高温胁迫及终止后Bt转基因棉生殖器官杀虫蛋白表达量及其氮代谢生理机制研究

棉花的生殖器官作为棉铃虫危害的首选目标，研究Bt转基因棉生殖器官的Bt蛋白含量受高温逆境的影响及相关生理机制对于确保Bt棉花抗虫性在生产上安全应用具有重要意义。本项目拟通过研究不同高温水平、高温胁迫不同持续期、白天高温的昼夜变温不同持续期以及高温不同持续期终止后Bt棉蕾和铃Bt杀虫蛋白表达量的变化及其蛋白质生理特征，明确影响蕾和铃Bt杀虫蛋白的高温临界点、临界高温胁迫不同持续期和白天高温的昼夜变温不同持续期对蕾和铃抗虫性的影响程度及蛋白质周转特征、高温胁迫不同持续期终止后蕾和铃Bt蛋白表达量的恢复程度及其相关生理机制。为更准确把握我国棉花生长季节高温逆境下Bt棉抗虫性变化提供生态生理依据。

为明确高温逆境对Bt棉蕾铃抗虫性的影响程度及相关生理机制，本项目研究了高温水平、高温持续期、昼夜变温下高温持续期及高温胁迫终止后蕾铃Bt蛋白表达量的变化及其氮代谢生理特征。主要结果如下：. 与对照相比，常规种泗抗1号和杂交种泗抗3号在不同高温水平下胁迫24h后，蕾铃中Bt蛋白含量下降，且随着温度水平的提高，下降的幅度更大。棉蕾和泗抗1号的棉铃在38℃、泗抗3号的棉铃在40℃时Bt蛋白开始显著下降。因此38℃可能是蕾和常规种的棉铃、40℃是杂交种棉铃抗虫性显著下降的高温临界点。. 与胁迫前相比，2个类型Bt棉品种临界高温胁迫24-72h，蕾铃中Bt杀虫蛋白含量快速下降。但临界高温持续胁迫24h内蕾和纤维的Bt蛋白含量下降快，24-72h铃壳的Bt蛋白含量下降快。临界高温持续胁迫3天内是蕾铃Bt蛋白下降最快的时期。蕾期38℃/25℃、铃期39℃/27℃的昼夜变温下2个类型品种蕾铃在胁迫持续7d以上时，Bt蛋白含量急剧下降。随胁迫时间延长，下降幅度增大，且棉铃下降幅度高于棉蕾。. 盛蕾期38℃、盛铃期39℃胁迫6-96h终止后生殖器官Bt蛋白含量均能恢复到胁迫前水平，但恢复时间随胁迫持续时间的延长而变长。胁迫72h，泗抗1号蕾铃Bt蛋白含量在胁迫解除后72h已与对照无显著差异、泗抗3号在48h后已基本恢复；胁迫96h, 泗抗1号蕾铃在胁迫解除后96h、泗抗3号在72h已基本恢复到对照水平。 .以上高温处理的氮代谢生理研究则表明，高温引起蕾铃Bt蛋白含量下降的同时，GPT、GOT活性和可溶性蛋白含量下降、游离氨基酸含量、Protease和Peptidase活性增加。相反， 在临界高温胁迫解除后蕾铃Bt蛋白含量则随终止后时间的延长而增加的同时，蕾铃中GPT、GOT活性和可溶性蛋白含量增加，游离氨基酸含量、Protease和Peptidase活性逐步降低。说明高温下蛋白质的分解加快，合成下降，从而引起Bt蛋白浓度下降。胁迫解除后由于蛋白合成能力的逐步增强，在一定时间内可恢复抗虫能力。因此，准确把握棉花生长季节高温逆境特征，可预测Bt棉生殖器官抗虫性变化，为棉铃虫等相关害虫高效防治提供理论和实践依据。