Bt和转基因杨树胁迫下杨扇舟蛾的生长发育和酶系响应研究
作者单位：河北农业大学
学位级别：硕士
导师姓名：高宝嘉
授予年度：2019年
主 题：苏云金杆菌 杨扇舟蛾 生长发育 连续世代 抗性相关酶
摘 要：昆虫对Bt(苏云金杆菌,Bacillus thuringiensis)抗性的产生已经成为了转基因植物最主要的生态风险,也是Bt植物长期有效发挥作用的最大威胁。本论文以杨扇舟蛾为研究对象,设置3个Bt Cry1Ac原毒素梯度胁迫:A=15μg/ml、B=7.5μg/ml、C=1.5μg/ml,及P=转基因‘Pb29’杨([Populus alba×(***+***)]×***)(Bt杀虫蛋白基因(Bt Cry1Ac)+慈菇蛋白酶抑制基因(API))叶片组(Bt表达量≈0.3222μg/ml)、对照组(CK)=0.05 mol/L NaCO共5个处理,通过室内饲喂幼虫含不同浓度Bt Cry1Ac的杨树叶片,系统研究了杨扇舟蛾连续3代幼虫生长发育、食物利用的变化,及幼虫中肠中解毒酶、保护酶、消化酶的活性变化,分析Bt胁迫下杨扇舟蛾种群生长发育、生理酶系的差异,以及抗性形成过程中昆虫的生理生化指标变化与抗性形成的关系。为长期逆境胁迫下的昆虫适应性的形成提供依据,以期明确Bt对林业害虫的长期杀虫活性与控制效果,为Bt的有效与可持续利用提供研究基础。取得主要结果如下:(1)第1代杨扇舟蛾幼虫在不同浓度Cry1Ac叶片处理下其胁迫期间死亡率随着Bt浓度的升高而显著升高,A、B、C及P组化蛹前校正存活率分别为5.17、27.58、44.81、27.58%,第3代各组分别上升到22.22、96.30、81.48、70.37%;各处理从2天开始死亡,停止Bt胁迫后的93天内各组存活率仍不断下降,第13天后基本没有死亡现象。Bt浓度越低存活率越高,且随世代延长而上升。含Bt Cry1Ac杀虫蛋白的叶片及转基因Pb29杨对3龄杨扇舟蛾有着较强的毒杀作用。(2)杨扇舟蛾幼虫摄入Bt后发育受到极大抑制,A、B、C、P组第1代幼虫历期较对照CK组分别显著延长14.07、9.35、4.95、9.91 d,第2代和第3代则分别仅比CK延长12.62、7.36、3.19、6.27 d和16.6、1.69、4.13、2.64 d,中低处理组幼虫的各代发育速度明显加快,3龄开始杨扇舟蛾幼虫在胁迫后随着浓度升高各组龄期也随之明显延长,但4龄幼虫龄期基本与对照相当,历期随世代延长而缩短。高龄幼虫绝大部分能够正常化蛹;第1代处理组的杨扇舟蛾蛹重显著小于对照组(248.06mg),分别为134.57、138.57、163.33、176.99 mg,蛹重随Bt浓度升高而明显减轻,但随着世代的延续蛹重不断增加,第3代分别为220.28、403.88、294.40、315.11 mg,对照组为400.53 mg,各代及各处理化蛹后的羽化率不受Bt影响。(3)Bt胁迫期间杨扇舟蛾幼虫的相对生长速率、相对摄食速率、食物利用率及食物转化率在第1代及第2代均显著低于对照,幼虫无法无法将营养物质正常转化为体重,各组生长、摄食速率随世代有不同程度的上升。但胁迫期间各代及不同处理间的近似消化率没有明显下降,Bt对幼虫的消化率影响不明显;在停止Bt胁迫之后,处理组生长、摄食速率及相对代谢速率较胁迫期间有大幅提升,且能够提高食物利用、转化率用于生长,相同处理生长、摄食速率及消化率则随世代呈下降趋势。(4)杨扇舟蛾幼虫取食Bt叶片后,幼虫消化酶变化为:α-淀粉酶(α-AL)及胰蛋白酶(Trypsin)均高于对照,幼虫会提高体内中肠的消化酶活性来加强对食物的分解和对Bt蛋白的降解和消化水平,但随着世代延长显著降低;幼虫第一代处理组解毒酶活性显著低于对照,而第二代和第三代活性显著高于第一代。具体解毒酶变化趋势为:羧酸酯酶(CarE)活性随世代出现上升趋势,且3代处理均低于对照,但随世代呈上升趋势,谷胱甘肽S-转移酶(GST)活性3代处理均低于对照,各处理随世代整体呈上升趋势,幼虫乙酰胆碱酯酶(AChE)活性第1及第2代各组活性均处于较低水平,与对照无显著差异,但连续3代呈上升趋势;幼虫保护酶变化为:过氧化氢酶(CAT)活性第1-3代各组间无显著差异,,A、B、C及P组但随着世代延续其活性有轻微下降,过氧化物酶(POD)活性第1、3代各组显著低于对照,A、B、C组随世代上升后降低,P组则持续升高,各组间有较大波动,超氧化物歧化酶(SOD)活性则是各处理组第1代活性低于对照,2、3代则与对照持平,不同浓度处理及连续世代间保护酶活性整体无明显趋势,幼虫可能通过调节SOD、CAT和POD三者间的关系来应对体内的Bt毒素。三大酶系的整体变化表明,Bt胁迫初期,幼虫提高消化酶活性来增强食物的吸收水平,而较低的解毒酶活性表明幼虫无法对毒素进行有效的分解和代谢,随着连续世代的Bt胁迫下,幼虫在满足营养需求的情况下消化酶活性降低,转而提高解毒酶的活性,预示了杨扇舟蛾对Bt毒蛋白
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