转Bt基因抗虫棉对棉铃虫的抗性分析

李晶晶+曹振军（等）

摘要：用常规棉和不同品种的转Bt基因抗虫棉分别饲喂棉铃虫（Helicoverpa armigera），对棉铃虫幼虫生长发育过程中各生物学指标的变化进行室内观察分析。结果表明，不同品种的转Bt基因抗虫棉之间对棉铃虫幼虫体重和死亡率的影响程度由大到小依次为JK-1、DB、D16、新陆早36，另外，取食转Bt基因抗虫棉叶片之后棉铃虫幼虫的化蛹率比取食常规棉叶片的棉铃虫幼虫的化蛹率减少12.5%～30.0%，蛹重减轻15.6%～41.9%，羽化率降低5.5%～80.0%。

关键词：转Bt基因；抗虫棉；棉铃虫（Helicoverpa armigera）；抗虫性

中图分类号：S435.622；Q943.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）07-1567-03

Insect-resistance of Transgenic Bt Cotton against Helicoverpa armigera

LI Jing-jing1，CAO Zhen-jun2，ZHANG Jian-ping1，HUANG Yan-qin1，WANG Chun-juan1，YANG De-song2

（1.College of Agronomy， Shihezi University/Key Laboratory of Oasis Agricultural Disease and Pest Management， Plant Protection and Its Resource Utilization in Xinjinag， Shihezi 832000， Xinjiang， China； 2. Landscaping Management Office of Anji County，Anji 313300， Zhejiang， China）

Abstract： Indoor observations and analysis of different biological indicators of Helicoverpa armigera fed on conventional cotton and different varieties of Bt transgenic cotton during their growth and development were conducted.The results showed the impacts of transgenic Bt cotton on body weight and mortality of Helicoverpa armigera larva of different varieties were JK-1> DB> D16> Xinluzao 36. Compared with the control group， the pupation rate of larva fed on transgenic Bt cotton leaves， was reduced by 12.5%～30.0%， weight of pupation was decreased by 15.6%～41.9% and the emergence rate dropped by 5.5%～80%.

Key words： transgenic Bt gene； insect resistant cotton； Helicoverpa armigera； insect-resistance

棉铃虫（Helicoverpa armigera）是世界农业领域里经济作物中最主要害虫之一，主要危害棉花、玉米、番茄、辣椒等。新疆维吾尔自治区是中国最大的棉区之一，棉花产量占中国的1/3，占世界的7%～8%[1，2]。自20世纪90年代始，新疆棉区棉铃虫每隔3～5年暴发1次[3，4]，成为危害棉花的主要害虫之一。为了有效控制棉铃虫的危害，转Bt基因抗虫棉在新疆大面积种植，部分区域已经完全取代了传统的常规棉品种[5，6]。转Bt基因抗虫棉的发展已有近30年历史，1987年Agracetus公司首次报道转Bt基因抗虫棉，1996年孟山都（Monsanto）公司对Bacillus thuringiensis（Bt）毒素基因进行了修饰和筛选，使Bt基因获得高水平表达，由此获得了杀虫效果较理想的转Bt基因抗虫棉，并在美国推广种植。种植转Bt基因抗虫棉是治理棉铃虫的重要措施之一，是目前防治棉铃虫比较经济有效的方法。转Bt基因抗虫棉在新疆棉区的广泛应用取得了巨大的经济效益和社会效益，但长期、单一、大面积种植转Bt基因抗虫棉会加大对棉铃虫的选择压力，从而导致棉铃虫对转Bt基因抗虫棉的抗性上升，这是近年来国内外学者关注的热点问题之一[7-10]。为了解决棉铃虫对单价转Bt基因抗虫棉的抗性问题，郭三堆等[11，12]和马丽华等[13]将人工合成的Bt基因和CPT1基因重组，导入多个棉花品种，筛选出转Bt+CPT1双价基因抗虫棉。本研究分别利用单价转Bt基因抗虫棉和双价转Bt+CPT1基因抗虫棉、常规棉的叶片饲喂棉铃虫幼虫，以比较这几种棉花品种对棉铃虫的抗性。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验品种为JK-1（双价转Bt+CPT1基因抗虫棉）、DB（单价转Bt基因抗虫棉）、D16（单价转Bt基因抗虫棉），对照品种（CK）为新陆早36（常规棉）。其中JK-1由湖北省农业科学院经济作物研究所提供，其他均由石河子大学棉花研究所提供，棉花采用常规大田栽培。棉铃虫经室内人工饲料饲养7代，每天饲喂10%蔗糖水作为补充营养，将产有卵的蜡纸置于培养皿中待卵孵化，幼虫长至3龄时移入洁净的试管（玻璃）中， 每管1头，用人工饲料饲养至蛹期；蛹置于产卵笼待其羽化、产卵。棉铃虫在PRX-450D型人工气候箱（宁波江南仪器厂） 中饲养，温度（27±1）℃，湿度70%±10%，光照时数/黑暗时数=14∶10。

1.2 试验方法

生长发育的测定参照文献[12]的室内生物测定法进行，每取1次样进行1次室内抗虫性测定。分别用JK-1、DB、D16 、新陆早36的叶片饲养棉铃虫至6龄幼虫。先将采集到的棉花植株同一部位叶片材料用清水洗涤并晾干；接着将棉铃虫称重，然后放入规格为2 cm×10 cm的试管中，每支试管放1头1龄且大小一致的棉铃虫幼虫，每批4个处理，每个处理10头，分10次完成。在每支试管上标记标签号，均放在人工气候箱内 [温度（27±1）℃ ，湿度70%±10%，光照时数/黑暗时数=14∶10）]饲养，每2 d更换1次叶片，在检查幼虫的蜕皮情况，记录幼虫的体重、死亡率、化蛹数量和羽化数量，化蛹后第二天称其蛹重。

1.3 数据分析

采用SPSS进行方差分析、显著性检验，Duncans新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫幼虫体重的影响

不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫幼虫体重的影响见表1。由表1可知，取食转Bt基因抗虫棉叶片对棉铃虫幼虫体重有一定影响，且不同品种的棉叶对棉铃虫生长发育抑制效果之间也有差异，抑制程度由强到弱依次为JK-1、DB、D16、新陆早36，在2～3龄期各品种之间差异达显著水平（P<0.05）。

2.2 不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫幼虫死亡率的影响

不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫幼虫死亡率的影响见表2。由表2可知，不同品种棉叶饲喂棉铃虫造成的棉铃虫幼虫死亡率由大到小依次为JK-1、DB、D16、新陆早36。

2.3 不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫化蛹率、蛹重、羽化率的影响

不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫化蛹率、蛹重、羽化率的影响见图1、图2、图3。由图1、图2、图3可知，棉铃虫幼虫取食JK-1、DB、D16的棉叶后，其化蛹率、蛹重、羽化率与对照相比有明显的差异。棉铃虫幼虫取食转基因抗虫棉后其化蛹率比对照减少了12.5%～30.0%，蛹重减轻15.6%～41.9%，羽化率降低5.5%～80.0%。

3 小结与讨论

转Bt基因抗虫棉可以显著抑制棉铃虫的生长发育，并有较好的毒杀效果，但由于转Bt基因抗虫棉连年大面积种植，且目前的转Bt基因抗虫棉仅含1种内毒素，致使害虫对其产生了一定的抗性[14，15]，且转Bt基因抗虫棉不同品种（系）之间、不同组织之间的抗虫性强弱不同。本研究中经JK-1（双价转Bt+CPT1基因抗虫棉）的棉叶饲喂的棉铃虫的化蛹率、羽化率等都较常规棉新陆早36饲喂的棉铃虫低，蛹重也较新陆早36轻，说明双价转Bt+CPT1基因抗虫棉对棉铃虫的生长发育有一定的抑制作用，这与赵奎军等[14]研究结果一致。但是在转Bt基因抗虫棉长期选择压力下，具有一定的生态风险。美国环保署（EPA）提出每个种植转Bt基因抗虫棉的农场必须种植一定比例的非转基因作物，澳大利亚规定转Bt基因抗虫棉的种植面积不能超过耕地面积的30%。本研究仅是对敏感种群进行了实验室评价，但是已有研究表明连续多代以转Bt基因抗虫棉叶片饲养，会提高棉铃虫对毒蛋白的抗性[16，17]。

参考文献

[1] WU K M，GUO Y Y.The evolution of cotton pest management practices in China[J].Annual Review of Entomology，2005，50： 31-52.

[2] 章国荣，盛来运.新疆棉花产业发展中的问题与对策[J].中国统计，2004（9）：27-29.

[3] 吕昭智，陈 键，吴志勇，等.新疆棉区主要有害生物与可持续发展[J].干旱区研究，1999，16（3）：28-32.

[4] 黄顶成，田长彦，张润志.地膜覆盖对棉铃虫羽化的影响初探[J].干旱区研究，2010，27（5）：801-805.

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[7] TABASHINIK B E. Evolution of resisitance to Baciilus thuringiensis[J].Annual Review of Entomology，1994，39：47-79.

[8] WENDY C K，ZHAO J Z，ALIDA F J，et al.Inheritance of resistance to Baciilus thuringiensis the Cry1Ac toxin in Spodopera littoralis（Lepidoptera：Noctuidae）[J].Journal of Economic Entomology，2004，97（6）：2073-2078.

[9] TANG J D，GILBOA S，ROUSH R T，et al. Inheritance，stability，and lack of fitness costs of field selected resistance to in Baciilus thuringiensis diamondback moth （Lepidoptera：Plutellidae）from Florida[J]. Journal of Economic Entomology，1997， 90（3）：732-741.

[10] LI G P，FENG H Q，GAO Y L，et al.Frequency of Bt resistance alleles in Helicoverpa armigera in the Xinjiang cotton-planting region of China[J]. Environmental Entomology，2010， 39（5）：1689-1704.

[11] 郭三堆，崔洪志，夏兰芹，等. 双价抗虫转基因棉花研究[J].中国农业科学，1999，32（3）：1-7.

[12] 郭三堆，张 锐，武东亮.融合杀虫基因cryci及其应用[P]. 2005，中国专利： 200510076823.2006-06-07.

[13] 马丽华，李春花.棉花抗棉铃虫性室内生物测定新方法[J]. 中国棉花，1998，25（7）：27.

[14] 赵奎军，赵建周，卢美光，等.转基因抗虫棉花对棉铃虫生长发育影响的系统评价[J].植物保护学报，2000，27（3）：205-208.

[15] 孔宪辉，田 琴，余 渝，等.转Bt基因抗虫棉在棉田害虫综合治理中的作用及生态风险[J].现代农业科技，2008（3）：107-109.

[16] 沈晋良，周威君，吴益东，等.棉铃虫对Bt生物农药早期抗性及与转Bt基因棉抗虫性的关系[J].昆虫学报，1998，41（1）：11-13.

[17] 邹朗云，李艳梅，张 彦，等. 棉铃虫对Cry1Ac抗性的稳定性及其对适合度的影响[J].植物保护学报，2012，39（1）：70-74.

1.2 试验方法

生长发育的测定参照文献[12]的室内生物测定法进行，每取1次样进行1次室内抗虫性测定。分别用JK-1、DB、D16 、新陆早36的叶片饲养棉铃虫至6龄幼虫。先将采集到的棉花植株同一部位叶片材料用清水洗涤并晾干；接着将棉铃虫称重，然后放入规格为2 cm×10 cm的试管中，每支试管放1头1龄且大小一致的棉铃虫幼虫，每批4个处理，每个处理10头，分10次完成。在每支试管上标记标签号，均放在人工气候箱内 [温度（27±1）℃ ，湿度70%±10%，光照时数/黑暗时数=14∶10）]饲养，每2 d更换1次叶片，在检查幼虫的蜕皮情况，记录幼虫的体重、死亡率、化蛹数量和羽化数量，化蛹后第二天称其蛹重。

1.3 数据分析

采用SPSS进行方差分析、显著性检验，Duncans新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫幼虫体重的影响

不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫幼虫体重的影响见表1。由表1可知，取食转Bt基因抗虫棉叶片对棉铃虫幼虫体重有一定影响，且不同品种的棉叶对棉铃虫生长发育抑制效果之间也有差异，抑制程度由强到弱依次为JK-1、DB、D16、新陆早36，在2～3龄期各品种之间差异达显著水平（P<0.05）。

2.2 不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫幼虫死亡率的影响

不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫幼虫死亡率的影响见表2。由表2可知，不同品种棉叶饲喂棉铃虫造成的棉铃虫幼虫死亡率由大到小依次为JK-1、DB、D16、新陆早36。

2.3 不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫化蛹率、蛹重、羽化率的影响

不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫化蛹率、蛹重、羽化率的影响见图1、图2、图3。由图1、图2、图3可知，棉铃虫幼虫取食JK-1、DB、D16的棉叶后，其化蛹率、蛹重、羽化率与对照相比有明显的差异。棉铃虫幼虫取食转基因抗虫棉后其化蛹率比对照减少了12.5%～30.0%，蛹重减轻15.6%～41.9%，羽化率降低5.5%～80.0%。

3 小结与讨论

转Bt基因抗虫棉可以显著抑制棉铃虫的生长发育，并有较好的毒杀效果，但由于转Bt基因抗虫棉连年大面积种植，且目前的转Bt基因抗虫棉仅含1种内毒素，致使害虫对其产生了一定的抗性[14，15]，且转Bt基因抗虫棉不同品种（系）之间、不同组织之间的抗虫性强弱不同。本研究中经JK-1（双价转Bt+CPT1基因抗虫棉）的棉叶饲喂的棉铃虫的化蛹率、羽化率等都较常规棉新陆早36饲喂的棉铃虫低，蛹重也较新陆早36轻，说明双价转Bt+CPT1基因抗虫棉对棉铃虫的生长发育有一定的抑制作用，这与赵奎军等[14]研究结果一致。但是在转Bt基因抗虫棉长期选择压力下，具有一定的生态风险。美国环保署（EPA）提出每个种植转Bt基因抗虫棉的农场必须种植一定比例的非转基因作物，澳大利亚规定转Bt基因抗虫棉的种植面积不能超过耕地面积的30%。本研究仅是对敏感种群进行了实验室评价，但是已有研究表明连续多代以转Bt基因抗虫棉叶片饲养，会提高棉铃虫对毒蛋白的抗性[16，17]。

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[9] TANG J D，GILBOA S，ROUSH R T，et al. Inheritance，stability，and lack of fitness costs of field selected resistance to in Baciilus thuringiensis diamondback moth （Lepidoptera：Plutellidae）from Florida[J]. Journal of Economic Entomology，1997， 90（3）：732-741.

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[17] 邹朗云，李艳梅，张 彦，等. 棉铃虫对Cry1Ac抗性的稳定性及其对适合度的影响[J].植物保护学报，2012，39（1）：70-74.

1.2 试验方法

生长发育的测定参照文献[12]的室内生物测定法进行，每取1次样进行1次室内抗虫性测定。分别用JK-1、DB、D16 、新陆早36的叶片饲养棉铃虫至6龄幼虫。先将采集到的棉花植株同一部位叶片材料用清水洗涤并晾干；接着将棉铃虫称重，然后放入规格为2 cm×10 cm的试管中，每支试管放1头1龄且大小一致的棉铃虫幼虫，每批4个处理，每个处理10头，分10次完成。在每支试管上标记标签号，均放在人工气候箱内 [温度（27±1）℃ ，湿度70%±10%，光照时数/黑暗时数=14∶10）]饲养，每2 d更换1次叶片，在检查幼虫的蜕皮情况，记录幼虫的体重、死亡率、化蛹数量和羽化数量，化蛹后第二天称其蛹重。

1.3 数据分析

采用SPSS进行方差分析、显著性检验，Duncans新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫幼虫体重的影响

不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫幼虫体重的影响见表1。由表1可知，取食转Bt基因抗虫棉叶片对棉铃虫幼虫体重有一定影响，且不同品种的棉叶对棉铃虫生长发育抑制效果之间也有差异，抑制程度由强到弱依次为JK-1、DB、D16、新陆早36，在2～3龄期各品种之间差异达显著水平（P<0.05）。

2.2 不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫幼虫死亡率的影响

不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫幼虫死亡率的影响见表2。由表2可知，不同品种棉叶饲喂棉铃虫造成的棉铃虫幼虫死亡率由大到小依次为JK-1、DB、D16、新陆早36。

2.3 不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫化蛹率、蛹重、羽化率的影响

不同品种棉叶饲喂棉铃虫对棉铃虫化蛹率、蛹重、羽化率的影响见图1、图2、图3。由图1、图2、图3可知，棉铃虫幼虫取食JK-1、DB、D16的棉叶后，其化蛹率、蛹重、羽化率与对照相比有明显的差异。棉铃虫幼虫取食转基因抗虫棉后其化蛹率比对照减少了12.5%～30.0%，蛹重减轻15.6%～41.9%，羽化率降低5.5%～80.0%。

3 小结与讨论

转Bt基因抗虫棉可以显著抑制棉铃虫的生长发育，并有较好的毒杀效果，但由于转Bt基因抗虫棉连年大面积种植，且目前的转Bt基因抗虫棉仅含1种内毒素，致使害虫对其产生了一定的抗性[14，15]，且转Bt基因抗虫棉不同品种（系）之间、不同组织之间的抗虫性强弱不同。本研究中经JK-1（双价转Bt+CPT1基因抗虫棉）的棉叶饲喂的棉铃虫的化蛹率、羽化率等都较常规棉新陆早36饲喂的棉铃虫低，蛹重也较新陆早36轻，说明双价转Bt+CPT1基因抗虫棉对棉铃虫的生长发育有一定的抑制作用，这与赵奎军等[14]研究结果一致。但是在转Bt基因抗虫棉长期选择压力下，具有一定的生态风险。美国环保署（EPA）提出每个种植转Bt基因抗虫棉的农场必须种植一定比例的非转基因作物，澳大利亚规定转Bt基因抗虫棉的种植面积不能超过耕地面积的30%。本研究仅是对敏感种群进行了实验室评价，但是已有研究表明连续多代以转Bt基因抗虫棉叶片饲养，会提高棉铃虫对毒蛋白的抗性[16，17]。

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[6] 李 子，罗书凯，陈 靖，等.1997～2008年新疆南部地区棉铃虫种群动态研究[J].中国植保导刊，2011，31（4）：37-39.

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[9] TANG J D，GILBOA S，ROUSH R T，et al. Inheritance，stability，and lack of fitness costs of field selected resistance to in Baciilus thuringiensis diamondback moth （Lepidoptera：Plutellidae）from Florida[J]. Journal of Economic Entomology，1997， 90（3）：732-741.

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[16] 沈晋良，周威君，吴益东，等.棉铃虫对Bt生物农药早期抗性及与转Bt基因棉抗虫性的关系[J].昆虫学报，1998，41（1）：11-13.

[17] 邹朗云，李艳梅，张 彦，等. 棉铃虫对Cry1Ac抗性的稳定性及其对适合度的影响[J].植物保护学报，2012，39（1）：70-74.