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目前，转Bt水稻的推广和应用被认为可从根本上减轻其靶标鳞翅目害虫的发生和危害；但相应的也会影响其非靶标害虫（如褐飞虱）的取食等新问题。有研究表明，转Bt水稻外源Bt基因的导入会改变其氮素代谢生理.对转Bt水稻而言，氮素既是核酸、蛋白质等生命物质的重要组成成分，又是Bt毒素的主要构成物质。因此，通过土壤氮肥的优化管理将有望提高转Bt水稻氨基酸合成和氮素代谢关键酶谷氨酰胺合成酶的活性，进而促进蛋白质合成及其有效表达（包括Bt蛋白）.目前，国内外这方面研究还很薄弱。另一方面，大气CO2浓度急剧升高已成为当前全球气候变化生物学研究的“热点”问题之一.大气CO2浓度升高有利于提高作物光合作用和生产力，进而影响植物光合产物的分配，如导致植物次生抗虫物质组成和含量变化等。现已证实，高CO2环境下转Bt水稻毒素表达量降低。可见，高CO2环境下，转Bt水稻氮素营养及其抗虫性都将发生改变，而明确这种变化的内在机制必将有助于充分发挥全球气候变化背景下转Bt水稻的抗虫效果，进而服务于转Bt水稻的生态可持续利用.
由此，本文以转Bt基因抗虫水稻克螟稻(KMD)及其对照亲本秀水11(XSD),二化螟和褐飞虱为研究对象，通过室内培养箱（Closed-dynamic CO2 chamber; CDCC）试验和大田开顶式气室( Open-top chamber; OTC) CO2控制试验，系统研究了高CO2环境下转Bt水稻的生理指标（尤其是氮素代谢）变化，及其对转Bt水稻靶标和非靶标害虫的影响，以期进一步研讨未来大气CO2浓度升高环境下转Bt水稻对靶标和非靶标害虫的抗虫机制。主要结果如下：
1、通过开顶式气室研究了CO2浓度倍增(750 vs.375μl/L)对取食转Bt水稻及其对照亲本秀水11的二化螟Chilo suppreddalis幼虫体内代谢酶乙酰胆碱酯酶(AChE)和保护酶（超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD和过氧化氢酶CAT））活力的影响，以期明确该类害虫对大气CO2浓度升高及转Bt水稻的生理响应。研究结果表明：(1)AChE受CO2浓度水平影响显著。与对照CO2处理相比，高CO2条件下该酶活力显著降低；(2)高CO2水平及水稻中Bt毒素蛋白的存在均会导致二化螟幼虫体内POD活力显著降低，SOD初期活力显著升高，但不能维持较长时间，CAT活力表现为先升后降的特点.(3)当受到水稻品种、CO2浓度水平和取食时间的综合影响时，以上代谢酶和保护酶活力会发生显著变化.短时间内二化螟幼虫可通过体内以上生理代谢调节减缓受CO2浓度升高和水稻中Bt毒素蛋白的不利影响，但长时间环境胁迫下这种应对不利环境的响应机制将会失去作用，最终导致种群适合度的降低。
2、通过开顶式气室研究了CO2浓度倍增（750vs.375μl/L）对取食转Bt水稻及其对照亲本秀水11的褐飞虱成虫体内代谢酶乙酰胆碱酯酶（AChE）和保护酶（超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD和过氧化氢酶CAT））活力以及对褐飞虱体内酵母类共生菌大小和数目的影响。研究结果表明：(1)高CO2浓度仅显著降低取食秀水11的褐飞虱体内的AChE活力。对取食克螟稻的褐飞虱高CO2浓度导致POD和SOD活力显著升高，CAT活力显著降低。而对取食秀水11的褐飞虱高CO2浓度会导致CAT活力显著升高，POD活力显著降低。(2)与对照秀水11比，取食克螟稻会显著降低正常CO2浓度下POD和SOD的活力，但在高CO2浓度下仅会引起SOD活力的显著升高。(3)高CO2浓度显著降低每头/每毫克褐飞虱雌成虫体内酵母类共生菌的大小，仅显著降低取食克螟稻的雄成虫体内酵母类共生菌的大小。性别不同，体内酵母类共生菌的长度和宽度有显著差异。高CO2浓度影响褐飞虱的生理代谢，继而会对褐飞虱与体内酵母类共生菌的共生关系产生显著影响。
3、通过密闭式CO2气室试验研究了转Bt水稻克螟稻及其对照亲本“秀水11”的氮素代谢特征对土壤氮素水平(5、20、40mgN/L)和CO2浓度倍增（750μl/Lvs375μl/L）的生理生态响应，结果表明：(1)随着CO2浓度的升高，苗期Bt水稻中的游离氨基酸含量显著增加，硝态氮含量下降，可溶性蛋白含量显著下降。(2)水稻苗期时，CO2浓度显著影响蛋白质、硝态氮含量和谷氨酰胺合成酶(GS)活力。(3)苗期水稻在中等氮素浓度水平下，游离氨基酸的含量最低，而谷氨酰胺合成酶活性最高，对CO2变化反应敏感。GS只在中等氮素水平下受CO2浓度影响显著，高二氧化碳浓度下活性增大。(4)中等浓度氮素水平下，SOD活性最高，GS活性最高，游离氨基酸含量最低，POD和SOD在CO2胁迫下活性没有增大。
4、通过OTC试验研究了60及120天转Bt水稻克螟稻(KMD)及其对照亲本秀水11(XSD)在两个CO2浓度（750μl/Lvs.375μl/L）处理下的生长情况和生理生化变化。结果发现，(1)CO2浓度升高会引起植株含水量降低，叶绿素a和c含量普遍降低，叶绿素b的含量呈现先增加后降低的趋势，可溶性蛋白含量普遍降低，游离氨基酸含量增加，谷氨酰胺合成酶活性初期变化不显著，后期显著降低.(2)可溶性蛋白含量和谷氨酰胺合成酶活力还受到水稻品种的显著影响，但品种对叶绿素和游离氨基酸含量影响不大。(3)叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量、可溶性蛋白的含量，谷氨酰胺合成酶活力随着水稻生长时间增长而显著提高，游离氨基酸的含量随着水稻生长时间增长而降低，叶绿素a/b的数值在对照CO2浓度下降低，高CO2浓度下增加.
由此，本文以转Bt基因抗虫水稻克螟稻(KMD)及其对照亲本秀水11(XSD),二化螟和褐飞虱为研究对象，通过室内培养箱（Closed-dynamic CO2 chamber; CDCC）试验和大田开顶式气室( Open-top chamber; OTC) CO2控制试验，系统研究了高CO2环境下转Bt水稻的生理指标（尤其是氮素代谢）变化，及其对转Bt水稻靶标和非靶标害虫的影响，以期进一步研讨未来大气CO2浓度升高环境下转Bt水稻对靶标和非靶标害虫的抗虫机制。主要结果如下：
1、通过开顶式气室研究了CO2浓度倍增(750 vs.375μl/L)对取食转Bt水稻及其对照亲本秀水11的二化螟Chilo suppreddalis幼虫体内代谢酶乙酰胆碱酯酶(AChE)和保护酶（超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD和过氧化氢酶CAT））活力的影响，以期明确该类害虫对大气CO2浓度升高及转Bt水稻的生理响应。研究结果表明：(1)AChE受CO2浓度水平影响显著。与对照CO2处理相比，高CO2条件下该酶活力显著降低；(2)高CO2水平及水稻中Bt毒素蛋白的存在均会导致二化螟幼虫体内POD活力显著降低，SOD初期活力显著升高，但不能维持较长时间，CAT活力表现为先升后降的特点.(3)当受到水稻品种、CO2浓度水平和取食时间的综合影响时，以上代谢酶和保护酶活力会发生显著变化.短时间内二化螟幼虫可通过体内以上生理代谢调节减缓受CO2浓度升高和水稻中Bt毒素蛋白的不利影响，但长时间环境胁迫下这种应对不利环境的响应机制将会失去作用，最终导致种群适合度的降低。
2、通过开顶式气室研究了CO2浓度倍增（750vs.375μl/L）对取食转Bt水稻及其对照亲本秀水11的褐飞虱成虫体内代谢酶乙酰胆碱酯酶（AChE）和保护酶（超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD和过氧化氢酶CAT））活力以及对褐飞虱体内酵母类共生菌大小和数目的影响。研究结果表明：(1)高CO2浓度仅显著降低取食秀水11的褐飞虱体内的AChE活力。对取食克螟稻的褐飞虱高CO2浓度导致POD和SOD活力显著升高，CAT活力显著降低。而对取食秀水11的褐飞虱高CO2浓度会导致CAT活力显著升高，POD活力显著降低。(2)与对照秀水11比，取食克螟稻会显著降低正常CO2浓度下POD和SOD的活力，但在高CO2浓度下仅会引起SOD活力的显著升高。(3)高CO2浓度显著降低每头/每毫克褐飞虱雌成虫体内酵母类共生菌的大小，仅显著降低取食克螟稻的雄成虫体内酵母类共生菌的大小。性别不同，体内酵母类共生菌的长度和宽度有显著差异。高CO2浓度影响褐飞虱的生理代谢，继而会对褐飞虱与体内酵母类共生菌的共生关系产生显著影响。
3、通过密闭式CO2气室试验研究了转Bt水稻克螟稻及其对照亲本“秀水11”的氮素代谢特征对土壤氮素水平(5、20、40mgN/L)和CO2浓度倍增（750μl/Lvs375μl/L）的生理生态响应，结果表明：(1)随着CO2浓度的升高，苗期Bt水稻中的游离氨基酸含量显著增加，硝态氮含量下降，可溶性蛋白含量显著下降。(2)水稻苗期时，CO2浓度显著影响蛋白质、硝态氮含量和谷氨酰胺合成酶(GS)活力。(3)苗期水稻在中等氮素浓度水平下，游离氨基酸的含量最低，而谷氨酰胺合成酶活性最高，对CO2变化反应敏感。GS只在中等氮素水平下受CO2浓度影响显著，高二氧化碳浓度下活性增大。(4)中等浓度氮素水平下，SOD活性最高，GS活性最高，游离氨基酸含量最低，POD和SOD在CO2胁迫下活性没有增大。
4、通过OTC试验研究了60及120天转Bt水稻克螟稻(KMD)及其对照亲本秀水11(XSD)在两个CO2浓度（750μl/Lvs.375μl/L）处理下的生长情况和生理生化变化。结果发现，(1)CO2浓度升高会引起植株含水量降低，叶绿素a和c含量普遍降低，叶绿素b的含量呈现先增加后降低的趋势，可溶性蛋白含量普遍降低，游离氨基酸含量增加，谷氨酰胺合成酶活性初期变化不显著，后期显著降低.(2)可溶性蛋白含量和谷氨酰胺合成酶活力还受到水稻品种的显著影响，但品种对叶绿素和游离氨基酸含量影响不大。(3)叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量、可溶性蛋白的含量，谷氨酰胺合成酶活力随着水稻生长时间增长而显著提高，游离氨基酸的含量随着水稻生长时间增长而降低，叶绿素a/b的数值在对照CO2浓度下降低，高CO2浓度下增加.