土壤水分胁迫对Bt棉生殖器官Bt蛋白表达量的影响及其氮代谢生理机制

Soil moisture affected development and insect resistance expression of Bt cotton significantly. However, effects of soil moisture stress on expression of Bt insecticidal protein in reproductive organ were seldom reported. In order to make sure the effects of soil moisture on Bt insecticidal protein expression in reproductive organ of Bt cotton and related physiological mechanism, our studies will include: 1) the effect of different levels of soil extreme moisture（soil moisture deficit or excessive） on expression of Bt insecticidal protein of the reproductive organ.2) the effect of duration of soil moisture stress on expression of Bt insecticidal protein of the reproductive organ.3) the characterics of enzymatic activity and chemical compounds contents related to nitrogen metabolism of squares and bolls under soil mositure stress. The threshold of soil mositure will be made sure through systematic research on above studies, the decreased extents of Bt insecticidal protein expression in squares and bolls will be detected during stress duration of the soil mositure, and the nitrogen metabolism physiological mechanism will be revealed under the soil mositure stress. The results will provide physiological and ecological basis of the security application of Bt cotton resistance in China and warning decision on cotton bollworm control measures under soil moisture stress.

土壤水分胁迫可显著影响Bt棉生长发育和抗虫性表达，但其对生殖器官中Bt蛋白表达的影响还少见报道。因此，为明确棉花生产上出现的土壤水分逆境对Bt棉生殖器官杀虫蛋白表达量的影响及其相关生理机制，本项目主要研究：（1）土壤不同极端水分（土壤水分亏缺、过多）不同水平胁迫对生殖器官Bt蛋白表达量的影响；（2）土壤水分胁迫持续期对生殖器官Bt蛋白表达量的影响；（3）土壤水分胁迫下蕾、铃中相关氮代谢酶活性和物质含量变化。通过以上问题的研究，确定显著影响蕾、铃中Bt蛋白表达量的土壤水分临界值；探明土壤水分逆境持续影响下，蕾、铃Bt蛋白表达量的下降程度；揭示土壤水分胁迫对Bt棉生殖器官Bt蛋白表达量影响的氮代谢生理机制。从而为在土壤水分逆境条件下，我国Bt棉抗虫性安全应用，特别是棉铃虫防治的预警决策等方面提供生理生态基础。

为明确土壤水分逆境对Bt棉抗虫性的影响程度及原因，以Bt棉常规种泗抗1号和杂交种泗抗3号为材料，2014-2016年于扬州大学遗传生理重点实验室应用盆栽棉株，盛蕾期、盛铃期设计不同水分亏缺程度（土壤持水量分别为最大持水量的15%、30%、45%、60%）、不同水分涝渍程度（土壤持水量为最大持水量的90%、100%、渍水2cm）以及土壤持水量为最大持水量60%和90%逆境下持续胁迫24h、48h、72h、96h和120h的试验，探讨生殖器官Bt杀虫蛋白表达量变化及相关生理机制。结果如下：.1、土壤含水量为最大持水量的60%和90%分别是导致Bt棉蕾、铃中Bt蛋白表达量下降的土壤水分亏缺或过多的临界含量。.2、持水量为最大持水量60%持续胁迫96h后棉蕾、持续胁迫72h后棉铃中Bt蛋白含量显著下降；持水量为最大持水量90%持续胁迫96h后，棉蕾、棉铃中Bt蛋白含量显著下降。.3、水分亏缺、过多（渍涝）胁迫下，蕾中Bt杀虫蛋白表达量的下降的同时， NR、GPT、GOT、GS、GOGAT活性均下降，蛋白酶和肽酶活性均增加；棉铃中表现与棉蕾基本相似。相关分析表明，水分逆境下，棉蕾、棉铃中Bt蛋白含量与肽酶、蛋白酶活性呈极显著负相关关系，与NR、GOT、GPT、GS、GOGAT活性呈极显著正相关关系。进一步深入分析Bt基因表达量结果发现，土壤含水量为最大持水量的60%以及土壤含水量为最大持水量的90%胁迫96h后棉铃中Bt基因表达量增加，泗抗1号、泗抗3号分别比对照提高48.6%、22.1%和10.5%、5.8%。.以上结果表明，土壤水分逆境会引起Bt棉蕾铃杀虫蛋白表达量的下降，但在转录水平，未发现Bt基因表达量下降。但氮代谢关键合成酶（NR、GPT等）活性降低，分解酶（肽酶和蛋白酶）活性增加。因此，蛋白质合成减弱，分解加强可能导致Bt棉杀虫蛋白含量下降。因此，在生产上应密切注意干旱和涝渍对Bt棉抗虫性的影响及程度，防止棉铃虫等相关害虫的危害。