Bt转基因棉氮代谢生理变化的研究

第25卷第4期2004年12月扬州大学学报(农业与生命科学版)Journal of Yangzhou U n iversity(A gricultural and L ife Sciences Editi on)V o l.25N o.4D ec.2004Bt转基因棉氮代谢生理变化的研究陈后庆1,刘　燕2,张　祥2,陈德华2(1.扬州大学实验农牧场,江苏扬州,225009;2.扬州大学江苏省作物栽培生理重点开放实验室,江苏扬州,225009)摘　要:在田间条件下,对B t杂交棉科棉1号和常规棉新洋822及其亲本的氮代谢生理情况进行研究。

结果表明:B t棉的氮代谢较强,以盛铃期最为明显,表现为叶片全氮含量明显升高,科棉1号和新洋822在盛铃期分别比亲本增加36101%和18.96%,而棉铃全氮含量显著下降。

氨基酸和可溶性蛋白质含量显著提高,盛铃期科棉1号和新洋822叶片游离氨基酸分别增加10.86%和9.44%,可溶性蛋白分别增加9.82%和8.31%。

叶片硝酸还原酶(N R)、丙酮酸转氨酶(GPT)活性增强,科棉1号和新洋822盛蕾期N R活性比其亲本分别高28.37%和12.83%;GPT活性在盛蕾期和盛铃期比亲本分别增加10.51%、4.38%和39.04%、29.05%,蛋白酶活性则明显下降。

因此对于B t基因导入的棉花品种在推广应用过程中应及时调控棉株氮代谢生理强度,以保持营养生长和生殖生长的平衡。

关键词:B t转基因棉;氮代谢;生理变化中图分类号:S562 文献标识码:A 文章编号:16714652(2004)04002005Study on the Physi olog i ca l Change of N itrogenM et abol is m i n Bt Tran sgen i c CottonCHEN Hou-q i n g2,L I U Yan2,ZHANG X i a ng2,CHEN D e-hua(1.E x p er F ar m,Y ang zhou U niv,Yangzhou,225009,Ch ina;2.K ey L ab of C rop Cu lti and P hy sio of J iang su P rov ince,Y ang zhou U niv,Yangzhou,225009,Ch ina)ABSTRACT:Two B t tran sgen ic co tton cultivars,one is hybrid fo r Ke m ian N o.1,ano ther is conven ti onal fo r X ingyang 822,w ere used to study the change of n itrogen m etabo lis m comparing their paren ts under field conditi on during the2001, 2002co tton grow ing seas on s.T he results show ed that the in ten sity of n itrogen m etabo lis m w as h igher fo r B t co tton than that fo r their paren ts,es pecially in peak bo ll peri od.In comparis on to their paren ts,the to tal n itrogen con ten t in the leaf in2 creased,the apparen t increase w as36.01%in bo ll peri od fo r Ke m ian N o1,18.96%fo r X ingyang822.T he to tal n itrogen in bo ll decreased sign ifican tly.T he N P and GPT activity w as h igher,the N P activity increased28.37%fo r Ke m ian N o1 and12.83%fo r X ingyang822during peak square peri od;the GPT activity increased10.51%and4138%during peak square peri od and peak bo ll stage fo r Ke m ian N o.1,39.04%and29.05%fo r X ingyang822.T he con ten t of free am ino acid and s o luble p ro tein increased sign ifican tly,during bo ll peri od,the free am ino acid increased10186%fo r Ke m ian N o.1, 9.44%fo r X ingyang822,the s o luble p ro tein ro se9.82%fo r Ke m ian N o.1,8.31%fo r X ingyang822.the p ro tease activi2 ty declined sign ifican tly.T hese results indicated that the m ediati on of n itrogen m etabo lis m w as necessary fo r keep ing the balance betw een carbon and n itrogen m etabo lis m as the B t co tton ex ten si on in field p roducti on.KE Y WOR D S:B t tran sgen ic co tton;n itrogen m etabo lis m;physi o l ogical change棉花转育B t基因成功后,B t转基因棉的种植在我国农业生产上得到了大面积推广。

B t棉对棉铃虫等相关害虫具有明显的抗虫效果,棉铃虫死亡率达到80%以上,且可减少农药使用量60%～80%[1～6]。

但外源B t基因的导入,棉株在生长过程中需表达其特有的杀虫蛋白,从而导致棉株生长和发育特性的改变[7～10]。

这些特性的改变,对于棉花生产上合理应用B t棉,发挥B t棉产量潜力具有较大影收稿日期:20040612基金项目:江苏省“十五”重点推广项目(BC2001330)作者简介:陈后庆(1963-　),男,江苏高淳人,扬州大学副教授,主要从事耕作栽培研究与农业管理工作。

E ma il:nm ch@响。

据报道,B t 棉存在长势弱、后期易早衰[4]以及B t 棉杂交种表现为前期营养生长过旺等缺陷[10～12],需对其生育过程中进行调控。

鉴此,本试验从与B t 基因表达的杀虫蛋白合成密切相关的氮代谢入手,研究B t 棉杂交种和常规种在外源B t 基因导入后氮代谢生理强度的变化,为生产上合理调节B t 棉的氮代谢,保持优质高产的碳氮代谢平衡,促进B t 棉产量潜力高效表达提供理论论据。

1　材料与方法1.1　试验设计试验于2001～2002年在扬州大学实验农牧场进行,供试棉品种为2个不同类型的B t 棉品种(系)及其相应亲本。

中熟常规类型新洋822及其轮回亲本苏棉9号分别以C 1、C 2表示,中熟杂交类型科棉1号及其母本渝棉1号分别以H 1、H 2表示。

以品种为试验因子,田间按单因素随机区组设计,3个重复,共计12个小区,小区面积27m 2,5行区种植,密度为3.75万株・hm -2。

2年均为4月4日播种,5月18日移栽。

氮肥施用量为375kg ・hm -2,其运筹为基肥20%、花铃肥65%(分初花期和盛花期2次施用)、桃肥15%;磷肥(过磷酸钙)施用量为600kg ・hm -2,钾肥(氯化钾)为240kg ・hm -2,磷、钾肥运筹为基肥、花铃肥各占50%。

D PC 化控运筹:分别于蕾期、初花期、盛花期和打顶后9d 进行,施用量分别为15、30、45、60g ・hm -2。

其他技术措施按当地高产棉要求实施。

1.2　测定项目与方法1)取样:2001年于盛蕾期(6月25日)、盛花期(7月20日)、盛铃期(8月16日)、吐絮期(9月2日)、盛絮期(9月20日)取棉株功能叶,一部分鲜样用于游离氨基酸和可溶性蛋白测定,其余在70℃烘箱中烘干用于全氮测定;于盛花期(7月20日)、盛铃期(8月16日)、吐絮期(9月2日)、盛絮期(9月20日)从各小区取整株棉铃,烘干粉碎用于全氮测定。

2002年于盛蕾期(6月25日)、盛花期(7月15日)、盛铃期(8月8日)、吐絮期(8月25日)和盛絮期(9月15日)取棉株功能叶,液氮冷冻后用于硝酸还原酶(N R )、丙酮酸转氨酶(GPT )和蛋白酶活性测定。

2)N R 、GPT 和蛋白酶活性按文献[13]的方法测定。

3)氨基酸总量、可溶性蛋白含量按文献[14]的方法测定。

4)叶片、棉铃全氮含量采用凯氏定氮法测定。

2　结果与分析2.1　Bt 棉叶片和棉铃全氮含量的变化由表1可见,2001年度2个类型B t 棉叶片全氮含量与其亲本叶片全氮含量变化表现基本一致,盛蕾期较高,科棉1号、新洋822棉叶全氮含量分别为35.42、31.70g ・kg -1,至盛花期略有下降,至盛铃期又有所上升,棉叶全氮含量达到39.51、32.62g ・kg -1,盛铃期后逐渐下降。

与各自亲本相比,2个B t 棉表现一致,全氮含量在盛蕾期和铃期均高于亲本,尤以盛铃期最为明显,科棉1号、新洋822全氮含量分别比亲本增加10.46、5.2g ・kg -1,2个B t 品种与亲本差异显著。

这进一步说明B t 棉叶片对氮的吸收增加,即氮代谢能力增强。

2个B t 棉品种间相比,盛铃期前以科棉1号氮含量为最高,这可能与杂交棉吸氮能力较强有关,盛铃期后又以新洋822较高,这显然与该品种生长后期较旺表现一致。

表1　Bt 棉叶片全氮含量的变化(2001年)Tab.1　Tota l n itrogen con ten ts i n the leaves of the Bt cotton and the paren ts (2001)处理不同生育期叶片全氮含量 g ・kg -1盛蕾期盛花期盛铃期吐絮期盛絮期H 135.42±0.327.40±0.639.51±0.327.48±1.026.69±0.3H 228.61±0.127.63±0.529.05±0.522.04±0.321.83±0.1C 131.70±0.126.53±0.732.62±0.329.73±0.429.33±0.1C227.98±0.827.50±0.627.42±0.425.26±0.624.41±0.212第4期陈后庆等:B t 转基因棉氮代谢生理变化的研究表2　Bt 棉及其亲本棉铃中全氮含量的变化(2001年)Tab.2　Tota l n itrogen con ten ts i n the bolls of the Bt cotton and the paren ts (2001)处理不同生育期棉铃全氮含量 g ・kg -1盛花期盛铃期吐絮期盛絮期H 124.49±0.616.55±0.313.45±0.89.14±0.6H 227.32±0.419.61±0.314.83±0.410.70±0.5C 123.60±0.315.19±0.112.38±0.610.50±0.5C 225.96±1.17.97±0.314.06±0.510.62±0.1 由表2可知,B t 棉及其亲本棉铃全氮含量随生育进程呈下降趋势,如科棉1号,从盛花期至盛铃期下降了32.42%,盛铃期至吐絮期下降了18.73%。