Bt棉生殖器官殺蟲蛋白表達量特征及高溫的影響.pdf

1、本文以不同Bt基因來源不同類型棉花品種為試驗材料，研究大田條件下棉花生殖器官殺蟲蛋白的表達量及其與氮代謝的關(guān)系，同時以不同類型棉花品種為試驗材料，研究高溫逆境脅迫對棉花生殖器官Bt蛋白表達量及其與氮代謝的關(guān)系。供試棉花品種分別為國產(chǎn)抗蟲棉：泗抗1號(常規(guī)品種)、泗抗3號(雜交種)和美國抗蟲棉品種：99B(常規(guī)品種)、岱雜1號(雜交種)，分別以代號SK-1、SK-3、99B和DZ-1表示。試驗于2009-2010年在揚州大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗田和

2、江蘇省栽培生理重點實驗室進行，采用盆栽和大田試驗相結(jié)合。大田試驗于盛蕾期和盛鈴期測定生殖器官殺蟲蛋白含量及其氮代謝相關(guān)物質(zhì)；高溫脅迫試驗同樣于盛蕾期和盛鈴期，應(yīng)用人工氣候室設(shè)計不同高溫水平(34℃、36℃、38℃、40℃)脅迫24小時，探討B(tài)t棉生殖器官殺蟲蛋白表達量及與氮代謝關(guān)系。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.對4個不同Bt基因來源不同類型棉花品種15日蕾和10日鈴中的殺蟲蛋白表達量測定表明，殺蟲蛋白表達量都是以來源于美國的B

3、t棉品種岱雜1號和99B殺蟲蛋白表達量高，其中又以雜交種岱雜1號更高(蕾中為196.73ng/gFw，鈴殼和纖維中分別為163.16ng/gFw和175.24ng/gFw)；來源于中國的Bt棉品種泗抗3號和泗抗1號較低，其中又以常規(guī)種泗抗1號最低(蕾中為176.57ng/gFw，鈴殼和纖維中分別為138.67ng/gFw和144.03ng/gFw)。此外蕾鈴中殺蟲蛋白表達量明顯低于葉片，僅為葉片含量的25.76％-32.88％。對氮代謝

4、相關(guān)物質(zhì)和關(guān)鍵酶研究進一步表明，生殖器官殺蟲蛋白含量高的，氨基酸和蛋白質(zhì)含量也高，谷氨酸丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶(GPT)、谷氨酸草酰乙酸轉(zhuǎn)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，品種間同樣表現(xiàn)為：美棉高于國產(chǎn)棉，雜交種高于常規(guī)種。相關(guān)性分析表明：游離氨基酸、可溶性蛋白含量、谷氨酸丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶(GPT)和谷氨酸合成酶(GOGAT)的活性與殺蟲蛋白表達量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)分別為r1=

5、0.543**、r2=0.692**、r3=0.671**、r6=0.704**)；而谷氨酸草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶(GOT)和谷氨酰胺合成酶(GS)與殺蟲蛋白的表達量成正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著(相關(guān)系數(shù)分別為r4=0.191和rs=0.191)；蛋白酶和肽酶的活性與殺蟲蛋白表達量呈顯著的負相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)分別為r7=-0.291和r8=-0.095)?？梢?，蕾鈴中氮代謝強度會影響的Bt棉生殖器官的抗蟲性。
　　 2.對2個不同類型B

6、t棉品種在盛蕾期和盛鈴期4個不同高溫水平下脅迫24小時的15日蕾和10日鈴中的殺蟲蛋白表達量測定表明，殺蟲蛋白表達量都有明顯的下降，且隨著溫度水平的提高，下降的幅度也更大，且在36℃以上時加劇下降。殺蟲蛋白表達量在品種間以常規(guī)Bt棉品種泗抗1號的下降幅度較大：盛蕾期泗抗1號蕾和蕾對位葉中殺蟲蛋白表達量在36℃過后的高溫逆境條件下，與相應(yīng)對照相比分別下降了20.88％和29.43％；盛鈴期鈴殼、纖維和鈴對位葉中殺蟲蛋白表達量與相應(yīng)對照相比

7、分別下降了33.43％、38.49％和34.58％?？梢姡兮徶袣⑾x蛋白表達量明顯低于葉片，僅為葉片含量的28.34％-35.26％。此外，盛蕾期棉蕾和盛鈴期棉鈴的Bt蛋白表達量下降幅度以盛鈴期較為顯著，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。對高溫脅迫下生殖器官氮代謝相關(guān)物質(zhì)和關(guān)鍵酶研究進一步表明，生殖器官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(zhuǎn)氨酶(GPT)、谷氨酸草酰乙酸

8、轉(zhuǎn)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(xiàn)為常規(guī)種的變化幅度較大。這可能與高溫逆境降低蛋白質(zhì)的合成、促進蛋白質(zhì)的分解密切相關(guān)。相關(guān)性分析結(jié)果表明：高溫逆境條件下，可溶性蛋白含量、谷氨酸丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶(GPT)、谷氨酸草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶(GOT)和谷氨酸合成酶(GOGAT)的活性與殺蟲蛋白表達量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)分別為r2=0

9、.884**、r3=0.688**、r4=0.468**、r6=0.453**)；谷氨酰胺合成酶(GS)與殺蟲蛋白的表達量成正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著(相關(guān)系數(shù)為r5=0.273)；而游離氨基酸含量、蛋白酶和肽酶的活性與殺蟲蛋白表達量呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)分別為r1=-0.608**、r7=-0.558**、r8=-0.460**)。可見，高溫逆境條件會顯著降低蕾鈴中的Bt蛋白的表達量，這可能與高溫逆境降低蛋白質(zhì)的合成、促進蛋白