溫濕度逆境、棉鈴大小和生長物質(zhì)對Bt棉Bt蛋白表達量的影響及其生理機制.pdf

1、本文以不同Bt基因來源不同基因型品種，采用盆栽和大田試驗相結(jié)合，研究探明了溫濕度逆境脅迫對葉片Bt蛋白表達量以及不同種質(zhì)及人工調(diào)節(jié)的棉鈴大小、生長物質(zhì)GA3和縮節(jié)安對棉鈴蟲首選取食的器官棉鈴Bt蛋白表達量的影響及其相關(guān)生理機制。
　　 主要研究結(jié)果如下：
　　 1.溫濕度互作脅迫對Bt棉3個生育期葉片Bt蛋白表達量及脅迫解除后Bt蛋白表達量恢復的影響。
　　 隨著棉花生育進程，溫濕度脅迫下Bt蛋白含量下降幅度呈逐

2、漸加大的趨勢，3個生育期在高溫高濕、高溫低濕、低溫高濕和低溫低濕4種逆境下，盛蕾期葉片Bt蛋白下降不大，盛花期有一定程度下降，盛鈴期則顯著下降。盛鈴期低溫低濕脅迫48h后，Bt蛋白含量比對照下降43.2％～51.3％。在高濕或低濕條件下，高溫脅迫24h內(nèi)葉片Bt蛋白下降幅度較低溫小，24h后隨著脅迫時間的延長，Bt蛋白含量降幅明顯增大，而低溫脅迫24h內(nèi)Bt蛋白含量下降快，24h后Bt蛋白含量降幅變緩。脅迫至48h，高溫處理的葉片Bt蛋

3、白含量或低于低溫處理，或與低溫相差不大?？傮w表現(xiàn)為，3個生育期脅迫相同時間，低溫比高溫對Bt蛋白的表達量影響大。在高溫或低溫條件下，高濕度和低濕度脅迫葉片Bt蛋白含量下降幅度表現(xiàn)為低濕度＞高濕度。不同類型品種間，盛蕾和盛花期溫濕度逆境脅迫后Bt棉雜交種Bt蛋白含量下降幅度小于常規(guī)品種。盛鈴期雜交種和常規(guī)品種相比，逆境脅迫后下降幅度差異較小。美棉品種在低溫脅迫下受到的影響較小。
　　 不同生育期溫濕度脅迫解除后，葉片Bt蛋白表達量

4、的恢復程度不同，具體表現(xiàn)為盛蕾期＞盛花期＞盛鈴期。盛蕾期溫濕度脅迫24h或48h解除脅迫后，在96h內(nèi)Bt蛋白表達量可以完全恢復甚至Bt蛋白恢復后含量超過未脅迫前水平，且脅迫時間越長，脅迫解除后Bt蛋白含量越高；高溫高濕度和高溫低濕度脅迫解除后葉片Bt蛋白含量恢復時間早，提高幅度分別大于相應(yīng)的低溫高濕度和低溫低濕度處理，如高溫高濕度脅迫48h解除脅迫96h后，葉片Bt蛋白含量比未脅迫前提高了18.4％～31.7％；低溫高濕度脅迫48h解

5、除脅迫96h后，葉片Bt蛋白含量比未脅迫前提高了6.8％～14.3％。盛花期溫濕度脅迫24h解除脅迫后，不同品種葉片Bt蛋白恢復后含量同樣超過了未脅迫前水平，但與盛蕾期相應(yīng)處理相比，提高幅度較小，葉片Bt蛋白含量比未脅迫前僅提高了8.6％～16.2％，且在高濕或低濕條件下，高溫和低溫處理脅迫解除后葉片Bt蛋白恢復后含量差異較??；脅迫48h解除脅迫后，葉片Bt蛋白的表達量不能恢復到未脅迫前水平。盛鈴期溫濕度脅迫24h或48h解除脅迫后，不

6、同品種葉片Bt蛋白表達量不但不能恢復，而且Bt蛋白含量隨著恢復時間的延長而下降，其中脅迫24h解除脅迫后，高溫高濕和高溫低濕度處理的Bt蛋白降幅較小，但脅迫48h解除脅迫后Bt蛋白含量大幅度下降。隨著解除脅迫時間的延長，Bt蛋白表達量的繼續(xù)下降，下降程度高溫處理明顯大于低溫處理，如高溫高濕度和低溫高濕度脅迫48h，解除脅迫后96h，泗雜3號Bt蛋白含量分別比對照下降了33.1％和19.2％。溫濕度逆境脅迫解除后，不同品種Bt蛋白表達量的

7、恢復水平不同?？瓜x棉雜交種在盛蕾期和盛花期恢復能力強于常規(guī)品種，在盛鈴期高溫低濕度脅迫下Bt蛋白含量下降幅度大于常規(guī)品種。
　　 2.溫濕度脅迫對Bt棉3個生育期葉片氮代謝的影響。
　　 盛蕾期在高濕或低濕條件下，高溫脅迫對丙谷氨酸轉(zhuǎn)氨酶活性、可溶性蛋白含量和全氮含量影響較小，脅迫24h內(nèi)處理與對照之間無明顯差異，脅迫24h后稍有下降。高溫處理下葉片游離氨基酸含量明顯增加。與高溫相比，低溫脅迫顯著降低GPT酶活性，游離氨

8、基酸、可溶性蛋白和全氮含量也顯著低于對照。高溫和低溫都提高了谷氨酰胺合成酶(GS)活性。在高溫或低溫條件下，高低濕度處理間氮代謝關(guān)鍵酶活性差異較小。
　　 盛花期在高濕或低濕條件下，高溫脅迫24h內(nèi)對GPT、GS酶活性，可溶性蛋白和全氮含量影響較小，24h后4個品種以上酶活性和可溶性蛋白和全氮含量都隨著脅迫時間的延長逐漸下降，高溫脅迫提高了葉片游離氨基酸含量，且提高幅度要大于盛蕾期。低溫脅迫12h后GPT、GS酶活性都隨脅迫時間

9、延長呈不斷下降的趨勢，在脅迫12-36h內(nèi)，高溫和低溫處理的葉片GPT、GS酶活性、可溶性蛋白和全氮含量差異較大，又以脅迫至24h時差異最大。在高溫或低溫條件下，低濕度脅迫的氮代謝強度低。
　　 盛鈴期在高濕或低濕條件下，高溫脅迫GPT、GS酶活性，可溶性蛋白和全氮含量在24h內(nèi)呈緩慢下降的趨勢，24h后快速下降；低溫脅迫正好相反，24h前呈快速下降的特征，24h后降幅變緩。高、低溫下均促進了葉片蛋白酶含量的提高，游離氨基酸含量

10、大幅度提高，其中以高溫處理更為明顯。高溫條件下，高濕度和低濕度脅迫處理在24h內(nèi)對氮代謝影響差異較小，24h后差異逐漸變大，至48h低濕度處理葉片氮代謝強度顯著低于高濕度處理。低溫下一直以低濕度處理酶活性、可溶性蛋白和全N含量低。
　　 盛蕾和盛花期都以雜交種葉片氮代謝強度受到溫濕度脅迫的影響明顯小于常規(guī)品種。相關(guān)分析表明，盛蕾期溫濕度脅迫下葉片Bt蛋白含量與GPT酶活性呈顯著正相關(guān)。盛花和盛鈴期葉片Bt蛋白含量與GS、GPT酶

11、活性呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。3個生育期葉片Bt蛋白含量與全氮含量、可溶性蛋白含量都呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。在溫濕度脅迫條件下，葉片蛋白酶活性與可溶性蛋白均呈負相關(guān)，與游離氨基酸含量均呈正相關(guān)關(guān)系。
　　 3.溫濕度脅迫對Bt棉3個生育期葉片氨基酸組分的影響。
　　 高溫低濕和低溫低濕對葉片中Bt蛋白分子的八種主要氨基酸成分的含量在3個生育期有不同的影響，其中對酸性氨基酸(天冬氨酸和谷氨酸)含量影響最大。盛蕾期脅迫酸性氨基酸

12、含量在48h內(nèi)雖有所波動，但增加的幅度較小，盛花期和盛鈴期逆境脅迫后酸性氨基酸含量明顯增加，且增加幅度以高溫下較大，盛鈴期更為明顯。盛花和盛鈴期葉片Bt蛋白主要氨基酸組分總量與Bt蛋白含量呈顯著或極顯著負相關(guān)關(guān)系，高溫低濕度脅迫下葉片Bt蛋白主要氨基酸組分的總量與Bt蛋白含量的相關(guān)系數(shù)分別為r1=-7918**，r2=-8537**；低溫低濕度脅迫下葉片Bt蛋白主要氨基酸組分的總量與Bt蛋白含量的相關(guān)系數(shù)分別為r3=-5703，r4=-

13、7806**。
　　 4.溫濕度脅迫對Bt棉3個生育期葉片糖代謝的影響。
　　 盛蕾期在高濕或低濕條件下，高溫和低溫脅迫都降低了蔗糖酶(Inv)活性，提高了蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性，增加蔗糖和可溶性總糖含量，且低溫比高溫影響更大。無論在高溫還是在低溫條件下，濕度對糖代謝影響較小。盛花期在高濕或低濕條件下，高溫脅迫提高了SPS活性，增加了蔗糖和可溶性總糖含量；低溫脅迫提高了葉片Inv、SPS活性，增加了蔗糖和可溶性總糖

14、含量，其中Inv酶活性和可溶性總糖含量明顯大于高溫處理；在高溫或低溫條件下，高濕度和低濕度處理間葉片糖代謝差異較小。盛鈴期在高濕或低濕條件下，高溫或低溫都顯著提高了葉片Inv和SPS酶活性，蔗糖和可溶性總糖含量大幅度上升，且以高溫脅迫效果更為明顯；在高溫條件下，低濕度脅迫的葉片糖代謝強度明顯大于高濕度處理；低溫條件下，高、低濕度間無顯著性差異。
　　 3個生育期溫濕度逆境脅迫后葉片C/N比值增加，盛蕾期增加幅度小，盛鈴期大；脅迫

15、時間越長，C/N比值越高。在高濕或低濕條件下，盛蕾和盛花期低溫脅迫對C/N比值影響較大；盛鈴期以高溫脅迫的C/N值更大。相關(guān)性分析表明在溫濕度脅迫下，盛蕾期、盛花期和盛鈴期葉片C/N值與Bt蛋白含量呈負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為r1=-0.5192，r2=-0.7601*，r3=-0.9158**。
　　 5.不同棉鈴大小的種質(zhì)及其人工調(diào)節(jié)對棉鈴Bt蛋白表達量及氮代謝的影響。
　　 雜交種泗雜3號和岱雜1號在整個棉鈴發(fā)育時

16、期鈴重、鈴體積、鈴殼體積、鈴殼干重和子指都顯著高于常規(guī)品種泗抗1號和DP410B；與之相反，鈴殼和棉籽中Bt蛋白含量表現(xiàn)為常規(guī)品種Bt蛋白最高；雜交種最低。相關(guān)分析表明鈴體積、鈴殼體積、鈴重與鈴殼干重與鈴殼Bt蛋白含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為r1=-0.704*，r2=-0.739*，r3-0.706*，r4-0.675*，子指與棉籽Bt蛋白含量極顯著負關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為r=-0.869**。人工調(diào)節(jié)棉鈴發(fā)育的結(jié)果進一步表明，當通

17、過剪葉方法使棉鈴變小時，鈴殼和棉籽中Bt蛋白含量增加。反之，通過去蕾使棉鈴變大時，鈴殼和棉子中Bt蛋白含量下降。對大小不同的棉鈴的氮代謝研究進一步表明，棉鈴變小時氮代謝增強，棉鈴變大時氮代謝減弱。以上結(jié)果說明了棉鈴的大小影響B(tài)t棉棉鈴中Bt蛋白的表達。
　　 6.GA3及DPC對棉鈴Bt蛋白的表達量和氮代謝的影響。
　　 生長延緩劑DPC能明顯提高花后10d和30d(DPA)鈴殼和棉籽中Bt蛋白的含量，其中又以10 DP

18、A鈴殼和棉籽中Bt蛋白含量增加更為顯著；生長促進劑GA3降低10 DPA鈴殼和棉籽中Bt含量，但顯著提高了30 DPA棉鈴Bt蛋白含量。對棉鈴氮代謝研究進一步表明，DPC提高了鈴殼和棉籽中GS、GPT和GOT酶活性并增加了游離氨基酸、可溶性蛋白和全氮的含量。GA3在10 DPA降低了鈴殼、棉籽上述酶活性和物質(zhì)含量，但30DPA棉鈴氮代謝卻與之正好相反，氮代謝明顯加強。相關(guān)分析表明，棉鈴中Bt蛋白含量與GS、GPT和GOT酶活性呈極顯著正