转Cry1Ac基因棉花对中华通草蛉的安全性研究

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转基因抗虫棉的商业化种植,产生了显著的经济、社会和生态效益。同时转基因抗虫棉的安全性问题一直备受关注。中华通草蛉是棉田优势捕食性天敌,也是转基因抗虫作物安全性评价的重要指示性非靶标昆虫。本文以转Cry1Ac基因棉花品种中棉所41、中棉所45为试验材料,运用实验动物学、分子生物学方法,系统研究了自然条件下Cry1Ac蛋白在“棉花-棉蚜-中华通草蛉”三级营养关系中的传递规律,以及两种转Cry1Ac基因棉花对中华通草蛉Chrysoperla sinica生物学、分子水平和蛋白水平的影响。本研究旨在为转基因生物的安全评价积累科学数据,为我国转基因生物的安全管理提供技术支撑。本研究取得以下实验结果:1.明确了Cry1Ac蛋白在“棉花-棉蚜-中华通草蛉”三级营养级间的传递规律采用ELISA检测方法,研究了两种转基因棉花叶片和花粉中Cry1Ac蛋白的表达量,以及取食抗虫棉花后棉蚜、中华通草蛉体内Cry1Ac蛋白的残留量。结果表明,取食中棉所41和中棉所45两种转基因棉花后,棉蚜体内Cry1Ac的含量分别为5.8±1.5 ng/g和4.2±2.1 ng/g。取食中棉所41和中棉所45两种转基因棉花上的棉蚜后,中华通草蛉幼虫体内Cry1Ac的残留量分别为3.3±0.5 ng/g和2.9±0.4 ng/g。中华通草蛉成虫取食中棉所41和中棉所45花粉后,体内Cry1Ac蛋白的含量分别为4.8±1.6 ng/g和4.3±0.7 ng/g。上述结果表明,Cry1Ac蛋白可以通过食物链从转基因棉花传递到中华通草蛉幼虫体内,同时中华通草蛉成虫可以通过取食花粉摄入微量的Cry1Ac蛋白。2.明确了转Cry1Ac基因棉花对中华通草蛉生物学参数的影响取食两种转基因棉花中棉所41和中棉所45九天后,棉蚜的存活率均超过60%,但与对照棉相比无显著差异;取食中棉所41和中棉所45上饲养的棉蚜后,中华通草蛉幼虫的存活率分别为83.3%和90%,与对照相比未表现出显著差异。和对照组相比,中棉所41和中棉所45两种转基因棉花并未影响中华通草蛉的发育历期、化蛹率、蛹重、羽化率和7日龄成虫的体重。取食中棉所41、中棉所45两种转基因棉花花粉后,中华通草蛉雌成虫的产卵前期时间分别为4.93 d和5.46 d,累积产卵量分别为240.4粒和243.8粒,但是与对照组相比并无显著差异。以上结果表明,两种转基因棉花中棉所41和中棉所45对中华通草蛉的生物学参数未产生显著影响。3.明确了转Cry1Ac基因棉花对棉蚜和中华通草蛉基因表达层面的影响采用荧光定量PCR技术检测了中棉所41、中棉所45两种转基因棉对棉蚜、和中华通草蛉基因表达层面的影响。结果表明,棉蚜取食两种转基因棉花后,解毒基因(GSTd1、CYP6A2、CYP6A13、CYP6A14)和氨基酸合成相关基因(GS2、Henna、PSAT)的表达量未受到显著影响。与对照组相比,中华通草蛉幼虫取食中棉所41和中棉所45饲喂的棉蚜,以及中华通草蛉成虫取食中棉所41、中棉所45花粉后,两者的酯酶基因(Esterase B1、Esterase B1Ag、Venom carboxylesterase-6)、细胞色素氧化酶基因(Cytochrome P450 9e2、Cytochrome P450 9e2Zn、Cytochrome P450 Le、Cytochrome P450 4g15)、谷胱甘肽硫转移酶基因(Glutathione S-transferase theta-1、Putative glutathione S-transferase delta-3、Glutathione S--transferase、Glutathione s-transferase M2)的表达量未受到显著影响。实验结果表明两种转Bt基因抗虫棉对棉蚜的营养利用和解毒代谢基因未造成显著影响,也未影响中华通草蛉的解毒代谢相关基因的表达量。4.明确了中华通草蛉中肠蛋白与Cry1Ac蛋白的结合潜力运用竞争结合方法和Ligand Blot配体杂交法,明确了中华通草蛉幼虫、成虫中肠蛋白与Cry1Ac蛋白的结合潜力。竞争结合结果显示,中华通草蛉幼虫和成虫的中肠刷状缘膜囊泡(Brush border membrane vesicle,BBMV)蛋白不能与Cry1Ac蛋白特异性地结合;Ligand Blot结果表明,中华通草蛉幼虫和成虫的中肠BBMV蛋白同样不存在Cry1Ac结合蛋白,验证了竞争结合的结果。上述实验表明,中华通草蛉幼虫、成虫肠道内均不存在特异性的Cry1Ac结合蛋白。
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