转基因棉对棉蚜及其天敌龟纹瓢虫的影响

发布时间：2019-11-16 15:38

【摘要】：目前,转基因作物已在全世界范围内广泛种植,转基因作物对防治靶标害虫以及减少农药使用做出了巨大贡献。但是,种植转基因作物存在一些风险,其中之一就是转基因作物对非靶标昆虫是否有潜在的威胁。转基因作物对非靶标昆虫的安全评价是转基因作物环境安全评价的重要组成部分,是转基因作物能否取得国家安全证书的必经阶段。植食性害虫棉蚜和天敌昆虫龟纹瓢虫是两种非常重要的非靶标昆虫。在本论文中,我们从以下几个方面研究了转基因棉和Bt蛋白对棉蚜和龟纹瓢虫的影响:1 Bt蛋白在“转基因棉-棉蚜-龟纹瓢虫”食物链中的传递及其通过食物链对天敌龟纹瓢虫的影响双价抗虫棉(代号ZMSJ,表达Cry1Ac/Cry2Ab蛋白)和抗虫抗除草剂棉(代号ZMKCKC,表达Cry1Ac/EPSPS蛋白)尚未在国内商业化种植,现阶段对它们的安全评价至关重要。研究发现,取食了转基因棉ZMSJ和ZMKCKC的棉蚜体内存在微量的Cry1Ac蛋白。取食转基因棉棉蚜后,龟纹瓢虫的体内也检测到了Cry1Ac蛋白,并且Cry1Ac蛋白的含量随着龟纹瓢虫取食时间的延长而增加。但是,取食了转基因棉棉蚜的龟纹瓢虫的存活率、成虫体重和产卵量没有显著性的变化。取食了转基因棉棉蚜的龟纹瓢虫的发育历期有显著性的延长,取食了ZMSJ棉蚜的龟纹瓢虫的产卵前期有显著性的延长。这些差异可能是棉蚜的营养质量下降而引起的。我们的实验结果表明,Bt蛋白可以通过食物链传递给龟纹瓢虫,并且这两种转基因棉对龟纹瓢虫的生长发育及繁殖没有不利影响。2 Bt蛋白对棉蚜的影响cry1Ah基因是转基因棉的候选Bt基因,很有希望被转入棉花而研发出新的转基因棉品种,而cry2Ab基因来源于尚未商业化种植的双价抗虫棉ZMSJ。但是,这两个基因所表达的Bt蛋白对非靶标昆虫的影响尚未阐明。棉蚜是危害棉花的重要害虫,也是一种重要的非靶标昆虫。本章研究了Cry1Ah和Cry2Ab蛋白对棉蚜生物学指标的影响以及在分子水平上棉蚜解毒和氨基酸代谢相关基因对Bt蛋白的响应。研究结果显示,Cry1Ah和Cry2Ab蛋白对棉蚜的生长发育没有不利影响,并且这两种Bt蛋白对棉蚜解毒和氨基酸代谢相关基因的表达量也没有影响。因此,我们认为Cry1Ah和Cry2Ab蛋白对棉蚜没有不利影响。3转基因棉上的棉蚜共生细菌的群落结构及多样性蚜虫的共生细菌对蚜虫的生存繁衍起着很重要的作用。转cry1Ac基因棉在中国种植了近20年的时间,但是,对转cry1Ac基因棉棉蚜的共生细菌的研究非常少。在本章中,我们运用Illumina Mi Seq平台的高通量测序技术,研究了中国北方三省的转cry1Ac基因棉棉蚜的共生菌的群落结构及多样性。结果显示,转cry1Ac基因棉棉蚜的共生菌以初级共生菌Buchnera为主,次级共生菌Arsenophonus和Hamiltonella的相对丰度较低。据我们所知,这是首次在棉蚜中发现Hamiltonella共生菌的存在。不同的环境选择压力可能导致了河北省的转基因棉棉蚜共生菌的群落多样性要比河南山东两省的更加丰富,并且使得不同省份间的棉蚜共生菌的群落结构存在差异。4 Bt蛋白对龟纹瓢虫的影响cry1Ah和cry2Ab基因所表达的Bt蛋白对非靶标昆虫的影响尚未阐明。龟纹瓢虫是一种常见的并且种群数量丰富的天敌昆虫,也是一种重要的非靶标昆虫。本章研究了Cry1Ah和Cry2Ab蛋白对龟纹瓢虫生物学指标的影响以及在分子水平上龟纹瓢虫解毒相关基因对Bt蛋白的响应,还研究了两种Bt蛋白对龟纹瓢虫的营养利用的影响。结果表明,Cry1Ah和Cry2Ab蛋白对龟纹瓢虫的生物学指标没有不利影响。其次,两种Bt蛋白对龟纹瓢虫解毒相关基因的表达量没有造成影响。最后,两种Bt蛋白对龟纹瓢虫的营养利用也没有影响。可见,Cry1Ah和Cry2Ab蛋白对龟纹瓢虫的安全性很高,没有不利影响。
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转基因作物,种植面积,全球,环境

图 1.1 1996 年-2014 年全球转基因作物的种植面积（James 2015）Figure 1.1 Global planting areas of transgenic crops (1996-2014) (James 2015)转基因作物不仅能够高效控制靶标害虫（Wu et al 2008），还能提供很多环境益与经济效益，例如减少化学农药的使用，利于环境和人类的健康，还能增加农

转基因棉,龟纹瓢虫,初孵幼虫,棉蚜

图 2.1 初孵幼虫就开始取食转基因棉棉蚜的龟纹瓢虫在羽化后的第 5 天（A5）、第 10 天（A10）、第 15 天（A15）和第 20 天（A20）的 Cry1Ac 含量Figure 2.1 Mean SE Cry1Ac protein content in 5, 10, 15 and 20 d old P. japonica adults (A5,A10, A15, A20) fed with A. gossypii reared on Bt or non-Bt cotton plants throughout the entireadult life from hatching.2.2.2 转基因棉通过食物链对龟纹瓢虫生长发育及繁殖的影响龟纹瓢虫的死亡率（ 2= 1.273, P = 0.529）和初羽化成虫的体重（females: F2,85=1.743, P = 0.181; males: F2,78= 1.472, P = 0.236）并未受到转基因棉的影响（表 2.2）。但是，，ZMSJ 瓢虫和 ZMKCKC 瓢虫的幼虫的发育历期比常规棉瓢虫有了显著性的延长（Mann Whitney U tests: P < 0.001 and P < 0.001），类似的，ZMSJ 瓢虫和 ZMKCKC瓢虫的蛹期也有了显著性的延长（Mann Whitney U tests: P < 0.001 and P < 0.001,respectively）（表 2.2）。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S435.622.1;S476

【参考文献】