呂麗敏， 張　帥， 雒珺瑜， 王春義， 朱香鎮(zhèn)， 王　麗， 張利娟， 崔金杰

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 安陽(yáng) 455000

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Cry1C蛋白對(duì)4種棉花害蟲的致死效果

呂麗敏， 張帥， 雒珺瑜， 王春義， 朱香鎮(zhèn)， 王麗， 張利娟， 崔金杰*

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 安陽(yáng) 455000

摘要:【背景】蘇云金芽胞桿菌(Bt)屬革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的殺蟲劑。來(lái)自Bt的Cry1Ac基因自1997年商業(yè)化以來(lái)，其產(chǎn)生的蛋白對(duì)棉鈴蟲、紅鈴蟲等鱗翅目害蟲起到了很好的控制作用。但該基因?qū)μ鸩艘苟?、斜紋夜蛾、玉米螟等害蟲的控制作用較差，因此，需要尋找新的Bt基因亞型控制上述害蟲。【方法】將Cry1C蛋白加到人工飼料上形成藥膜后，接入低齡幼蟲進(jìn)行生物測(cè)定，以常規(guī)不加毒蛋白的飼料為對(duì)照，計(jì)算1、3、5、7 d后不同害蟲的校正死亡率。【結(jié)果】隨著Cry1C蛋白濃度的增加及時(shí)間的延長(zhǎng)，甜菜夜蛾和斜紋夜蛾的校正死亡率逐漸升高，Cry1C濃度為10 μg·mL-1時(shí)，處理7 d后，甜菜夜蛾和斜紋夜蛾的校正死亡率分別為100%和85.42%，表明甜菜夜蛾比斜紋夜蛾更敏感，而棉鈴蟲和玉米螟對(duì)Cry1C蛋白的敏感性較差?！窘Y(jié)論與意義】Cry1C基因可作為控制棉田甜菜夜蛾和斜紋夜蛾的有價(jià)值的候選基因，但是對(duì)棉鈴蟲和玉米螟無(wú)效。該研究為篩選新的Bt基因亞型用于防治不同的棉花害蟲提供了數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞:Cry1C蛋白； 甜菜夜蛾； 斜紋夜蛾； 玉米螟； 棉鈴蟲

蘇云金芽胞桿菌(Bacillusthuringiensis，Bt)屬革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的殺蟲劑。該菌株能夠產(chǎn)生伴孢晶體蛋白，又稱殺蟲晶體蛋白(insecticidal crystal protein， ICP)或δ-內(nèi)毒素；該毒素對(duì)鱗翅目、膜翅目、鞘翅目、雙翅目、直翅目、 半翅目、食毛目等多種昆蟲，以及螨類、線蟲和原生動(dòng)物等都具有特異的殺蟲活性(Schnepfetal.,1998)。

我國(guó)棉花害蟲共有300多種，其中常發(fā)性害蟲30多種，包括鱗翅目、膜翅目、鞘翅目等(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，2013)。1997年轉(zhuǎn)Bt(Cry1Ac)基因棉花開始商品化種植，有效控制了棉鈴蟲的暴發(fā)為害(吳孔明，2007)。轉(zhuǎn)Bt(Cry1Ac)基因?qū)γ掴徬x大范圍控制后，棉田其他害蟲如甜菜夜蛾Spodopteraexigua(Hübner)、斜紋夜蛾P(guān)rodenialitura(Fabricius)、玉米螟Pyraustanubilalis(Hübern)等對(duì)棉花的危害也需引起重視；其中，甜菜夜蛾于2001年在中國(guó)被列入重要害蟲的潛在暴發(fā)名單(石宏等，2006； Wuetal.,2009)。因此，在保證Bt(Cry1Ac)基因繼續(xù)發(fā)揮作用的同時(shí)，需要不斷挖掘?qū)ふ倚碌幕蛞苑乐股鲜龊οx對(duì)棉花造成新的更大危害，保證棉花產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展(王慶龍等,1986； 楊進(jìn)等,2010)。挖掘的新基因在利用前首先要進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，旨在探明其對(duì)環(huán)境可能造成的影響。據(jù)報(bào)道(呂玲玲，2006； 王慶龍等,1986)，Cry1C基因被轉(zhuǎn)入到蔬菜作物后，對(duì)甜菜夜蛾的控制作用較好。此外，該基因還對(duì)伯莎夜蛾MamestraconfigurataWalker(Hernndez-Martínezetal.,2008)、小菜蛾P(guān)lutellaxylostellaL.(Massonetal.,1998)、粉紋夜蛾Trichoplusiani(Hübner) (Tabashniketal.,2000)等有較好的控制作用。但是該基因轉(zhuǎn)入棉花后的控制效果還未知。

本研究將不同濃度的Cry1C蛋白加到人工飼料中，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)Cry1C對(duì)甜菜夜蛾、斜紋夜蛾、棉鈴蟲和玉米螟低齡幼蟲的控制作用，旨在為轉(zhuǎn)基因棉花篩選新的基因提供數(shù)據(jù)參考。

1材料與方法

1.1試蟲

選取棉鈴蟲、甜菜夜蛾、斜紋夜蛾和玉米螟為供試?yán)ハx；昆蟲齡期均為1日齡。4種昆蟲均為本實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)的敏感品系。

1.2人工飼料

人工飼料配方參照胡鳳林等(2008)、黃艷君和浦冠勤(2011) 、盧美光等(1999)和周大榮等(1980)改進(jìn)而成。

1.3Cry1C純蛋白

Cry1C純蛋白購(gòu)自Sigama公司，-20 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4試驗(yàn)方法

飼料制備：按照每種昆蟲的人工飼料配方，稱取各個(gè)飼料組分，混合均勻、熬制，將飼料倒入24孔生測(cè)板，倒入時(shí)要不斷地水平搖動(dòng)，保證表面平滑。配制含Cry1C蛋白的溶液，濃度分別為0.31、0.63、1.25、2.50、5.00、10.00、20.00 μg·mL-1，以加100 μL的無(wú)菌水作對(duì)照。待飼料凝固后向每個(gè)孔中加入Cry1C蛋白溶液100 μL，過(guò)夜放置，使毒蛋白溶液滲入飼料中。

接蟲：用毛筆將1齡幼蟲輕輕挑入24孔生測(cè)盒，每個(gè)孔接1頭蟲，以不加入毒蛋白飼料為對(duì)照，每板為1個(gè)重復(fù)，共3次重復(fù)。用蓋子封好，防止逃逸。將接蟲的24孔盒放到養(yǎng)蟲室培養(yǎng)(L∶D=14 h∶10 h， 溫度26 ℃，相對(duì)濕度70%)。

結(jié)果記錄：每隔1 d調(diào)查死亡蟲口數(shù)。分別記錄接蟲后1、3、5、7 d后不同處理中害蟲的死亡情況，計(jì)算校正死亡率。

1.5數(shù)據(jù)處理

死亡率(%)=死亡蟲數(shù)/接蟲數(shù)×100；校正死亡率(%)=(處理組死亡率-對(duì)照組死亡率)/(1-對(duì)照組死亡率)×100。

數(shù)據(jù)處理和方差計(jì)算利用Excel辦公軟件、DPS 7.0和SPSS軟件進(jìn)行。

2結(jié)果與分析

2.1Cry1C毒蛋白對(duì)甜菜夜蛾的致死效果

Cry1C毒蛋白對(duì)甜菜夜蛾1齡幼蟲的生物測(cè)定結(jié)果見表1。隨著Cry1C毒蛋白濃度的升高，甜菜夜蛾幼蟲校正死亡率明顯上升。方差分析結(jié)果表明，處理后1 d，甜菜夜蛾的校正死亡率差異不顯著。處理后3 d，Cry1C濃度為5.0 μg·mL-1時(shí)，校正死亡率為48.49%；處理后5 d，Cry1C濃度為1.25 μg·mL-1時(shí)，校正死亡率為70.69%；處理后7 d，Cry1C的濃度為1.25 μg·mL-1時(shí)，校正死亡率為94.00%，以上差異均達(dá)到顯著水平。因此，甜菜夜蛾對(duì)Cyr1C的敏感性測(cè)定的時(shí)間點(diǎn)應(yīng)選擇為5 d。

2.2Cry1C毒蛋白對(duì)斜紋夜蛾的致死效果

不同濃度的Cry1C對(duì)斜紋夜蛾的致死效果見表2。在同一濃度條件下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，斜紋夜蛾的死亡率逐漸上升；在相同的調(diào)查時(shí)間下，隨著Cry1C毒蛋白濃度的增大，斜紋夜蛾的死亡率逐漸增加。在處理后1、3 d，當(dāng)Cry1C濃度為2.50 μg·mL-1時(shí)，校正死亡率差異達(dá)顯著水平；處理后5 d，Cry1C的濃度為1.25 μg·mL-1時(shí)，校正死亡率為60.72%，以及處理后7 d，Cry1C的濃度為5.00 μg·mL-1時(shí)，校正死亡率為75.00%，差異均達(dá)顯著水平。因此，斜紋夜蛾對(duì)Cyr1C的敏感性測(cè)定的時(shí)間點(diǎn)應(yīng)選擇為5 d。

同列數(shù)據(jù)后附不同大、小寫字母者分別表示經(jīng)Duncan氏法多重比較在0.01、0.05水平上差異顯著。

Different capital and small letters represent significant differences among treatments at 0.01 and 0.05 level respectively when using a Duncan′s multiple ranging test.

同列數(shù)據(jù)后附不同大、小寫字母者分別表示經(jīng)Duncan氏法多重比較在0.01、0.05水平上差異顯著。

Different capital and small letters represent significant differences among treatments at 0.01 and 0.05 level respectively when using a Duncan′s multiple ranging test.

2.3Cry1C毒蛋白對(duì)棉鈴蟲和玉米螟的致死效果

對(duì)棉鈴蟲生物測(cè)定結(jié)果見表3。Cry1C毒蛋白對(duì)棉鈴蟲的致死效果較差。不同處理天數(shù)的調(diào)查結(jié)果表明，隨著Cry1C濃度的升高，對(duì)棉鈴蟲的致死作用不明顯；在相同調(diào)查時(shí)間不同毒蛋白濃度處理下，該毒素對(duì)棉鈴蟲的校正死亡率的差異均未達(dá)顯著水平。

對(duì)玉米螟的生物測(cè)定結(jié)果如表4所示。Cry1C對(duì)玉米螟的致死效果較差。不同處理時(shí)間的調(diào)查結(jié)果表明，玉米螟的校正死亡率并未隨濃度的升高呈現(xiàn)有規(guī)律的升高，其不同濃度處理之間的校正死亡率差異不顯著。

以上結(jié)果表明，棉鈴蟲和玉米螟作為Cyr1C毒蛋白的靶標(biāo)昆蟲并不適合，即該毒蛋白的基因并不能作為控制鱗翅目害蟲棉鈴蟲和玉米螟的外源基因轉(zhuǎn)入受體植物。

3討論

本研究將不同濃度的Cry1C毒素加到人工飼料上飼喂甜菜夜蛾、棉鈴蟲、斜紋夜蛾和玉米螟等4種為害棉花的害蟲，通過(guò)計(jì)算不同昆蟲在不同濃度Cry1C以及不同處理時(shí)間下對(duì)應(yīng)的校正死亡率，評(píng)價(jià)4種昆蟲對(duì)Cry1C毒素的敏感性，從而篩選Cry1C的靶標(biāo)害蟲，為選擇新的基因通過(guò)轉(zhuǎn)化的方法控制以上棉花害蟲提供先期評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，甜菜夜蛾對(duì)Cry1C毒蛋白最敏感，在10 μg·mL-1Cry1C濃度條件下處理5 d，甜菜夜蛾的校正死亡率達(dá)到96.55%；斜紋夜蛾的校正死亡率為78.57%，對(duì)該毒素的敏感性次之；而Cry1C對(duì)棉鈴蟲和玉米螟的致死作用較差。

同列數(shù)據(jù)后附不同大、小寫字母者分別表示經(jīng)Duncan氏法多重比較在0.01、0.05水平上差異顯著。

Different capital and small letters represent significant differences among treatments at 0.01 and 0.05 level respectively when using a Duncan′s multiple ranging test.

同列數(shù)據(jù)后附不同大、小寫字母者分別表示經(jīng)Duncan氏法多重比較在0.01、0.05水平上差異顯著。

Different capital and small letters represent significant differences among treatments at 0.01 and 0.05 level respectively when using a Duncan′s multiple ranging test.

曾曉慧等(1999)研究了蘇云金桿菌Cry1C 毒素對(duì)甜菜夜蛾幼蟲生長(zhǎng)發(fā)育、存活及取食行為的影響，當(dāng)飼料中毒素濃度增高時(shí), 幼蟲歷期延長(zhǎng)， 存活率降低，對(duì)飼料的拒食作用和選擇作用增強(qiáng)，取食量和生長(zhǎng)量減少。本試驗(yàn)研究了Cry1C毒蛋白對(duì)甜菜夜蛾存活情況的影響，結(jié)果與其一致，說(shuō)明Cry1C基因作為遺傳轉(zhuǎn)化材料來(lái)控制甜菜夜蛾危害有潛在的利用價(jià)值。此外，試驗(yàn)還研究了該毒素對(duì)棉鈴蟲的致死效果，結(jié)果表明，Cry1C毒蛋白對(duì)棉鈴蟲的效果較差。目前，已經(jīng)商業(yè)化的轉(zhuǎn)基因棉花轉(zhuǎn)入的Bt基因?yàn)镃ry1Ac/Ab融合蛋白，若轉(zhuǎn)基因棉花能同時(shí)控制棉鈴蟲和甜菜夜蛾等多種害蟲，構(gòu)建雙價(jià)的轉(zhuǎn)基因體系最為可行，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制2種或多種靶標(biāo)害蟲的目的。但是還需評(píng)價(jià)Cry1Ac/Ab和Cry1C基因同時(shí)利用時(shí)，是否會(huì)有效果的疊加。

本試驗(yàn)還研究了Cry1C毒素對(duì)斜紋夜蛾和玉米螟的致死效果，該毒素對(duì)斜紋夜蛾有一定的致死作用，而對(duì)玉米螟幾乎無(wú)效；因此，可以把Cry1C基因用于輔助控制斜紋夜蛾。長(zhǎng)期以來(lái)，玉米螟在棉花上也是一種重要害蟲，并對(duì)棉花產(chǎn)生較重的為害(劉立春等，1996； 楊益眾等,1996)。試驗(yàn)探討了Cry1C毒素對(duì)玉米螟的控制效果，但結(jié)果并不理想，說(shuō)明玉米螟不是該毒素的靶標(biāo)害蟲。目前已有報(bào)道，將經(jīng)過(guò)改良的Cry1C*轉(zhuǎn)入受體玉米對(duì)玉米螟有較好的控制作用(Duetal.,2014)。因此，可嘗試將該基因轉(zhuǎn)入棉花，形成雙價(jià)或多加價(jià)抗蟲棉花，實(shí)現(xiàn)抗多種害蟲的目的。但是轉(zhuǎn)入的多個(gè)基因之間是有無(wú)拮抗作用還需進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

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劉立春, 顧國(guó)華, 陳建軍, 楊顧新, 邵曉泉, 1996. 棉田玉米螟的為害損失研究. 昆蟲學(xué)報(bào)， 39(1): 109-111.

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(責(zé)任編輯:郭瑩)

The controlling effect of Cry1C protein on four species of cotton insect pest

Li-min Lü , Shuai ZHANG, Jun-yu LUO, Chun-yi WANG, Xiang-zhen ZHU,Li WANG, Li-juan ZHANG, Jin-jie CUI*

StateKeyLaboratoryofCottonBiology/InstituteofCottonResearch,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Anyang,Henan455000,China

Abstract:【Background】Bacillusthuringiensis(Bt) is a Gram-positive bacterium that is used as a biological pesticide world-wide.Cry1Acgene fromBthas been commercialized since 1997, and has been able to control cotton bollworm and pink bollworm. However,Cry1Acgene is not as good to controlSpodopteraexigua,Prodenialitura,Pyraustanubilalis, etc. Therefore, it is necessary to search for a new gene isoform ofBtto control these pests. 【Method】 Different concentrations of Cry1C were added to the surface of artificial diet of these three insects and bioassays were conducted in the laboratory. The control received no Cry1C artificial diet. Mortality was recorded at 1, 3, 5 and 7 d. 【Result】 The results showed that mortality ofA.caterpillarandP.lituraincreased gradually with increases in concentration and treatment time of Cry1C. At the 10 μg·mL-1Cry1C, mortalities ofA.caterpillarandP.liturawere 100% and 85.42%.A.caterpillarwas more sensitive to Cry1C thanP.litura. However,O.nubilalisandHelicoverpaarmigerawere not sensitive to Cry1C. 【Conclusion and significance】Cry1Cmay be a valuable candidate gene for controllingA.caterpillarandP.litura, but ineffective onO.nubilalisandH.armigera. This study provides a newBtgene type that can be used to control the different insect pests on the cotton plant.

Key words:Cry1C protein;Asparaguscaterpillar;Prodenialitura;Ostrinianubilalis;Helicoverpaarmigera

收稿日期(Received)：2015-09-29接受日期(Accepted)： 2015-10-10

基金項(xiàng)目:國(guó)家棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-18-13)

作者簡(jiǎn)介:呂麗敏， 女， 助理研究員。 研究方向: 棉花抗蟲性分子調(diào)控機(jī)理。 E-mail: llm0372@126.com *通訊作者(Author for correspondence), E-mail: cuijinjie@126.com

DOI:10. 3969/j.issn.2095-1787.2016.02.012