高温胁迫与终止后Bt棉生殖器官杀虫蛋白表达量变化及相关生理机制研究

摘要

以大面积生产应用并具有相同遗传背景的Bt棉常规种泗抗1号和杂交种泗抗3号为材料，于扬州大学遗传生理重点实验室，以盆栽棉花于人工气候室设计高温胁迫试验。2012年设计白天高温夜间适温持续胁迫试验（蕾期38/25℃、铃期39/27℃），分别持续胁迫4d、7d和10d;2013年设计蕾期38℃、铃期39℃高温持续胁迫72h、96h终止后不同时间（0、12、24、48、72和96h）观察生殖器官Bt杀虫蛋白表达量变化及相关氮代谢生理。主要研究结果如下: 1、蕾期38℃/25℃、铃期39℃/27℃分别持续胁迫4d、7d、10d处理下，Bt棉常规种泗抗1号棉蕾Bt杀虫蛋白表达量与相应对照相比，分别下降0.72％、14.18％和31.50％;铃壳中Bt杀虫蛋白表达量分别下降2.82％、19.07％和44.48％;纤维Bt杀虫蛋白表达量分别下降3.18％、20.24％和42.64％。杂交种泗抗3号棉蕾Bt蛋白表达量分别下降了0.61％、11.32％和25.21％;铃壳中Bt杀虫蛋白表达量分别下降了2.26％、15.26％和33.23％;纤维Bt蛋白表达量分别下降了2.67％、16.96％和33.68％。即盛蕾期常规种和杂交种棉蕾都表现为在昼夜变温胁迫持续7d以上时，Bt蛋白表达量急剧下降，且随胁迫时间延长，Bt蛋白下降幅度增大。盛铃期棉铃中Bt蛋白表达量在昼夜变温持续胁迫处理下，表现出相似下降趋势，且棉铃Bt蛋白下降幅度高于棉蕾。表明昼夜变温持续胁迫在7d以上时，会引起棉花生殖器官中Bt杀虫蛋白的明显下降。 研究昼夜变温下高温胁迫对生殖器官氮代谢相关物质和关键酶活性进一步表明，在持续胁迫7d以上时，蕾铃中氨基酸含量显著增加，可溶性蛋白含量和GPT活性显著下降，蛋白酶活性则明显提高。常规种泗抗1号相关氮代谢物质和关键酶活性的变动幅度较杂交种泗抗3号大。相关性分析表明:昼夜变温不同持续期胁迫处理下，生殖器官中可溶性白含量、GPT活性与Bt杀虫蛋白表达量之间呈极显著的正相关关系（相关系数分别为蕾0.895**、0.889**，铃壳0.954**、0.988**，纤维0.984**、0.979**）;而游离氨基酸含量、蛋白酶活性与Bt杀虫蛋白表达量呈极显著的负相关关系（相关系数分别为蕾-0.929**、-0.946料，铃壳-0.924**、-0.775料，纤维-0.758**、-0.797**）。因此，昼夜变温下高温胁迫7d以上时引起生殖器官Bt蛋白的分解加强，合成减弱，导致Bt蛋白表达量下降。 2、盛蕾期38℃、盛铃期39℃持续胁迫72h、96h终止后生殖器官Bt杀虫蛋白表达量均能恢复到相应对照水平，并且恢复时间的长短随胁迫持续时间的延长而增加。与相应对照相比，常规种泗抗1号棉蕾在胁迫72h终止后0h、12h、24h、48h、72h、96h，Bt杀虫蛋白含量为相应对照的35.14％、41.11％、51.91％、74.77％、100.42％、100.75％，即胁迫终止后72h蕾的Bt杀虫蛋白表达量与对照相比无显著差异;而杂交种泗抗3号在胁迫72h处理下，胁迫终止后0h、12h、24h、48h、72h、96h，棉蕾Bt蛋白含量分别为相应对照的41.90％、59.16％、78.44％、99.50％、100.13％、98.43％，表明胁迫解除后48h，蕾的Bt蛋白表达量已基本恢复。铃壳和纤维中Bt蛋白表达量恢复特征与蕾期呈相似的特征，泗抗1号铃壳和纤维中Bt蛋白表达量均在胁迫终止后72h恢复到相应对照水平，泗抗3号则在胁迫终止后48h基本恢复。 在盛蕾期38℃、盛铃期39℃持续胁迫96h处理下，胁迫解除后0h、12h、24h、48h、72h、96h后，泗抗1号蕾Bt杀虫蛋白表达量与相应对照相比，分别为对照的28.46％、33.15％、41.67％、60.75％、84.80％、101.90％;泗抗3号蕾分别为对照的30.18％、39.64％、58.84％、85.93％、100.78％、100.61％。表明胁迫终止后96h，泗抗1号蕾Bt杀虫蛋白表达量与对照相比无显著差异;泗抗3号至胁迫终止后72h蕾Bt蛋白表达量已基本恢复至对照的水平。铃壳和纤维中Bt蛋白表达量恢复特征与蕾期基本相似，泗抗1号铃壳和纤维中Bt蛋白表达量均在胁迫终止后96h恢复到相应对照水平，泗抗3号则在胁迫终止后72h基本恢复。相关分析表明，高温胁迫终止后，生殖器官可溶性蛋白含量、谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)活性、谷氨酸草酞乙酸转氨酶(GOT)活性，与Bt杀虫蛋白表达量呈极显著的正相关关系（相关系数分别为蕾0.964**、0.981**、0.971**，铃壳0.965**、0.952**、0.957**，纤维0.962**、0.975**、0.956**）;而游离氨基酸含量、蛋白酶和肽酶的活性与Bt杀虫蛋白表达量呈极显著的负相关关系(相关系数分别为蕾-0.894**、-0.912**、-0.834**，铃壳-0.938**、-0.885**、-0.877**，纤维-0.906**、-0.902**、-0.841**)。

目录

摘要

缩略表

1 前言

1．1 我国转Bt基因抗虫棉的应用现状及存在问题

1．1．1 我国转Bt基因棉的应用

1．1．2 转Bt基因抗虫棉存在的主要问题

1．2 高温胁迫对转Bt基因抗虫棉叶片抗性表达及其影响机理

1．3 高温胁迫终止后转Bt棉叶片抗虫性表达的恢复特征

1．4 研究的目的与意义

2 试验材料与方法

2．1 试验设计

2．2 主要测定项目

2．2．1 杀虫蛋白含量的测定

2．2．2 可溶性蛋白含量的测定

2．2．3 游离氨基酸含量的测定

2．2．4 谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)和谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)活性测定

2．2．5 蛋白酶活性、肽酶活性的测定

2．2．6 数据处理与统计分析方法

3 结果与分析

3．1 昼夜变温下高温不同持续期对Bt棉生殖器官杀虫蛋白表达量及氮代谢生理的影响

3．1．1 对棉蕾中Bt杀虫蛋白表达量的影响

3．1．2 对棉铃中Bt杀虫蛋白表达量的影响

3．1．3 对Bt棉生殖器官氮代谢生理的影响

3．2 临界高温胁迫终止后Bt棉生殖器官杀虫蛋白表达量的变化及氮代谢生理特征

3．2．1 生殖器官中Bt杀虫蛋白表达量的变化

3．2．2 Bt棉生殖器官氮代谢生理特征

4 小结与讨论

4．1 昼夜变温下高温引起生殖器官Bt蛋白显著下降的时间与持续高温影响不同

4．2 高温持续胁迫终止后生殖器官中Bt杀虫蛋白表达量的恢复特征与叶片相似，但胁迫时间不同，终止后恢复时间也不同

4．3 昼夜变温下高温引起的生殖器官Bt蛋白含量下降以及临界高温持续胁迫终止后生殖器官Bt蛋白表达量的恢复程度都与氮代谢生理密切相关

参考文献

致谢

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