白的表達密切相關的氮代謝過程所受的影響，從而為Bt安全應用提供生理基礎。
1材料和方法
1．1試驗設計試驗于2010－2011年在揚州大學江蘇省遺傳栽培生理重點實驗室進行。以不同品種類型的棉花品種泗抗1號（常規棉）、泗抗3號（雜交棉）為供試材料，分別以SK－1和SK－3表示。棉花為盆栽，在盛鈴期（8月15日），應用人工氣候室設計出生產上可能出現的不同高溫水平（34℃、36℃、38℃、40℃），相對濕度均設置為70％。選取長勢相近的棉花植株，每個品種選10株，每個溫度下2株，另外2株作為對照。在人工氣候箱達到預定溫度后，移入盆栽棉花樣本，并開始計時，進行24h的高溫逆境脅迫處理，脅迫24h后取樣，同時對田間盆栽對照進行取樣。每天保持盆中土壤含水量接近于田間持水量，定期澆水。肥料與化控運籌按當地高產栽培要求進行。2010年研究了盛鈴期受高溫脅迫24h后對bt蛋白表達的影響；2011年在2010年基礎上又研究了盛鈴期高溫脅迫氮代謝的影響，以明確持續高溫對Bt蛋白表達和氮代謝的影響。供試土壤為沙壤土，含有機質1．88％，水解氮134．7mg•kg－1，速效磷22．5mg•kg－1，速效鉀81．3mg•kg－1。實驗所用盆缽直徑30cm，高27cm，每盆裝土11kg，在大田中取的土壤經自然風干、過篩去雜后裝盆，用水沉實。栽培方式為營養缽育苗移栽，播種日期是4月7日，幼苗在5月19日（播種后41d）移栽到大田，5月20日（播種后42d）移栽于盆中。
1．2取樣方法于8月15日選取長勢相近的棉花植株，對中部果枝1～2果節位，標記當日花，寫好日期，掛牌于相應的果枝果節位，于花后10d進行高溫脅迫處理，選取有相近果枝相同果節位的鈴的棉株，放入人工氣候室中進行高溫逆境脅迫處理，每個品種選取10株，每個溫度下2株，另外2株作為對照，在24h的高溫逆境脅迫結束后，取事先標記過的棉鈴，液氮速凍后放入超低溫冰箱中保存。
1．3測定項目與方法
1．3．1Bt蛋白含量測定。稱取一定量的鈴殼鮮樣，經提取液研磨提取一段時間后，離心取上清液備用。用酶聯免疫法（Enzyme－linkedimmunosorbentassay，ELISA）進行測定，藥盒由中國農業大學提供。參見何鐘佩所編《農作物化學控制實驗指導》［4］。
1．3．2谷氨酸丙酮酸轉氨酶（GPT）含量測定。取樣后的蕾和鈴經液氮速凍后，稱取的鮮樣經Tris－HCl緩沖液研磨離心后，獲得的提取液采用賴氏比色法進行測定［5］。
1．3．3游離氨基酸含量測定。將稱取的鮮樣研磨，過濾定容后，取提取液，應用茚三酮比色法進行測定［6］。
1．3．4葉片蛋白酶、肽酶活性、可溶性蛋白含量測定。參見文獻［7］。1．4數據處理數據采用Excel2003和SPSSV13．0進行處理和統計分析。
2結果與分析
2．1高溫脅迫對Bt棉鈴殼中殺蟲蛋白含量的影響圖1表明，盛鈴期常規種泗抗1號在34℃、36℃、38℃和40℃高溫水平脅迫24h條件下，10日鈴鈴殼中殺蟲蛋白的表達量與相應對照（147．62ng•g－1）相比分別下降了3．75％，12．21％，33．43％和66．36％；雜交種泗抗3號的殺蟲蛋白的表達量則與相應對照（153．55ng•g－1）相比分別下降了2．98％，10．71％，29．01％和57．93％。不同品種間相比，以常規種受高溫脅迫后下降幅度較大。圖1高溫對10日鈴鈴殼中殺蟲蛋白含量的影響
2．2高溫脅迫對Bt棉花鈴殼GPT活性的影響圖2表明，常規種泗抗1號盛鈴期在34℃、36℃、38℃和40℃高溫水平脅迫24h條件下，10日鈴鈴殼中谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性與相應對照（11．93μmol•g－1•h－1）相比分別下降了7．05％，12．31％，35．7％和52．89％；雜交種泗抗3號的GPT活性則與相應對照（13．72μmol•g－1•h－1）相比分別下降了5．62％，11．32％，34．27％和48．01％。圖2高溫對10日鈴鈴殼中的GPT活性的影響
2．3高溫脅迫對Bt棉花鈴殼氨基酸和可溶性蛋白含量的影響圖3表明，常規種泗抗1號、雜交種泗抗3號盛鈴期在34℃、36℃、38℃和40℃高溫水平脅迫24h條件下，10日鈴鈴殼中游離氨基酸含量比相應對照有所增加，如泗抗3號的游離氨基酸的含量分別比對照增加了10．14％，26．29％，78．38％和129．28％。并且在36℃以上脅迫條件下，2個材料的游離氨基酸含量均顯著增加。圖3高溫對10日鈴鈴殼中的氨基酸含量的影響圖4表明SK－1、SK－3盛鈴期在34℃、36℃、38℃和40℃高溫水平脅迫24h條件后，10日鈴鈴殼中的可溶性蛋白含量與各自對照相比均呈不同程度下降，并隨著溫度的增加，下降幅度加大，如泗抗3號在4個溫度脅迫24h后，分別下降了2．90％，10．11％，24．8％和39．86％。
2．4高溫脅迫對Bt棉花鈴殼蛋白酶和肽酶活性的影響進一步研究高溫脅迫下SK－1、SK－3棉鈴中蛋白酶與肽酶活性變化（圖5、圖6）表明，在34℃、36℃、38℃和40℃高溫水平脅迫24h后，2品種10日鈴鈴殼中蛋白酶、肽酶活性分別比各自對照有不同程度的增加，在36℃以上脅迫條件下，蛋白酶活性均顯著上升。不同品種間相比，以常規種SK－1上升幅度較大。
3討論
3．1高溫影響Bt棉生殖器官殺蟲蛋白的含量已有研究表明，高溫影響Bt棉的抗蟲性［8－9］。夏蘭芹等人研究認為，溫度變化會影響抗蟲棉早期的生長和Bt殺蟲基因的表達，從而影響Bt基因的沉默發生時間［10］，但前人研究仍集中在葉片方面。本文通過研究不同高溫水平脅迫棉株24h對生殖器官抗蟲性的影響表明：高溫逆境條件盛鈴期棉鈴殺蟲蛋白表達量有明顯的下降，且隨著溫度水平的提高，下降的幅度也更大，并以在36℃以上時加劇下降。盛鈴期鈴殼中的殺蟲蛋白表達量在38℃、40℃時的下降幅度明顯高于36℃時的下降幅度，是它的2．7倍和5．4倍。推測36℃可能是棉花在高溫逆境條件下殺蟲蛋白含量表達的一個轉折點，極有可能是棉花的高溫臨界點。因此，在大田生產中如果遇到持續超過該溫度的高溫，應增加農藥用量，增強棉株抗蟲能力。此外，殺蟲蛋白表達量在品種間以常規Bt棉品種泗抗1號的下降幅度較大，說明盛鈴期高溫逆境會大幅度降低Bt蛋白的表達量，進而影響到棉花的抗蟲性。說明雜交種的抗蟲性受高溫影響較小。
3．2高溫影響Bt棉棉鈴抗蟲性，可能與高溫降低蛋白質合成，促進蛋白質分解密切相關已有研究表明，Bt棉體內殺蟲蛋白表達量與氮代謝水平呈顯著以上水平正相關［11－13］。對高溫脅迫下鈴殼中氮代謝相關物質和關鍵酶研究進一步表明，鈴殼中殺蟲蛋白含量下降幅度大的，可溶性蛋白含量下降幅度也大，谷氨酸丙酮酸轉氨酶（GPT）活性下降幅度也大，游離氨基酸含量、蛋白酶和肽酶活性增加幅度也較大，品種間同樣表現為常規種的變化幅度較大。可見，高溫逆境條件會顯著降低蕾鈴中的Bt蛋白的表達量，這可能是因為高溫逆境條件易導致蛋白質合成受阻，分解加快，這可能與高溫逆境降低蛋白質的合成、促進蛋白質的分解密切相關。