Bt棉生殖器官杀虫蛋白表达量特征及高温的影响

论文摘要

本文以不同Bt基因来源不同类型棉花品种为试验材料,研究大田条件下棉花生殖器官杀虫蛋白的表达量及其与氮代谢的关系,同时以不同类型棉花品种为试验材料,研究高温逆境胁迫对棉花生殖器官Bt蛋白表达量及其与氮代谢的关系。供试棉花品种分别为国产抗虫棉：泗抗1号（常规品种）、泗抗3号（杂交种）和美国抗虫棉品种：99B（常规品种）、岱杂1号（杂交种）,分别以代号SK-1、SK-3、99B和DZ-1表示。试验于2009-2010年在扬州大学农学院试验田和江苏省栽培生理重点实验室进行,采用翁栽和大田试验相结合。大田试验于盛蕾期和盛铃期测定生殖器官杀虫蛋白含量及其氮代谢相关物质；高温胁迫试验同样于盛蕾期和盛铃期,应用人工气候室设计不同高温水平（34℃、36℃、38℃、40℃）胁迫24小时,探讨Bt棉生殖器官杀虫蛋白表达量及与氮代谢关系。主要研究结果如下：1.对4个不同Bt基因来源不同类型棉花品种15日蕾和10日铃中的杀虫蛋白表达量测定表明,杀虫蛋白表达量都是以来源于美国的Bt棉品种岱杂1号和99B杀虫蛋白表达量高,其中又以杂交种岱杂1号更高（蕾中为196.73ng/gFw,铃壳和纤维中分别为163.16ng/gFw和175.24ng/gFw）；来源于中国的Bt棉品种泗抗3号和泗抗1号较低,其中又以常规种泗抗1号最低（蕾中为176.57ng/gFw,铃壳和纤维中分别为138.67ng/gFw和144.03ng/gFw）。此外蕾铃中杀虫蛋白表达量明显低于叶片,仅为叶片含量的25.76%-32.88%。对氮代谢相关物质和关键酶研究进一步表明,生殖器官杀虫蛋白含量高的,氨基酸和蛋白质含量也高,谷氨酸丙酮酸转氨酶（GPT）、谷氨酸草酰乙酸转氨酶（GOT）、谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合成酶（GOGAT）的活性,蛋白酶和肽酶活性也高,品种间同样表现为：美棉高于国产棉,杂交种高于常规种。相关性分析表明：游离氨基酸、可溶性蛋白含量、谷氨酸丙酮酸转氨酶（GPT）和谷氨酸合成酶（GOGAT）的活性与杀虫蛋白表达量呈极显著的正相关关系（相关系数分别为r1=0.543**、r2=0.692*8、r3=0.671**、r6=0.704**）；而谷氨酸草酰乙酸转氨酶（GOT）和谷氨酰胺合成酶（GS）与杀虫蛋白的表达量成正相关关系,但相关性不显著（相关系数分别为r4=0.191和r5=0.191）；蛋白酶和肽酶的活性与杀虫蛋白表达量呈显著的负相关关系（相关系数分别为r7=-0.291和r8=-0.095）。可见,蕾铃中氮代谢强度会影响的Bt棉生殖器官的抗虫性。2.对2个不同类型Bt棉品种在盛蕾期和盛铃期4个不同高温水平下胁迫24小时的15日蕾和10日铃中的杀虫蛋白表达量测定表明,杀虫蛋白表达量都有明显的下降,且随着温度水平的提高,下降的幅度也更大,且在36℃以上时加剧下降。杀虫蛋白表达量在品种间以常规Bt棉品种泗抗1号的下降幅度较大：盛蕾期泗抗1号蕾和蕾对位叶中杀虫蛋白表达量在36℃过后的高温逆境条件下,与相应对照相比分别下降了20.88%和29.43%；盛铃期铃壳、纤维和铃对位叶中杀虫蛋白表达量与相应对照相比分别下降了33.43%、38.49%和34.58%。可见,蕾铃中杀虫蛋白表达量明显低于叶片,仅为叶片含量的28.34%-35.26%。此外,盛蕾期棉蕾和盛铃期棉铃的Bt蛋白表达量下降幅度以盛铃期较为显著,说明盛铃期高温逆境会大幅度降低Bt蛋白的表达量,进而影响到棉花的抗虫性。对高温胁迫下生殖器官氮代谢相关物质和关键酶研究进一步表明,生殖器官杀虫蛋白含量下降幅度大的,可溶性蛋白含量下降幅度也大,谷氨酸丙酮酸转氨酶（GPT）、谷氨酸草酰乙酸转氨酶（GOT）、谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合成酶（GOGAT）的活性下降幅度也大,游离氨基酸含量、蛋白酶和肽酶活性增加幅度也较大,品种间同样表现为常规种的变化幅度较大。这可能与高温逆境降低蛋白质的合成、促进蛋白质的分解密切相关。相关性分析结果表明：高温逆境条件下,可溶性蛋白含量、谷氨酸丙酮酸转氨酶（GPT）、谷氨酸草酰乙酸转氨酶（GOT）和谷氨酸合成酶（GOGAT）的活性与杀虫蛋白表达量呈极显著的正相关关系（相关系数分别为r2=0.884**、r3=0.688**、r4=0.468**、r6=0.453**）；谷氨酰胺合成酶（GS）与杀虫蛋白的表达量成正相关关系,但相关性不显著（相关系数为r5=0.273）；而游离氨基酸含量、蛋白酶和肽酶的活性与杀虫蛋白表达量呈极显著的负相关关系（相关系数分别为rl=-0.608**、r7=-0.558**、r8=-0.460**）。可见,高温逆境条件会显著降低蕾铃中的Bt蛋白的表达量,这可能与高温逆境降低蛋白质的合成、促进蛋白质的分解密切相关。

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摘要

Abstract

缩略表

1 前言

1.1 国内外Bt棉的发展现状及其存在的主要问题

1.1.1 国内外Bt棉的研究与发展现状

1.1.2 国内外Bt棉发展中存在的问题

1.2 影响Bt基因在棉花中表达的因素

1.2.1 棉花的生长发育对Bt蛋白表达及其抗虫性的影响

1.2.2 环境因素对Bt蛋白表达及抗虫性的影响

1.3 高温胁迫对Bt杀虫蛋白表达的影响

1.3.1 Bt杀虫蛋白表达与抗虫性的关系

1.3.2 高温胁迫对Bt蛋白表达的影响

1.4 高温胁迫对氮代谢及其相关酶活性的影响

1.4.1 氮代谢相关酶活性与杀虫蛋白表达的关系

1.4.2 高温胁迫对氮代谢的影响

1.5 研究的目的和意义

2 试验材料与方法

2.1 试验设计

2.2 取样方法

2.3 主要测定项目与方法

2.3.1 杀虫蛋白含量的测定

2.3.2 可溶性蛋白含量的测定

2.3.3 游离氨基酸含量的测定

2.3.4 谷氨酸丙酮酸转氨酶（GPT）和谷氨酸草酰乙酸转氨酶（GOT）的测定

2.3.5 谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合成酶（GOGAT）的测定

2.3.6 蛋白酶和肽酶活性的测定

3 结果与分析

3.1 不同Bt基因来源不同品种类型棉花的生殖器官杀虫蛋白表达量及其与氮代谢的关系

3.1.1 生殖器官中杀虫蛋白表达量的差异

3.1.1.1 盛蕾期棉蕾中杀虫蛋白表达量的差异

3.1.1.2 盛铃期棉铃中杀虫蛋白表达量的差异

3.1.2 生殖器官中氮素代谢特征及其与杀虫蛋白表达量的关系

3.1.2.1 生殖器官中游离氨基酸含量的变化及与Bt蛋白表达量的关系

3.1.2.2 生殖器官中可溶性蛋白含量的变化及与Bt蛋白表达量的关系

3.1.2.3 生殖器官中谷氨酸丙酮酸转氨酶活性的变化及与Bt蛋白表达量的关系

3.1.2.4 生殖器官中谷氨酸草酰乙酸转氨酶活性变化及与Bt蛋白表达量的关系

3.1.2.5 生殖器官中谷氨酰胺合成酶活性的变化及与Bt蛋白表达量的关系

3.1.2.6 生殖器官中谷氨酸合成酶活性的变化及与Bt蛋白表达量的关系

3.1.2.7 生殖器官中蛋白酶活性的变化及与Bt蛋白表达量的关系

3.1.2.8 生殖器官中肽酶活性的变化及与Bt蛋白表达量的关系

3.2 高温胁迫对不同类型品种棉花的生殖器官杀虫蛋白表达量及其与氮代谢的影响

3.2.1 对生殖器官杀虫蛋白表达量的影响

3.2.1.1 对棉蕾中杀虫蛋白表达量的影响

3.2.1.2 对棉铃中杀虫蛋白表达量的影响

3.2.2 高温胁迫对不同类型品种棉花的生殖器官氮代谢的影响

3.2.2.1 对生殖器官游离氨基酸含量的影响

3.2.2.2 对生殖器官可溶性蛋白含量的影响

3.2.2.3 对生殖器官谷氨酸丙酮酸转氨酶活性的影响

3.2.2.4 对生殖器官谷氨酸草酰乙酸转氨酶活性的影响

3.2.2.5 对生殖器官谷氨酰胺合成酶活性的影响

3.2.2.6 对生殖器官谷氨酸合成酶活性的影响

3.2.2.7 对生殖器官中蛋白酶活性的影响

3.2.2.8 对生殖器官中肽酶活性的影响

4 小结与讨论

4.1 生殖器官中杀虫蛋白表达量低,且与氮代谢密切相关

4.2 高温影响Bt棉生殖器官抗虫性,尤其以铃受到影响更大,可能与高温降低蛋白质合成,促进蛋白质分解密切相关

参考文献

致谢

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