劉震宇 王桂霞 李麗楠 蔡澤洲 梁潘潘 吳莘玲 張 祥 陳德華

高溫脅迫終止后Bt棉蕾殺蟲蛋白的恢復(fù)特征及相關(guān)生理機制

劉震宇 王桂霞 李麗楠 蔡澤洲 梁潘潘 吳莘玲 張 祥 陳德華*

揚州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理國家重點實驗室培育點 / 糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心, 江蘇揚州 225009

以大面積生產(chǎn)應(yīng)用的Bt棉常規(guī)種‘泗抗1號’和雜交種‘泗抗3號’為材料, 于揚州大學(xué)遺傳生理重點實驗室人工氣候室, 以盆栽方式設(shè)計高溫脅迫試驗。2017年設(shè)蕾期38℃高溫持續(xù)脅迫72 h終止、2018年設(shè)38℃高溫持續(xù)脅迫96 h終止處理后不同時間(0、12、24、48、72和96 h)研究棉蕾Bt殺蟲蛋白表達(dá)量變化及相關(guān)氮代謝生理。結(jié)果表明, 盛蕾期38℃持續(xù)脅迫72 h、96 h終止后棉蕾Bt殺蟲蛋白表達(dá)量均能恢復(fù)到相應(yīng)對照水平, 并且恢復(fù)所需時間隨脅迫持續(xù)時間的延長而增加。脅迫72 h終止后, 常規(guī)種泗抗1號經(jīng)72 h、雜交種泗抗3號經(jīng)48 h蕾的Bt殺蟲蛋白表達(dá)量與對照已無顯著差異; 脅迫96 h終止后, 泗抗1號經(jīng)96 h、泗抗3號經(jīng)72 h, 棉蕾Bt殺蟲蛋白表達(dá)量與對照已無顯著差異。相關(guān)分析表明, 高溫脅迫終止后, 蕾中可溶性蛋白表達(dá)量、谷氨酸丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶(GPT)活性、谷氨酸草酞乙酸轉(zhuǎn)氨酶(GOT)活性與Bt殺蟲蛋白表達(dá)量呈極顯著正相關(guān) (相關(guān)系數(shù)分別為0.964**、0.981**、0.971**); 而游離氨基酸含量、蛋白酶和肽酶的活性與Bt殺蟲蛋白表達(dá)量呈極顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為-0.894**、-0.912**、-0.834**)。因此, 生產(chǎn)上可根據(jù)高溫持續(xù)時間預(yù)測棉蕾Bt殺蟲蛋白表達(dá)量的恢復(fù)程度, 合理防治棉鈴蟲等相關(guān)害蟲。

Bt棉; 棉蕾; 高溫脅迫; Bt殺蟲蛋白; 氮代謝

轉(zhuǎn)基因抗蟲棉表達(dá)的Bt蛋白, 對棉鈴蟲等鱗翅目害蟲有較好殺蟲效果, 減少了化學(xué)農(nóng)藥的應(yīng)用, 降低了植棉成本和對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的破壞[1], 具有良好的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。我國自1997年在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用Bt轉(zhuǎn)基因抗蟲棉以來, 以轉(zhuǎn)基因為主的抗蟲棉的種植面積不斷擴大[2-3], 已占我國植棉面積的80%以上[4], 但在其生長過程中, Bt抗蟲性的表達(dá)存在“時空差異”并受極端環(huán)境影響。具體表現(xiàn)在不同發(fā)育階段、不同器官或部位抗蟲性的明顯差異。邢朝柱等[5]研究表明, 同一器官或組織的抗蟲性隨生育進(jìn)程呈下降趨勢。王永慧等[6-9]研究表明棉花葉片抗蟲性較強, 花蕾等生殖器官的抗蟲性較弱。環(huán)境因子如高溫和低溫、干旱和漬水也會顯著影響抗蟲性。Benedict等[10]通過研究Bt棉在美國不同地域棉區(qū)的抗蟲性表現(xiàn)與Bt蛋白表達(dá)量及棉株可溶性蛋白變化, 推測溫度、土壤濕度和肥料影響B(tài)t棉的抗蟲性表達(dá)。Chen等[11]等研究表明, 鈴期37℃高溫脅迫24 h和48 h會引起棉株葉片中Bt殺蟲蛋白表達(dá)量顯著下降。王俊等[12]研究則表明, 轉(zhuǎn)基因抗蟲棉在盛鈴期受到高溫脅迫后引起鈴殼氮代謝生理活性變化。其他研究者也根據(jù)Bt棉的抗蟲性在棉花生育過程中的表達(dá)特性, 推測抗蟲性變化除與遺傳、生理年齡及氮代謝有關(guān)外, 還與環(huán)境影響密切相關(guān)[13-15]。已有研究表明Bt棉抗蟲性受極端環(huán)境影響, 但環(huán)境影響是階段性的, 在極端環(huán)境脅迫解除后Bt棉抗蟲性能否得到恢復(fù)或部分恢復(fù)則少見報道, Chen等[16]研究了高、低溫脅迫終止后葉片Bt蛋白表達(dá)量的恢復(fù)特征, 但缺乏棉鈴蟲首選危害的生殖器官抗蟲性在溫度逆境下恢復(fù)特征的研究, 因此進(jìn)一步研究高溫脅迫終止后Bt棉蕾殺蟲蛋白表達(dá)量的變化, 對于明確其抗蟲性恢復(fù)情況及安全應(yīng)用具有重要理論與實踐意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

2017—2018年在揚州大學(xué)遺傳生理實驗室人工氣候室, 盆栽轉(zhuǎn)基因抗蟲棉常規(guī)種‘泗抗1號’和雜交種‘泗抗3號’(分別以SK-1和SK-3表示), 盆缽直徑35 cm, 高30 cm, 每盆裝土20 kg, 2年均于4月6日播種, 5月17日移植至盆中。盆缽用土為自然風(fēng)干、過篩去雜后的沙質(zhì)壤土, 用水沉實, 含有機質(zhì)1.88%、水解氮134.7 mg kg-1、速效磷22.5 mg kg-1和速效鉀81.3 mg kg-1。運用營養(yǎng)缽育苗移栽的方式, 定期澆水, 保持盆中土壤含水量接近田間持水量。按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培技術(shù)進(jìn)行肥料與化控的運籌, 按單株定量, 等量均分原則施用。棉株長至盛蕾時標(biāo)記棉株3~5臺果枝第一果節(jié)現(xiàn)蕾日期, 待標(biāo)記蕾長至15日齡時移至人工氣候室進(jìn)行高溫脅迫試驗。2017年以臨界高溫38℃持續(xù)脅迫72 h、2018年在2017年基礎(chǔ)上脅迫時間由72 h增加至96 h, 待脅迫終止后, 將棉株移至對照棉株所在人工氣候室(溫度為27℃), 分別于脅迫終止后的0、12、24、48、72和96 h取棉蕾樣, 液氮速凍后放入超低溫冰箱保存待測。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 Bt殺蟲蛋白含量 參見何鐘佩所編《農(nóng)作物化學(xué)控制實驗指導(dǎo)》[17], 應(yīng)用酶聯(lián)免疫法(ELISA)測定, 試劑盒由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。

1.2.2 可溶性蛋白含量和游離氨基酸含量 分別應(yīng)用G-250考馬斯亮藍(lán)比色法和抗壞血酸茚三酮染色法測定可溶性蛋白含量和游離氨基酸含量[18-19]。

1.2.3 谷氨酸丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶(GPT)和谷氨酸草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶(GOT)活性 用賴氏比色法測定[20]。

1.2.4 蛋白酶活性、肽酶活性 分別運用考馬斯亮藍(lán)、茚三酮和抗壞血酸比色法測定可溶性蛋白質(zhì)含量、游離氨基酸含量, 進(jìn)而計算蛋白酶和肽酶活性[21]。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析方法 運用Microsoft Excel等軟件統(tǒng)計分析數(shù)據(jù), 用SigmaPlot 10.0繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 臨界高溫脅迫終止后棉蕾Bt殺蟲蛋白表達(dá)量的變化

由圖1可知, 在盛蕾期臨界38℃高溫持續(xù)脅迫解除后, 隨著恢復(fù)時間的延長, SK-1和SK-3兩個品種棉蕾Bt蛋白表達(dá)量都呈上升趨勢。SK-1在脅迫72 h終止時, 蕾中Bt殺蟲蛋白含量僅為對照的35%, 但脅迫終止后12、24、48、72、96 h, 蕾中Bt殺蟲蛋白含量分別為相應(yīng)對照的41%、52%、75%、100%、100.75%, 即在脅迫終止72 h后, 棉蕾的Bt殺蟲蛋白含量與對照已無顯著差異; SK-3在持續(xù)脅迫72 h終止后0、12、24、48、72、96 h, 棉蕾Bt蛋白表達(dá)量分別為相應(yīng)對照的42%、59%、78%、100%、100%、98%, 說明脅迫解除后48 h, Bt蛋白表達(dá)量已恢復(fù)至對照水平, 且在脅迫終止后24 h內(nèi)恢復(fù)速率相對較快。由圖2可知, SK-1在脅迫96 h終止時, 蕾中Bt蛋白表達(dá)量僅為對照的28%, 但脅迫終止后12、24、48、72、96 h, 蕾中Bt殺蟲蛋白含量分別為相應(yīng)對照的33%、42%、61%、85%、102%, 即在脅迫終止96 h后, 棉蕾的Bt殺蟲蛋白表達(dá)量與對照已無顯著差異; SK-3在脅迫96 h終止后0、12、24、48、72、96 h, 棉蕾Bt蛋白表達(dá)量分別為對照的30%、40%、59%、86%、101%、101%, 說明至脅迫終止后72 h, Bt蛋白含量與相應(yīng)對照已無顯著差異。

圖1 高溫持續(xù)脅迫72 h終止后棉蕾Bt蛋白表達(dá)量變化

不同小寫字母表示0.05顯著水平下相同品種、相同處理間與對照間的差異。T: 高溫脅迫72 h; CK: 對照。

Bt toxin contents at the recovery time with different lowercase letters are significantly different from the control at< 0.05 under the same high temperature duration for the same cultivar. T: reatments for 72 hours; CK: control.

圖2 高溫持續(xù)脅迫96 h終止后棉蕾Bt蛋白表達(dá)量變化

不同小寫字母表示0.05顯著水平下相同品種、相同處理間與對照間的差異。T: 高溫脅迫96 h; CK: 對照。

Bt toxin contents at the recovery time with different lowercase letters are significantly different from the control at< 0.05 under the same high temperature duration for the same cultivar. T: treatments for 96 hours; CK: control.

由此可見, 盛蕾期持續(xù)高溫脅迫終止后, 2個品種棉蕾Bt殺蟲蛋白表達(dá)量均可恢復(fù)至相應(yīng)的對照水平, 但隨高溫脅迫時間的延長, 恢復(fù)時間相應(yīng)延長。品種間則以常規(guī)種SK-1恢復(fù)所需時間長。

2.2 臨界高溫脅迫終止后Bt棉蕾氮代謝生理特征

2.2.1 可溶性蛋白和游離氨基酸含量的變化 由表1可知, 盛蕾期臨界38℃高溫分別持續(xù)脅迫72 h與96 h終止后, 隨恢復(fù)時間的延長, 棉蕾中可溶性蛋白含量都呈上升趨勢。SK-1在持續(xù)脅迫72 h終止后0、12、24、48、72、96 h, 蕾中可溶性蛋白表達(dá)量分別為相應(yīng)對照的47%、50%、63%、84%、102%和101%, 表明在脅迫終止后72 h, 蕾的可溶蛋白含量與對照已無顯著差異。SK-3在持續(xù)脅迫72 h解除后0、12、24、48、72、96 h, 蕾的可溶性蛋白含量分別為相應(yīng)對照的52%、61%、75%、98%、100%和100%, 表明脅迫終止后48 h, 蕾的可溶性蛋白含量已與對照無顯著差異。SK-1在38℃高溫持續(xù)脅迫96 h終止后0、12、24、48、72、96 h, 蕾的可溶性蛋白含量分別為相應(yīng)對照的41%、43%、53%、67%、83%、98%, 表明至脅迫解除后96 h, 蕾的可溶性蛋白含量與相應(yīng)對照無顯著差異; SK-3在38℃持續(xù)脅迫96 h終止后0、12、24、48、72、96 h, 蕾的可溶性蛋白含量分別為對照的49%、56%、69%、89%、99%、100%, 表明至脅迫終止后72 h, 蕾的可溶性蛋白含量恢復(fù)至相應(yīng)對照水平。

38℃高溫持續(xù)脅迫72 h終止后96 h內(nèi), 棉蕾中游離氨基酸含量明顯下降。SK-1在脅迫72 h終止后0、12、24、48、72、96 h, 棉蕾游離氨基酸含量分別為對照的293%、277%、251%、189%、95%、97%; 而在SK-3中分別為對照的246%、222%、184.95%、103%、101%、100%。表明SK-1在持續(xù)脅迫72 h解除后72 h內(nèi)游離氨基酸含量已基本恢復(fù), SK-3在脅迫解除后48 h內(nèi)已基本恢復(fù)。在38℃持續(xù)脅迫96 h終止后0、12、24、48、72、96 h, SK-1蕾游離氨基酸含量分別為對照的382%、369%、342%、274%、198%、101%; 而在SK-3中分別為對照的327%、304%、264%、125%、99%、106%。表明常規(guī)種在脅迫終止后96 h, 雜交種在脅迫終止后72 h, 蕾中游離氨基酸含量基本下降到相應(yīng)對照水平。

可見, 無論常規(guī)種還是雜交種, 在脅迫終止后, 蕾中可溶性蛋白表達(dá)量與游離氨基酸含量均能恢復(fù)到相應(yīng)對照水平, 恢復(fù)時間隨著脅迫時長的增加而增加; 品種間表現(xiàn)為雜交種的恢復(fù)時間短于常規(guī)種。相關(guān)分析表明, 蕾中可溶蛋白表達(dá)量和Bt殺蟲蛋白表達(dá)量極顯著正相關(guān)(= 0.964**), 而蕾游離氨基酸含量和Bt殺蟲蛋白表達(dá)量極顯著負(fù)相關(guān)(=-0.894**)。表明棉蕾蛋白質(zhì)合成能力的增強有利于Bt蛋白表達(dá)量的恢復(fù)。

表1 高溫持續(xù)脅迫終止后蕾中可溶性蛋白與游離氨基酸含量變化

不同小寫字母表示0.05顯著水平下相同品種、相同處理間與對照間的差異。

Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different from the control at< 0.05 under the same high temperature duration for the same cultivar.

2.2.2 GOT、GPT活性的變化 由表2可知, 盛蕾期臨界38℃高溫持續(xù)脅迫終止后一段時間, 棉蕾中GOT、GPT活性都有明顯上升。SK-1在持續(xù)脅迫72 h終止時, 棉蕾中GOT活性僅為對照的28%, 但脅迫終止后12、24、48、72、96 h, 棉蕾中GOT活性分別為對照的36%、48%、66%、103%、101%, 表明在脅迫終止后72 h, 蕾中GOT活性與對照已無顯著差異。SK-3在持續(xù)脅迫72 h終止時棉蕾中GOT活性僅為相應(yīng)對照的41%, 但脅迫終止后12、24、48、72、96 h, 分別為相應(yīng)對照的56%、77%、104%、102%、104%, 表明在脅迫終止后48 h, 蕾中GOT活性已與相應(yīng)對照無顯著差異。SK-1在持續(xù)脅迫96 h終止時, 蕾中GOT活性僅為對照的17%, 但脅迫終止后12、24、48、72、96 h, 分別為對照的22%、31%、50%、76%、109%, 表明在脅迫終止后96 h內(nèi), 蕾中GOT活性已恢復(fù)到相應(yīng)對照水平; SK-3在持續(xù)脅迫96 h終止時, 蕾中GOT活性僅為對照的28%, 但脅迫終止后12、24、48、72、96 h, 分別為對照的38%、50%、89%、104%、104%, 表明在脅迫終止后72 h內(nèi)蕾中GOT活性已恢復(fù)到相應(yīng)對照水平。

SK-1在臨界高溫持續(xù)脅迫72 h終止后0、12、24、48、72、96 h, SK-1蕾中GPT活性分別為對照的33%、41%、50%、69%、101%、102%, 表明在脅迫終止后72 h內(nèi), 蕾中GPT活性已恢復(fù)到相應(yīng)對照水平; SK-3蕾中GPT活性分別為對照的38%、53%、66%、103%、98%、99%, 表明脅迫終止后48 h, 蕾中GPT活性與相應(yīng)對照無顯著差異。臨界高溫持續(xù)脅迫96 h終止后0、12、24、48、72、96 h, SK-1蕾中GPT活性分別為對照的23%、29%、35%、52%、74%、99%, 表明脅迫終止后96 h, 蕾中GPT活性與相應(yīng)對照無顯著差異; SK-3蕾中GPT活性分別為相應(yīng)對照的28%、35%、47%、86%、98%、101%, 表明在脅迫終止后72 h內(nèi), 蕾中GPT活性已恢復(fù)至相應(yīng)對照水平。

可見, 不論是常規(guī)種還是雜交種, 臨界高溫脅迫終止后, 蕾中GOT、GPT活性均可上升至相應(yīng)對照水平, 但恢復(fù)所需時間隨高溫脅迫時間的延長而增加。品種間則以常規(guī)種恢復(fù)較慢。相關(guān)分析表明,蕾中GOT、GPT活性均與Bt殺蟲蛋白表達(dá)量極顯著正相關(guān)(GOT= 0.971**、GPT= 0.981**), 因此, GOT、GPT活性恢復(fù)有利于蛋白質(zhì)合成, 從而使Bt蛋白表達(dá)量相應(yīng)增加。

表2 高溫持續(xù)脅迫終止后蕾中GOT與GPT活性變化

不同小寫字母表示0.05顯著水平下相同品種、相同處理間與對照間的差異。

Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different from the control at< 0.05 under the same high temperature duration for the same cultivar.

2.2.3 蛋白酶活性與肽酶活性的變化 由表3可知, 盛蕾期臨界38℃高溫持續(xù)脅迫72 h和96 h終止后, 棉蕾中蛋白酶活性與肽酶活性均下降。其中SK-1在持續(xù)高溫脅迫72 h終止后0、12、24、48、72、96 h, 蕾中蛋白酶活性分別為對照的363%、336%、287%、216%、101%、101%, 表明在脅迫終止后72 h, 蕾中蛋白酶活性已與對照無顯著差異; SK-3蕾蛋白酶活性分別為對照的288%、244%、204%、96%、104%、99%, 在脅迫終止后48 h內(nèi), 蕾中蛋白酶活性已恢復(fù)至對照水平。38℃高溫持續(xù)脅迫96 h終止后0 h、12、24、48、72、96 h, SK-1的蕾中蛋白酶活性分別為對照的445%、427%、377%、314%、217%、102%, 表明在脅迫終止后96 h, 蕾中蛋白酶活性與對照無顯著差異; SK-3分別為相應(yīng)對照的356%、300%、258%、153%、108%、103%, 在脅迫終止后72 h內(nèi), 蕾中蛋白酶活性已恢復(fù)至對照水平。

盛蕾期臨界38℃高溫持續(xù)脅迫終止后0、12、24、48、72、96 h, SK-1蕾中肽酶活性分別為對照的268%、253%、238%、194%、99%、99%, 表明在脅迫解除后72 h內(nèi), 蕾中肽酶活性已恢復(fù)至相應(yīng)對照水平; SK-3蕾中肽酶活性分別為對照的195%、172%、143%、96%、101%、99%, 在脅迫終止后48 h內(nèi), 蕾中肽酶活性已恢復(fù)到對照水平。38℃持續(xù)脅迫96 h終止后0、12、24、48、72、96 h, SK-1蕾中肽酶活性分別為對照的318%、306%、289%、248%、196%、102%, 表明在脅迫終止后96 h, 蕾中肽酶活性已恢復(fù)到對照水平; SK-3分別為對照的232%、216%、192%、128%、99%、99%, 在脅迫終止后72 h內(nèi), 蕾中肽酶活性已與對照無差異。

由此可見, 2個類型品種在臨界高溫脅迫終止后, 蕾中蛋白酶與肽酶活性均能下降至相應(yīng)對照水平, 且下降至相應(yīng)對照水平所需時間均與高溫脅迫持續(xù)期有關(guān)。脅迫時間越長, 這2個酶下降至對照水平的時間也越長。相關(guān)分析表明, 蕾蛋白酶、肽酶活性均與Bt殺蟲蛋白表達(dá)量極顯著負(fù)相關(guān)(蛋白酶=-0.912**、肽酶=-0.834**)?？梢? 脅迫終止后蛋白質(zhì)分解能力的快速下降有利于Bt蛋白表達(dá)量的增加。

表3 高溫持續(xù)脅迫終止后蕾中蛋白酶與肽酶活性變化

不同小寫字母表示0.05顯著水平下相同品種、相同處理間與對照間的差異。

Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different from the control at< 0.05 under the same high temperature duration for the same cultivar.

3 討論

3.1 高溫脅迫持續(xù)時間影響脅迫解除后棉蕾Bt蛋白表達(dá)量的恢復(fù)

對于高溫脅迫解除后Bt棉殺蟲蛋白的恢復(fù)特征, Chen等[16]研究表明, 盛鈴期葉片中Bt蛋白表達(dá)量在37℃持續(xù)脅迫24 h終止后24 h內(nèi)基本恢復(fù)到對照水平; 在持續(xù)脅迫48 h條件下, 恢復(fù)時間較長, 泗抗1號葉片Bt蛋白表達(dá)量在脅迫終止后72 h恢復(fù), 泗抗3號在脅迫終止后48 h恢復(fù)到對照水平。本研究進(jìn)一步表明, 盛蕾期38℃高溫脅迫72 h和96 h解除后, 棉蕾中Bt蛋白表達(dá)量恢復(fù)至對照水平所需時間不同, 脅迫時間越長, 脅迫解除后恢復(fù)至對照水平所需時間也越長。由此可見, 高溫脅迫期的長短影響B(tài)t棉抗蟲性恢復(fù)快慢。由于本研究僅設(shè)計了72 h和96 h這2個高溫持續(xù)脅迫時間, 如高溫持續(xù)時間進(jìn)一步延長, 棉蕾Bt蛋白表達(dá)量的恢復(fù)程度及能否恢復(fù)至原來水平還有待于進(jìn)一步研究。此外, 棉花生長在晝夜變溫條件下, 高溫往往出現(xiàn)在白天, 晚上高溫脅迫會得到解除, 因此晝夜變溫條件下高溫脅迫解除后對棉蕾Bt蛋白表達(dá)量恢復(fù)特征的影響可能也不一樣。因此, 進(jìn)一步研究晝夜變溫條件下高溫脅迫后Bt棉生殖器官殺蟲蛋白表達(dá)量的變化對于明確Bt棉抗蟲性變化特征及預(yù)防棉鈴蟲具有重要意義。此外, 高溫脅迫解除后棉蕾Bt殺蟲蛋白表達(dá)量恢復(fù)的快慢還與品種類型有關(guān), 常規(guī)種恢復(fù)較慢, 雜交種恢復(fù)較快, 這可能與雜種優(yōu)勢有關(guān)。

3.2 高溫脅迫解除后, 棉蕾Bt殺蟲蛋白表達(dá)的恢復(fù)快慢同樣與其氮代謝有關(guān)

大量研究已表明, Bt棉葉片與生殖器官中殺蟲蛋白表達(dá)量的高低與氮代謝密切相關(guān)[22-23], 且高溫脅迫解除后葉片中Bt殺蟲蛋白表達(dá)的恢復(fù)也與氮代謝有關(guān)[24]。本研究則表明高溫脅迫解除后, 隨終止后時間的延長, 棉蕾中可溶性蛋白含量逐漸增加, GPT和GOT活性逐漸上升, 相反, 蕾中的游離氨基酸含量逐漸下降, 蛋白酶活性和肽酶活性逐步降低。可見, 蛋白質(zhì)合成能力的逐步恢復(fù), 分解能力的下降導(dǎo)致Bt蛋白表達(dá)量增加。相關(guān)分析表明高溫脅迫解除后棉蕾可溶性蛋白表達(dá)量、GOT和GPT活性與Bt蛋白表達(dá)量呈極顯著正相關(guān), 與氨基酸含量、蛋白酶和肽酶活性等極顯著負(fù)相關(guān)。

4 結(jié)論

在棉花生產(chǎn)遇到高溫影響時, 需及時注意高溫持續(xù)時間及應(yīng)用的品種類型以便確定棉蕾Bt蛋白的恢復(fù)程度和恢復(fù)至原有水平所需時間, 從而為Bt棉抗蟲性的合理應(yīng)用與防治提供依據(jù)。同時, 高溫脅迫解除后蛋白質(zhì)合成能力的增強、分解能力的下降是棉蕾Bt蛋白表達(dá)量得以恢復(fù)的主要原因。

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Recovery characteristics of Bt insecticidal protein and relative physiological mechanisms after high temperature stress termination in square of Bt cotton

LIU Zhen-Yu, WANG Gui-Xia, LI Li-Nan, CAI Ze-Zhou, LIANG Pan-Pan, WU Xin-Ling, ZHANG Xiang, and CHEN De-Hua*

Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology / Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China

The experiments were conducted at Key Laboratory of Genetics and Physiology of Yangzhou University. The conventional cultivar Sikang-1 and hybrid cultivar Sikang-3 were used as the experimental materials. The potted cotton at squaring stage was moved to artificial climatic chamber with 38℃ for 72 h , and 38℃ for 96 h respectively in 2017 and 2018 cotton growth season, and moved to natural conditions, then the squares were collected to measure the Bt protein concentration and nitrogen metabolic physiology at 0, 12, 24, 48, 72, 96 hours respectively after the high temperature termination. The square Bt insecticidal protein contents were able to recover to the corresponding control level, the time for the recovery was in need of longer as the stressed high temperature period increased. In 72 h high temperature treatment, the square Bt insecticidal protein content could recover to the corresponding control level at 72 h for Sikang-1 and at 48 h for Sikang-3. In 96 h high temperature treatment, the square Bt insecticidal protein content could recover to the corresponding control level at 96 h for Sikang-1 and at 72 h for Sikang-3. There were significantly positive correlations of Bt toxin content with soluble protein content, glutamate pyruvate transaminase activity and glutamate oxaloacetate transaminase activity (the correlation coefficients were 0.964**, 0.981**,and 0.971**, respectively), and significantly negative correlations of Bt toxin content with free amino acid contents, and activitied of protease and peptidase (the correlation coefficients were-0.894**,-0.912**, and-0.834**, respectively). Therefore, the recovery degree of Bt insecticidal protein content of cotton square can be predicted according to the duration of high temperature stress, reasonably controllingand related pests in production.

Bt cotton; square; high temperature stress; Bt protein; nitrogen metabolism

2019-05-27;

2019-09-26;

2019-10-14.

10.3724/SP.J.1006.2020.94080

陳德華, E-mail: cdh@yzu.edu.cn, Tel:0514-87979357

E-mail: 1127317278@qq.com

本研究由國家自然科學(xué)基金項目(31671613), 國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系棉花崗位專家項目(CARS-18-18)和江蘇省高等教育優(yōu)勢學(xué)科發(fā)展計劃(PAPD)資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31671613), the China Agriculture Research System (Cotton Post Expert Project) (CARS-18-18), and the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20191014.0857.002.html