雒珺瑜, 張 帥, 朱香鎮(zhèn), 呂麗敏, 王春義, 崔金杰中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 安陽(yáng) 455000

轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花主要生化物質(zhì)含量變化及其對(duì)棉田昆蟲(chóng)的影響

雒珺瑜, 張 帥, 朱香鎮(zhèn), 呂麗敏, 王春義, 崔金杰*
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 安陽(yáng) 455000

【目的】新型轉(zhuǎn)基因棉花在進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用前，需對(duì)其生態(tài)環(huán)境安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)；同時(shí)，經(jīng)基因改造的新型轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉花可能影響抗蟲(chóng)棉的次生代謝，進(jìn)而導(dǎo)致一些綜合的生態(tài)學(xué)效應(yīng)，致使棉花生理上發(fā)生改變，這也是轉(zhuǎn)基因植物安全性評(píng)價(jià)研究的重要內(nèi)容。【方法】比較了不同關(guān)鍵時(shí)期新型轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花與轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花和非轉(zhuǎn)基因棉花葉片的鮮重、干重和干鮮比、主要酶[超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)、抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)和谷胱甘肽還原酶(GR)]活性、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(蛋白質(zhì)、氨態(tài)氮、脯氨酸和可溶性糖)和次生代謝產(chǎn)物(棉酚和單寧)含量的差異及其對(duì)棉田不同昆蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)層昆蟲(chóng)個(gè)體總數(shù)和物種數(shù)的影響?！窘Y(jié)果】棉花生長(zhǎng)的蕾期、花期和花鈴期，轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花、轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花和非轉(zhuǎn)基因棉花葉片的鮮重、干重和干鮮比呈先升高后降低的趨勢(shì)；SOD和POD活性在花鈴期明顯升高，CAT、APX和GR活性無(wú)顯著變化；蛋白質(zhì)、氨態(tài)氮含量無(wú)明顯變化，脯氨酸和可溶性糖含量均表現(xiàn)為先升高后下降的趨勢(shì)；棉酚含量在3個(gè)時(shí)期無(wú)顯著變化，而單寧含量呈逐漸升高的趨勢(shì)。3種棉花葉片中干物質(zhì)積累、主要酶活性、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和次生代謝產(chǎn)物含量均無(wú)顯著差異；單株大鈴數(shù)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花>轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花>非轉(zhuǎn)基因棉花，小鈴數(shù)則表現(xiàn)為轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花

轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花； 生化物質(zhì)含量； 昆蟲(chóng)個(gè)體總數(shù)； 物種數(shù)

轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)棉是目前應(yīng)用面積最大、使用時(shí)間最長(zhǎng)的轉(zhuǎn)基因植物(Romeisetal.,2008)，其有效控制了棉鈴蟲(chóng)HelicoverpaarmigeraHübner、紅鈴蟲(chóng)Pectinophoragossypiella(Saunders)等鱗翅目主要害蟲(chóng)的暴發(fā)和危害，降低了棉田化學(xué)農(nóng)藥的使用量和使用次數(shù)，保護(hù)和增多了農(nóng)田自然天敵昆蟲(chóng)的種類和數(shù)量，進(jìn)而有效地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境(馬惠等,2009; 蘇宏華等,2010; James,2009; Wu & Guo,2005)。但任何一種植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中都會(huì)遭受多種害蟲(chóng)危害，一種抗蟲(chóng)基因不能抵御所有害蟲(chóng)，且基因的類型不同，其抗蟲(chóng)效果和靶標(biāo)害蟲(chóng)也不相同。美洲棉鈴蟲(chóng)、紅鈴蟲(chóng)已在田間對(duì)Bt棉產(chǎn)生了抗性(Alietal.,2006; Tabashniketal.,2010)，且棉鈴蟲(chóng)對(duì)Bt棉抗性上升的風(fēng)險(xiǎn)在逐年加大(梁革梅等,2000; 徐廣等,2002; Lubna,2014)。因此，很多抗性治理和延緩策略應(yīng)運(yùn)而生，其中，轉(zhuǎn)2個(gè)或2個(gè)以上基因被認(rèn)為是一種比較有效的延緩措施，不僅可進(jìn)一步加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因植物的抗蟲(chóng)能力，拓寬其抗蟲(chóng)譜，而且有助于延緩害蟲(chóng)產(chǎn)生耐受性，從而延長(zhǎng)轉(zhuǎn)基因棉花的使用壽命(McGaugheyetal & Whalon,1992; Tabashniketal.,1997)。

棉花等植物在進(jìn)化過(guò)程中，形成了一套有利于自身發(fā)育的基因體系和生理代謝途徑，當(dāng)外源Bt基因被導(dǎo)入其內(nèi)部后，其自身固有的連鎖群被打破，可能會(huì)對(duì)其各種性狀及生理代謝特性和路徑等產(chǎn)生影響，從而進(jìn)一步影響植物與有害生物之間的相互關(guān)系(湯德良等,1996; 王朝生等,1987; 王琛柱等,1993)。因此，在進(jìn)行新型轉(zhuǎn)基因棉花生態(tài)環(huán)境安全評(píng)價(jià)的同時(shí)，棉花生理代謝方面的改變也成為其安全性評(píng)價(jià)研究的重要內(nèi)容。

本文以新型轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab棉花為實(shí)驗(yàn)材料，以轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花和非轉(zhuǎn)基因棉花為對(duì)照，系統(tǒng)研究棉花葉片干物質(zhì)積累、產(chǎn)量性狀、生化物質(zhì)含量、酶活性等的差異及其對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物個(gè)體數(shù)量和物種數(shù)的影響，為新型轉(zhuǎn)雙價(jià)抗蟲(chóng)基因棉花環(huán)境安全評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花(639020)，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所生物技術(shù)研究室提供；轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花(中棉所41)和非轉(zhuǎn)基因棉花(中棉所49)，均由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所遺傳育種研究室提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行，棉花播種時(shí)間為2015年4月30日。轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花、轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花和非轉(zhuǎn)基因棉花各種3個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積150 m2，小區(qū)間隨機(jī)排列。棉花生長(zhǎng)過(guò)程中不噴施化學(xué)農(nóng)藥，田間其他管理措施按常規(guī)方法操作。

1.2.1 棉花葉片干物質(zhì)積累及單株鈴數(shù) (1)棉花葉片干物質(zhì)積累：分別在棉花生長(zhǎng)的蕾期(6月20日)、花期(7月20日)和花鈴期(8月20日)采集棉花頂部第1片完全展開(kāi)葉，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集5片葉，稱其鮮重，然后將葉片置于108 ℃殺青0.5 h，再置于80 ℃烘12 h后，稱葉片干重，計(jì)算葉片干鮮比。

(2)單株鈴數(shù)調(diào)查：于9月中旬調(diào)查棉花單株大鈴(直徑≥2 cm)數(shù)和小鈴(直徑<2 cm)數(shù)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)順行連續(xù)調(diào)查10株棉花。

1.2.2 生化物質(zhì)含量測(cè)定 (1)粗酶液的提取。參照Grace & Logan (1996)的方法，稍做修改。稱取樣品0.3000 g，液氮研磨后，加入3 mL提取緩沖液[0.1 mol·L-1K2HPO4-KH2PO4(pH=7.6)、1 mol·L-1EDTA、0.3% Triton X-100、2% PVP]及少許石英砂于冰浴中研磨勻漿，18000g、4 ℃離心15 min，取上清液并分裝保存于-80 ℃超低溫冰箱，用于可溶性蛋白含量及抗氧化酶活性的測(cè)定。

(2)超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性測(cè)定。采用氮藍(lán)四唑(p-Nitro-Blue tetrazolium chloride，NBT)比色法(李合生,2000)，稍做修改。3 mL反應(yīng)體系：1.8 mL 50 mmol·L-1KH2PO4-K2HPO4(pH=7.6)緩沖液，0.3 mL 130 mmol·L-1甲硫氨酸(Met)，0.3 mL 750 μmol·L-1NBT，0.3 mL 100 μmol·L-1EDTA，0.3 mL 20 μmol·L-1核黃素。對(duì)照管加入0.005 mL 50 mmol·L-1KH2PO4-K2HPO4(pH=7.6)緩沖液，樣品管加入0.005 mL酶液。對(duì)照管取2支，其中一支置于暗處，其余的試管置于4000 lx光下照射20 min，反應(yīng)結(jié)束后，以不照光的對(duì)照管為空白，分別測(cè)定其他各管在560 nm下的吸光度。以抑制NBT光還原的50%為一個(gè)酶活力單位。

(3)過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT)活性測(cè)定。參照Kn?rzeretal.(1996)的方法。利用H2O2(ε=39.4 mmol·L-1·cm-1)在240 nm的下降速率來(lái)測(cè)定CAT的活性。1 mL反應(yīng)體系：10 mmol·L-1KH2PO4-K2HPO4(pH=7.6)緩沖液，10 mmol·L-1H2O2，10 μL酶液。利用酶液?jiǎn)?dòng)反應(yīng)，每隔10 s記錄一次，測(cè)定1 min內(nèi)240 nm下吸光度的下降值。

(4)過(guò)氧化物酶(peroxidase,POD)活性測(cè)定。參照Maehly & Chance (1954)的方法。愈創(chuàng)木酚在POD的催化下氧化成茶褐色產(chǎn)物，此產(chǎn)物在470 nm處有最大光吸收(ε=26.6 mmol·L-1·cm-1)，利用絡(luò)合物在470 nm的增加速率來(lái)測(cè)定POD的活性。1 mL反應(yīng)體系：50 mmol·L-1KH2PO4-K2HPO4緩沖液(pH 7.6)，0.1 mmol·L-1EDTA，10 mmol·L-1愈創(chuàng)木酚，5 mmol·L-1H2O2，5 μL酶液。用酶液?jiǎn)?dòng)反應(yīng)，每隔10 s記錄一次，測(cè)定1 min內(nèi)470 nm下吸光度的增加速率。

(5)抗壞血酸過(guò)氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)活性測(cè)定。參照Nakano & Asada (1981)的方法。利用ASA(ε=2.8 mmol·L-1·cm-1)在290 nm的下降速率來(lái)測(cè)定APX的活性。1 mL反應(yīng)體系：50 mmol·L-1KH2PO4-K2HPO4(pH=7.0)緩沖液，0.1 mmol·L-1EDTA，1 mmol·L-1ASA，2.5 mmol·L-1H2O2，10 μL酶液。利用酶液?jiǎn)?dòng)反應(yīng)，每隔10 s記錄一次，測(cè)定0.5 min內(nèi)290 nm下吸光度的下降值。

(6)谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase,GR)活性測(cè)定。參照Sunetal.(2009)的方法。GR催化GSSG與NADPH反應(yīng)生成GSH與NADP+，NADPH在334 nm處有最大光吸收(ε=6.2 mmol·L-1·cm-1)，利用NADPH在334 nm的下降速率來(lái)測(cè)定GR的活性。1 mL反應(yīng)體系：50 mmol·L-1KH2PO4-K2HPO4緩沖液(2 mmol·L-1EDTA，pH=7.8)，2.5 mmol·L-1GSSG，0.2 mmol·L-1NADPH，20 μL酶液。用NADPH啟動(dòng)反應(yīng)，每隔10 s記錄一次，測(cè)定2 min內(nèi)334 nm下吸光度的減小速率。

(7)可溶性蛋白含量測(cè)定。利用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法進(jìn)行測(cè)定。20 μL酶液+980 μL水中加入3 mL考馬斯亮藍(lán)G-250染色液，振蕩混勻，室溫放置5 min后讀取595 nm處的吸光度。利用牛血清白蛋白(bovine serum albumin，BSA)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

(8)脯氨酸含量測(cè)定。參照李合生(2000)的方法。稱取樣品0.3000 g，加入3% 磺基水楊酸3 mL研磨成勻漿，轉(zhuǎn)移至試管中，沸水浴10 min，冷卻后轉(zhuǎn)移至10 mL離心管中，3000 r·min-1離心10 min。取上清液2 mL，置于10 mL帶塞試管中，加入1 mL冰乙酸和1 mL酸性茚三酮，沸水浴30 min，冷卻后，加入2 mL甲苯，搖勻振蕩30 s，靜置片刻，取上層紅色甲苯液相于比色杯中，在520 nm處測(cè)定吸光度。利用脯氨酸制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

(9)可溶性糖含量測(cè)定。參照李合生(2000)的方法。稱取樣品 0.1000 g，加入3 mL蒸餾水，轉(zhuǎn)移至試管中，沸水浴30 min(2次)。冷卻后，12000g離心5 min。取上清液100 μL，置于10 mL試管中，依次加入0.4 mL蒸餾水、3 mL 0.2%蒽酮—濃硫酸，充分振蕩，沸水浴1 min，冷卻至室溫后，在630 nm處測(cè)定吸光度。利用蔗糖制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

(10)總氨基酸含量測(cè)定。參照李合生(2000)的方法。稱取樣品0.3000 g，在液氮中研磨成粉末，加入3 mL 10%乙酸，超聲提取30 min(中間搖勻2次)，12000g離心5 min。取植物樣品上清液100 μL+400 μL無(wú)氨蒸餾水，依次加入750 μL水合茚三酮、250 μL 0.1%抗壞血酸，置于沸水浴中加熱15 min，取出后用冷水迅速冷卻并不時(shí)搖動(dòng)，利用60%乙醇定容到8 mL，在570 nm處測(cè)定吸光度。利用亮氨酸制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

(11)棉酚含量測(cè)定。棉酚的提取和測(cè)定均參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)法(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),1991)。

(12)單寧含量測(cè)定。參照Howelletal.(1976)的方法。取棉苗組織約0.5 g，加95%乙醇勻漿，4000g離心10 min，將殘?jiān)帽礈?次，離心后的沉淀物風(fēng)干。準(zhǔn)確稱取0.0100 g風(fēng)干沉淀物，加12 mL正丁醇∶HCl液(V∶V=95∶5)，混勻后90 ℃水浴1 h，4000g離心5 min，測(cè)上清液的D550 nm。以D550 nm·g-1·mL-1表示單寧含量。

1.2.3 昆蟲(chóng)結(jié)構(gòu)調(diào)查 采用對(duì)角線5點(diǎn)取樣方法(中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部,2007)，從5月上旬至9月中旬，每5 d調(diào)查一次3種棉田，每點(diǎn)調(diào)查10株棉花，詳細(xì)記錄取樣范圍內(nèi)地面和植株上昆蟲(chóng)的種類和數(shù)量，以及所有直接觀察到的節(jié)肢動(dòng)物的名稱、發(fā)育階段和數(shù)量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

利用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基本處理和篩選，并分析研究區(qū)調(diào)查結(jié)果；運(yùn)用SPSS 17.0軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；采用單因素t檢驗(yàn)方差分析和Duncan′s差異顯著性分析，檢驗(yàn)不同棉田棉花生化物質(zhì)含量和昆蟲(chóng)結(jié)構(gòu)等的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片干物質(zhì)積累及單株鈴數(shù)

棉花生長(zhǎng)的蕾期、花期和花鈴期，轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花、轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花和非轉(zhuǎn)基因棉花葉片的鮮重、干重和干鮮比呈先升高后降低的趨勢(shì)，均在花期呈現(xiàn)最大值；3種類型棉花葉片的鮮重、干重和干鮮比無(wú)顯著差異(表1)。

單株大鈴數(shù)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花>轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花>非轉(zhuǎn)基因棉花，小鈴數(shù)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花

2.2 葉片酶活性和主要生化物質(zhì)含量變化

2.2.1 酶活性 3種棉花葉片中SOD和POD活性在蕾期和花期沒(méi)有顯著差異，但在花鈴期明顯升高；CAT、APX和GR活性在3個(gè)生長(zhǎng)階段沒(méi)有顯著變化。3種棉花葉片中SOD、CAT、POD(6月份除外)、APX和GR活性均無(wú)顯著差異(表2)。這表明外源基因的導(dǎo)入，未引起棉花葉片中主要酶活性變化。

2.2.2 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量 棉花生長(zhǎng)的蕾期、花期和花鈴期，3種棉花葉片中蛋白質(zhì)、氨態(tài)氮含量沒(méi)有明顯變化，但脯氨酸和可溶性糖含量均表現(xiàn)為蕾期較低，花期升高，花鈴期又下降的趨勢(shì)；3種棉花葉片的蛋白質(zhì)、氨態(tài)氮、脯氨酸(8月份除外)和可溶性糖含量均無(wú)顯著差異(表3)。這表明外源基因?qū)牒?，棉花葉片中昆蟲(chóng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量未發(fā)生顯著的變化。

2.2.3 次生代謝物質(zhì)含量 3種棉花葉片中的棉酚含量在3個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期無(wú)顯著變化，而單寧含量呈逐漸升高的趨勢(shì)；3種棉花葉片中棉酚和單寧含量均無(wú)顯著差異(表4)。這表明外源基因?qū)胛匆鹈藁ù紊x物質(zhì)的顯著變化。

2.3 棉田昆蟲(chóng)個(gè)體總數(shù)與物種數(shù)

整個(gè)棉花生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期，3種棉田中昆蟲(chóng)群落和害蟲(chóng)亞群落的昆蟲(chóng)個(gè)體總數(shù)均表現(xiàn)為轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab基因棉田<轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉田<非轉(zhuǎn)基因棉田，且與非轉(zhuǎn)基因棉田相比，轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab基因棉田昆蟲(chóng)群落和害蟲(chóng)亞群落的昆蟲(chóng)個(gè)體總數(shù)分別減少41.85%和33.02%，轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉田昆蟲(chóng)群落和害蟲(chóng)亞群落的昆蟲(chóng)個(gè)體總數(shù)分別減少42.95%和34.19%，差異均達(dá)顯著水平；天敵亞群落的昆蟲(chóng)個(gè)體總數(shù)無(wú)顯著變化。3種棉田昆蟲(chóng)群落、害蟲(chóng)亞群落和天敵亞群落的昆蟲(chóng)物種數(shù)均未發(fā)生顯著變化(表5)。這表明轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉對(duì)棉田靶標(biāo)害蟲(chóng)具有較強(qiáng)的抗性作用，天敵亞群落昆蟲(chóng)無(wú)顯著變化。

表4 不同時(shí)期3種棉花葉片的次生代謝物質(zhì)含量Table 4 The contents of main secondary metabolite of three kinds of cotton leaves in different stages

數(shù)據(jù)為平均值±SD。

Values are means±SD.

表5 不同時(shí)期3種棉田昆蟲(chóng)個(gè)體總數(shù)與物種數(shù)Table 5 The total number of individuals and species number of insects in 3 cotton fields

數(shù)據(jù)為平均值±SD。*代表不同品種間差異顯著(P<0.05)。

Values are means±SD.*indicate significant differences among different varieties (P<0.05)．

3 討論

棉花生長(zhǎng)發(fā)育期干物質(zhì)生產(chǎn)是連續(xù)不間斷的過(guò)程,每個(gè)時(shí)期的累積量和特性不同(代英男等,2015)。棉花干物質(zhì)與產(chǎn)量主要取決于品種的遺傳特性，不同栽培措施和環(huán)境生態(tài)條件也會(huì)對(duì)其干物質(zhì)產(chǎn)生重要的影響(雒珺瑜等,2015； 左嬌,2013; 張興華等,2012)。本研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花、轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花和非轉(zhuǎn)基因棉花葉片的鮮重、干重和干鮮比在棉花不同生長(zhǎng)時(shí)期均不同，但這些指標(biāo)在3種棉花間無(wú)顯著差異，表明外源雙價(jià)基因的導(dǎo)入，對(duì)其干物質(zhì)積累沒(méi)有顯著影響。此外，單株大鈴數(shù)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab基因棉花>轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花>非轉(zhuǎn)基因棉花，小鈴數(shù)則表現(xiàn)為轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花

外源基因的導(dǎo)入，可能會(huì)對(duì)棉花植株內(nèi)的生化物質(zhì)及相關(guān)酶類產(chǎn)生影響(欽俊德,1987)，從而影響昆蟲(chóng)的取食行為(周明牂,1992)。本研究發(fā)現(xiàn)，SOD、POD、CAT、APX和GR等活性，以及蛋白質(zhì)、脯氨酸、可溶性糖及氨態(tài)氮等含量在棉花不同生長(zhǎng)時(shí)期表現(xiàn)不同，但3種棉花之間未見(jiàn)顯著差異(除個(gè)別時(shí)期外)。而白素芬等(2001)對(duì)萌發(fā)棉花種子的酯酶同工酶酶譜的分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉后代的酶帶與親本的酶帶存在較大差異，說(shuō)明外源基因的導(dǎo)入對(duì)棉花酯酶同工酶有影響；丁志勇等(2001)也發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)Bt基因棉的可溶性過(guò)氧化物酶的活性顯著高于常規(guī)棉，且轉(zhuǎn)Bt基因棉中酯酶的酶譜和活性與常規(guī)棉明顯不同。主要原因可能是所用的實(shí)驗(yàn)材料不同，且不同環(huán)境、不同時(shí)期植株體內(nèi)生理代謝和所產(chǎn)生的生化物質(zhì)含量不同(田曉莉等,2000)。

植物與昆蟲(chóng)在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了相互適應(yīng)和協(xié)同進(jìn)化機(jī)制，害蟲(chóng)對(duì)寄主植物進(jìn)行選擇適應(yīng)，而植物為抵抗害蟲(chóng)的侵害也發(fā)展了一套抗蟲(chóng)防御體系。轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉對(duì)棉田靶標(biāo)類害蟲(chóng)具有較強(qiáng)的控制作用(路獻(xiàn)勇等,2013，2014)，從而使轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2Ab基因棉田和轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉田昆蟲(chóng)群落和害蟲(chóng)亞群落的昆蟲(chóng)個(gè)體總數(shù)減少，但未引起物種數(shù)的變化(雒珺瑜等,2014)。

在進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)，除了關(guān)注轉(zhuǎn)基因植物的外源基因及產(chǎn)物外，基因改造工程可能引起的其他生理改變也是一個(gè)重要方面?；蚋脑旌徒M培過(guò)程可能在一定程度上影響原有基因的表達(dá),改變轉(zhuǎn)基因植物的生理特性,尤其是次生物質(zhì)的代謝，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)基因植物抗病、抗旱等性狀，也可能會(huì)影響該轉(zhuǎn)基因植物與其他動(dòng)植物或微生物的關(guān)系，進(jìn)而影響原有生態(tài)環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因此，該方面的研究尚需進(jìn)一步系統(tǒng)的跟蹤監(jiān)測(cè)。

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(責(zé)任編輯:楊郁霞)

Effects of transgenicCry1Ac+Cry2Abcotton on biochemical substances and insects

LUO Junyu, ZHANG Shuai, ZHU Xiangzhen, Lü Limin, WANG Chunyi, CUI Jinjie*
StateKeyLaboratoryofCottonBiology/InstituteofCottonResearch,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Anyang,Henan455000,China

【Aim】 A very important ecological task before introducing a new type of genetically modified cotton for large-scale commercial applications is to evaluate its biosafety. The secondary metabolism of cotton may be affected by the new gene introduced and even lead to a series of ecological effects. The physiological changes in the cotton cultivar are also an important part of safety evaluation of transgenic plants. 【Method】 This paper compares the transgenicCry1Ac+Cry2Abcotton andCry1Accotton with non-transgenic cotton in selected parameters during different critical developmental (seedling, budding and flowering and boll forming stages) periods. These parameters include the fresh and dry mass and ratio of dry mass to fresh mass of cotton leaf. Activities of important enzymes like SOD (super oxide dismutase), CAT (catalase), POD (peroxidase), APX (ascorbate peroxidase) and GR (glutathione reductase) were measured. We also measured the amounts of protein, ammonia nitrogen, soluble sugars, and secondary metabolites like gossypol and tannins. The number of individuals and species in different layers were investigated. 【Result】 During the budding, flowering and boll forming, the cotton leaf fresh mass, dry mass, their ratio, protein content and soluble sugars all showed first an increasing, then a decreasing trend. Activities of SOD and POD enzyme significantly increased in the boll forming stage, however, the other enzymes, CAT, APX and GR did not change significantly during the three periods. Ammonia nitrogen had no obvious change. Tannin contents gradually increased, while the gossypol content did not change significantly. Accumulation of dry matter, enzyme activities, nutrient content, and the amounts of secondary metabolites had no significant difference between the three kinds of cotton leaves. The number of big bolls was highest inCry1Ac+Cry2Abcotton, followed byCry1Accotton and non-transgenic cotton； the number of small bolls was lowest inCry1Accotton, followed byCry1Ac+Cry2Ab, then non-transgenic cotton. The total number of insect individuals in the insect community and pest sub-community showed thatCry1Ac+Cry2Abcotton

transgenicCry1Ac+Cry2Abcotton; biochemical substance content; total number of insect individuals; species number

10. 3969/j.issn.2095-1787.2017.02.007

2016-03-15 接受日期(Accepted)： 2016-05-02

轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項(xiàng)(2016ZX08011-002)

雒珺瑜， 女， 副研究員。 研究方向: 棉田害蟲(chóng)綜合防治與轉(zhuǎn)基因生物安全

*通訊作者(Author for correspondence), E-mail: cuijinjie@126.com