Cry1Ab和Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫及其寄生天敌的生态安全性评价

论文摘要

针对当前我国转Bt基因抗虫作物商业化种植之前缺乏对次靶标迁飞性害虫粘.虫Mythimna separata （Walker）（鳞翅目：夜蛾科）及其寄生性天敌淡足侧沟茧蜂Microplitis pallidipes（膜翅目：茧蜂科）和伞裙追寄蝇Exorista civilis Rondani（双翅目：寄蝇科）的生态安全性评估研究的现状,本文应用行为、生态、生理、和毒理学的方法系统研究了Cry1Ab和Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的杀虫效果、生长发育、繁殖及飞行能力的直接影响作用。与此同时,分别研究揭示了Cry1Ab杀虫蛋白对粘虫寄生天敌淡足侧沟茧蜂和伞裙追寄蝇生长发育的影响作用,为进一步评价转Bt基因作物的生态安全性及其在害虫综合防治中的作用提供了新的科学依据。所获主要创新性结果如下：研究明确了Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的杀虫效果及生长发育、繁殖的影响作用。所得研究结果表明：取食0（对照）、3、6、12、24、48和96μg/g CrylAc杀虫蛋白人工饲料6 d后的幼虫头宽、体长、18 d后的体重随着杀虫蛋白浓度的升高显著降低,幼虫发育历期显著延长,死亡率显著升高。取食含杀虫蛋白浓度>12μg/g饲料的幼虫不能正常化蛹；取食含0、3和6μg/g杀虫蛋白饲料的幼虫能正常化蛹、羽化,化蛹率随着杀虫蛋白浓度的升高而显著降低、蛹历期显著延长；取食含0、3和6μg/g毒蛋白饲料的幼虫羽化的成虫繁殖能力有显著差异,产卵前期随杀虫蛋白浓度的升高显著延长,产卵量显著降低。这些结果表明,Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的生长发育、繁殖具有显著影响。研究明确了Cry1Ab杀虫蛋白对粘虫不同龄期的杀虫效果的同时,阐明了Cry1Ab杀虫蛋白导致幼虫取食量、食物利用效率降低是其致死的主要原因。在研究明确了Cry1Ab杀虫蛋白对1-6龄幼虫的LC50值,确定了Cry1Ab杀虫蛋白对低龄幼虫的杀虫效果较好,而对4-6龄幼虫杀虫效果较差的同时,应用重量法测定了Cry1Ab杀虫蛋白对粘虫六龄幼虫发育期间的食物取食量、粪便排泄量、体重增长量、近似消化率（AD）、粗生长效率（ECI）和纯生长效率（ECD）的影响作用。结果表明：取食0（对照）、12.5、25、50、100和200μg/g CrylAb杀虫蛋白人工饲料的幼虫校正取食量、粪便排泄量、体重增长量随着杀虫蛋白浓度的升高显著降低。取食杀虫蛋白的幼虫ECI和ECD都显著低于对照组幼虫,并随杀虫蛋白浓度的升高显著降低,取食含杀虫蛋白浓度>25μg/g饲料的幼虫的ECI和ECD均为负值,且浓度越大ECI和ECD越低。但AD则随杀虫蛋白浓度的升高显著升高,且取食杀虫蛋白幼虫的AD值均显著地高于对照组幼虫的。这些结果表明,Cry1Ab杀虫蛋白对六龄粘虫幼虫的杀虫作用机理是通过抑制幼虫的取食量、降低幼虫的食物消化率和利用率,从而抑制幼虫的生长发育,并最终导致死亡。从而阐明了Cry1Ab杀虫蛋白对粘虫幼虫致死作用机理。研究揭示了Cry1Ac杀虫蛋白亚致死浓度对粘虫生长发育、繁殖及飞行能力的影响。粘虫幼虫取食含亚致死浓度Cry1Ac杀虫蛋白的人工饲料后,体重随着蛋白浓度的升高显著降低,幼虫发育历期显著延长；随Cry1Ac杀虫蛋白浓度的升高,蛹重显著降低,蛹历期显著延长；成虫鲜重、干重、飞行肌的重量均随蛋白的浓度升高显著降低；取食Cry1Ac杀虫蛋白羽化的成虫产卵前期显著长于对照的,但是各浓度之间无显著差异。产卵量、交配次数、产卵历期均随蛋白浓度升高无显著变化；而1日龄成虫飞行能力（飞行距离、时间和速度）则随Cry1Ac杀虫蛋白浓度的升高显著降低。这些结果表明,亚致死浓度Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的生长发育、飞行具有显著的抑制作用,但对成虫生殖的影响较小。研究评价了Cry1Ab杀虫蛋白对淡足侧沟茧蜂生长发育的影响作用。对寄生在持续取食含Cry1Ab杀虫蛋白1、2、4和8μg/g4种剂量粘虫上的淡足侧沟茧蜂生长发育情况进行观察的结果表明,以取食含Cry1Ab杀虫蛋白粘虫为寄主的淡足侧沟茧蜂卵-幼虫的发育历期比以对照粘虫为寄主的显著延长,蛹（茧）重和成虫体重显著下降,但对蛹历期及成虫寿命没有显著影响。另外,淡足侧沟茧蜂的发育历期随着寄主取食Cry1Ab杀虫蛋白剂量的增加而显著延长,茧重和成虫体重则随杀虫蛋白剂量的增加而显著下降,成虫寿命也呈下降趋势,但取食这些剂量杀虫蛋白的粘虫对淡足侧沟茧蜂的蛹历期没有显著影响。这些结果表明,Cry1Ab杀虫蛋白对淡足侧沟茧蜂的生长发育具有显著的影响,而且浓度越高,影响作用越显著。研究评价了Cry1Ab杀虫蛋白对伞裙追寄蝇的寄生行为及种群增长的影响作用,首次揭示了Cry1Ab杀虫蛋白可以促进寄生蝇的种群增长,在控制粘虫时有明显的增效作用。与对照相比,伞裙追寄蝇对取食Cry1Ab杀虫蛋白6.25和25μg/g二种剂量的粘虫寄生率与平均产卵量均没有显著的差异,表明Cry1Ab杀虫蛋白对伞裙追寄蝇对寄主的选择行为没有显著的影响。另外,在取食3.13μg/g Cry1Ab杀虫蛋白的粘虫上发育的伞裙追寄蝇存活（出蝇）率高达40%,显著高于以对照粘虫为寄主的存活率（6.7%）,以及取食6.25（3.3%）和12.5μg/g（3.3%）剂量的寄生率。而对照、6.25和12.5μg/g剂量之间的寄生蝇存活率差异不显著。这些结果表明,低浓度（3.13μg/g）的Cry1Ab杀虫蛋白能显著增加伞裙追寄蝇的存活率。进一步的研究结果还表明,寄主幼虫死亡率随着杀虫蛋白浓度的升高而显著增加,出蛾率显著降低。如取食3.13μg/gCry1Ab杀虫蛋白的寄主粘虫死亡率仅为14%,而取食12.5μg/g Cry1Ab的死亡率则高达53%。这些结果表明Cry1Ab杀虫蛋白和寄生蝇在控制寄主害虫时具有有明显的增效作用,因而可以为解决害虫对转Bt基因作物的抗性问题提供新的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 转基因抗虫植物的研究进展
• 1.1.1 抗虫基因的研究
• 1.1.2 转基因抗虫植物的研究与应用前景
• 1.2 转基因抗虫作物环境安全性评价研究进展
• 1.2.1 靶标害虫对其抗性的风险评价
• 1.2.2 对非靶标害虫的影响
• 1.2.3 对天敌昆虫的影响
• 1.2.4 对传粉昆虫的影响
• 1.3 粘虫及其寄生性天敌的研究现状
• 1.3.1 对粘虫的安全性评价
• 1.3.2 对粘虫天敌的安全性评价
• 1.4 本课题研究目的与意义
• 2 材料与方法
• 2.1 实验虫源及试剂
• 2.1.1 试虫来源及种群繁殖
• 2.1.2 人工饲料配方
• 2.2 Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的控制效果评价
• 2.2.1 材料与方法
• 2.2.2 Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫初孵幼虫的杀虫效果
• 2.2.3 Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫幼虫生长发育的影响
• 2.2.4 Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫繁殖的影响
• 2.3 Cry1Ab杀虫蛋白对粘虫的控制效果评价
• 2.3.1 Cry1Ab杀虫蛋白对粘虫初孵幼虫、4-6龄幼虫的杀虫效果
• 2.3.2 Cry1Ab杀虫蛋白对粘虫食物利用影响的测定
• 2.4 亚致死浓度Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的影响
• 2.4.1 材料与方法
• 2.4.2 亚致死浓度的确定
• 2.4.3 亚致死浓度Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的生长发育的影响
• 2.4.4 亚致死浓度Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的生殖、交配行为的影响
• 2.4.5 亚致死浓度Cry1Ac对粘虫飞行能力的影响
• 2.5 Cry1Ab杀虫蛋白对淡足侧沟茧蜂生长发育的影响
• 2.5.1 蜂种来源
• 2.5.2 有关指标的确定
• 2.6 Cry1Ab对伞裙追寄蝇寄生率、生长发育的影响
• 2.6.1 蝇种来源
• 2.6.2 Cry1Ab对伞裙追寄蝇的寄生率、产卵量的影响
• 2.6.3 Cry1Ab对伞裙追寄蝇的出蝇蛹率的影响
• 2.6.4 Cry1Ab和伞裙追寄蝇的双重作用对粘虫的影响
• 2.7 资料的统计分析
• 3 结果与分析
• 3.1 Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的控制效果评价
• 3.1.1 Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫幼虫死亡率的影响
• 3.1.2 Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫幼虫生长发育的影响
• 3.1.3 Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫繁殖的影响
• 3.2 Cry1Ab杀虫蛋白对粘虫的控制效果评价
• 3.2.1 Cry1Ab杀虫蛋白对粘虫初孵幼虫、4-6龄幼虫的杀虫效果
• 3.2.2 Cry1Ab杀虫蛋白对粘虫食物利用影响
• 3.3 亚致死浓度Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的影响
• 3.3.1 亚致死浓度Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫生长发育的影响
• 3.3.2 亚致死浓度Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的生殖、交配行为的影响
• 3.3.3 亚致死浓度Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫飞行能力的影响
• 3.4 Cry1Ab杀虫蛋白对淡足侧沟茧蜂生长发育的影响
• 3.5 Cry1Ab对伞裙追寄蝇寄生率、生长发育的影响
• 3.5.1 Cry1Ab杀虫蛋白对伞裙追寄蝇的寄生率、产卵量的影响的观察
• 3.5.2 Cry1Ab杀虫蛋白对伞裙追寄蝇的出蝇蛹率的影响
• 3.5.3 Cry1Ab杀虫蛋白和伞裙追寄蝇的双重作用对粘虫的影响
• 4 讨论
• 4.1 Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的控制效果评价
• 4.2 Cry1Ab杀虫蛋白对粘虫的杀虫效果评价
• 4.2.1 Cry1Ab杀虫蛋白对粘虫初孵幼虫、4-6龄幼虫的杀虫效果
• 4.2.2 Cry1Ab杀虫蛋白对粘虫食物利用影响的测定
• 4.3 亚致死浓度Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的影响
• 4.3.1 亚致死浓度Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的生长发育的影响
• 4.3.2 亚致死浓度Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫的生殖、交配行为的影响
• 4.3.3 亚致死浓度Cry1Ac杀虫蛋白对粘虫飞行能力的影响
• 4.4 Cry1Ab杀虫蛋白对淡足侧沟茧蜂生长发育的影响
• 4.5 Cry1Ab对伞裙追寄蝇寄生率、生长发育的影响
• 4.5.1 Cry1Ab杀虫蛋白对伞裙追寄蝇的寄生率、产卵量的影响
• 4.5.2 Cry1Ab杀虫蛋白对伞裙追寄蝇的出蝇蛹率的影响
• 4.5.3 Cry1Ab杀虫蛋白和伞裙追寄蝇的双重作用对粘虫的影响
• 参考文献
• 致谢
• 附录