【摘要】：目前,轉(zhuǎn)基因作物已在全世界范圍內(nèi)廣泛種植,轉(zhuǎn)基因作物對防治靶標害蟲以及減少農(nóng)藥使用做出了巨大貢獻。但是,種植轉(zhuǎn)基因作物存在一些風險,其中之一就是轉(zhuǎn)基因作物對非靶標昆蟲是否有潛在的威脅。轉(zhuǎn)基因作物對非靶標昆蟲的安全評價是轉(zhuǎn)基因作物環(huán)境安全評價的重要組成部分,是轉(zhuǎn)基因作物能否取得國家安全證書的必經(jīng)階段。植食性害蟲棉蚜和天敵昆蟲龜紋瓢蟲是兩種非常重要的非靶標昆蟲。在本論文中,我們從以下幾個方面研究了轉(zhuǎn)基因棉和Bt蛋白對棉蚜和龜紋瓢蟲的影響:1 Bt蛋白在“轉(zhuǎn)基因棉-棉蚜-龜紋瓢蟲”食物鏈中的傳遞及其通過食物鏈對天敵龜紋瓢蟲的影響雙價抗蟲棉(代號ZMSJ,表達Cry1Ac/Cry2Ab蛋白)和抗蟲抗除草劑棉(代號ZMKCKC,表達Cry1Ac/EPSPS蛋白)尚未在國內(nèi)商業(yè)化種植,現(xiàn)階段對它們的安全評價至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn),取食了轉(zhuǎn)基因棉ZMSJ和ZMKCKC的棉蚜體內(nèi)存在微量的Cry1Ac蛋白。取食轉(zhuǎn)基因棉棉蚜后,龜紋瓢蟲的體內(nèi)也檢測到了Cry1Ac蛋白,并且Cry1Ac蛋白的含量隨著龜紋瓢蟲取食時間的延長而增加。但是,取食了轉(zhuǎn)基因棉棉蚜的龜紋瓢蟲的存活率、成蟲體重和產(chǎn)卵量沒有顯著性的變化。取食了轉(zhuǎn)基因棉棉蚜的龜紋瓢蟲的發(fā)育歷期有顯著性的延長,取食了ZMSJ棉蚜的龜紋瓢蟲的產(chǎn)卵前期有顯著性的延長。這些差異可能是棉蚜的營養(yǎng)質(zhì)量下降而引起的。我們的實驗結(jié)果表明,Bt蛋白可以通過食物鏈傳遞給龜紋瓢蟲,并且這兩種轉(zhuǎn)基因棉對龜紋瓢蟲的生長發(fā)育及繁殖沒有不利影響。2 Bt蛋白對棉蚜的影響cry1Ah基因是轉(zhuǎn)基因棉的候選Bt基因,很有希望被轉(zhuǎn)入棉花而研發(fā)出新的轉(zhuǎn)基因棉品種,而cry2Ab基因來源于尚未商業(yè)化種植的雙價抗蟲棉ZMSJ。但是,這兩個基因所表達的Bt蛋白對非靶標昆蟲的影響尚未闡明。棉蚜是危害棉花的重要害蟲,也是一種重要的非靶標昆蟲。本章研究了Cry1Ah和Cry2Ab蛋白對棉蚜生物學指標的影響以及在分子水平上棉蚜解毒和氨基酸代謝相關(guān)基因?qū)t蛋白的響應。研究結(jié)果顯示,Cry1Ah和Cry2Ab蛋白對棉蚜的生長發(fā)育沒有不利影響,并且這兩種Bt蛋白對棉蚜解毒和氨基酸代謝相關(guān)基因的表達量也沒有影響。因此,我們認為Cry1Ah和Cry2Ab蛋白對棉蚜沒有不利影響。3轉(zhuǎn)基因棉上的棉蚜共生細菌的群落結(jié)構(gòu)及多樣性蚜蟲的共生細菌對蚜蟲的生存繁衍起著很重要的作用。轉(zhuǎn)cry1Ac基因棉在中國種植了近20年的時間,但是,對轉(zhuǎn)cry1Ac基因棉棉蚜的共生細菌的研究非常少。在本章中,我們運用Illumina Mi Seq平臺的高通量測序技術(shù),研究了中國北方三省的轉(zhuǎn)cry1Ac基因棉棉蚜的共生菌的群落結(jié)構(gòu)及多樣性。結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)cry1Ac基因棉棉蚜的共生菌以初級共生菌Buchnera為主,次級共生菌Arsenophonus和Hamiltonella的相對豐度較低。據(jù)我們所知,這是首次在棉蚜中發(fā)現(xiàn)Hamiltonella共生菌的存在。不同的環(huán)境選擇壓力可能導致了河北省的轉(zhuǎn)基因棉棉蚜共生菌的群落多樣性要比河南山東兩省的更加豐富,并且使得不同省份間的棉蚜共生菌的群落結(jié)構(gòu)存在差異。4 Bt蛋白對龜紋瓢蟲的影響cry1Ah和cry2Ab基因所表達的Bt蛋白對非靶標昆蟲的影響尚未闡明。龜紋瓢蟲是一種常見的并且種群數(shù)量豐富的天敵昆蟲,也是一種重要的非靶標昆蟲。本章研究了Cry1Ah和Cry2Ab蛋白對龜紋瓢蟲生物學指標的影響以及在分子水平上龜紋瓢蟲解毒相關(guān)基因?qū)t蛋白的響應,還研究了兩種Bt蛋白對龜紋瓢蟲的營養(yǎng)利用的影響。結(jié)果表明,Cry1Ah和Cry2Ab蛋白對龜紋瓢蟲的生物學指標沒有不利影響。其次,兩種Bt蛋白對龜紋瓢蟲解毒相關(guān)基因的表達量沒有造成影響。最后,兩種Bt蛋白對龜紋瓢蟲的營養(yǎng)利用也沒有影響。可見,Cry1Ah和Cry2Ab蛋白對龜紋瓢蟲的安全性很高,沒有不利影響。
【圖文】：

圖 1.1 1996 年-2014 年全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積（James 2015）Figure 1.1 Global planting areas of transgenic crops (1996-2014) (James 2015)轉(zhuǎn)基因作物不僅能夠高效控制靶標害蟲（Wu et al 2008），還能提供很多環(huán)境益與經(jīng)濟效益，例如減少化學農(nóng)藥的使用，利于環(huán)境和人類的健康，還能增加農(nóng)

圖 2.1 初孵幼蟲就開始取食轉(zhuǎn)基因棉棉蚜的龜紋瓢蟲在羽化后的第 5 天（A5）、第 10 天（A10）、第 15 天（A15）和第 20 天（A20）的 Cry1Ac 含量Figure 2.1 Mean SE Cry1Ac protein content in 5, 10, 15 and 20 d old P. japonica adults (A5,A10, A15, A20) fed with A. gossypii reared on Bt or non-Bt cotton plants throughout the entireadult life from hatching.2.2.2 轉(zhuǎn)基因棉通過食物鏈對龜紋瓢蟲生長發(fā)育及繁殖的影響龜紋瓢蟲的死亡率（ 2= 1.273, P = 0.529）和初羽化成蟲的體重（females: F2,85=1.743, P = 0.181; males: F2,78= 1.472, P = 0.236）并未受到轉(zhuǎn)基因棉的影響（表 2.2）。但是，，ZMSJ 瓢蟲和 ZMKCKC 瓢蟲的幼蟲的發(fā)育歷期比常規(guī)棉瓢蟲有了顯著性的延長（Mann Whitney U tests: P < 0.001 and P < 0.001），類似的，ZMSJ 瓢蟲和 ZMKCKC瓢蟲的蛹期也有了顯著性的延長（Mann Whitney U tests: P < 0.001 and P < 0.001,respectively）（表 2.2）。
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S435.622.1;S476

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 ;Risk Assessment and Ecological Effects of Transgenic Bacillus thuringiensis Crops on Non-Target Organisms[J];Journal of Integrative Plant Biology;2011年07期

本文編號：2561893