转基因抗蚜小麦抗麦长管蚜效果的评价技术研究

论文摘要

本研究围绕目前两类抗蚜转基因小麦策略（即抗生性和驱避性），以麦长管蚜为对象，开展了转凝集素基因小麦和转反式-β-法呢烯（EβF）合成酶基因小麦的抗蚜性评价研究；并通过饲喂凝集素研究对蚜虫抗生性及剂量；利用人工合成的EβF的释放研究对蚜虫驱避作用及剂量，得到主要结果以下：利用PCR检测转基因小麦株系的目标基因；选取阳性转基因小麦苗，利用Giga-8DC-EPG监测蚜虫取食行为，同时采用多目标综合判别法进行抗蚜性鉴定，明确了转凝集素基因（天南星凝集素AHA或半夏凝集素PTA）小麦对蚜虫取食行为的影响：株系117、48、54、278和406的韧皮部取食波E波的历期比例显著短于转基因受体小麦KN199。以各取食波的平均持续时间为指标进行聚类，10个小麦品种（系）可分为三类：第一类抗虫类型：JP①和转AHA基因株系278、54、48、406；第二类中间类型：转PTA基因小麦117株系；第三类感虫类型：西农2595、北京837、KN199、151株系（转AHA基因）。第一、二类的np波持续时间显著长于第三类；E2波的持续时间显著短于第三类。抗蚜鉴定结果显示，转基因小麦除151株系为低感之外，株系117、48、54、278和406均为低抗，麦长管蚜世代历期明显缩短，繁殖力也明显下降。EPG参数聚类的结果与多目标综合判别法抗蚜性鉴定结果基本一致；利用波型参数鉴定小麦抗蚜性标准为：E2>10min的历期比例在13%以下，E波历期比例在23%以下为抗蚜品种，其余为感蚜品种。建立了麦长管蚜在转基因小麦上的种群生命表，结果表明：转凝集素基因小麦上蚜虫净增值率减小，平均世代周期缩短，内禀增长率变小，周限增长率变小和种群加倍时间延长。基于上述5个参数综合评价，406株系和278株系对蚜虫有较好的控制效果。转EβF合成酶基因小麦使蚜虫种群净生殖率和周限增长率减小，种群加倍时间延长，总体表现为蚜虫种群增长受到抑制。寄主选择实验发现麦长管蚜对不同转EβF合成酶基因小麦品系存在选择偏好性差异，总体表现为转EβF合成酶基因小麦对麦长管蚜具有驱避作用，W1、W2、W3、W4、W8、W9、W10、W12、W17作用明显。通过Y型嗅觉仪观察株系中的W1、W2、W3、W8、W9、W10、W12、W17同中4无芒一样对蚜虫均表现明显驱拒作用。测定两种糖特异性结合的凝集素对麦长管蚜的影响，结果显示，甘露糖结合特异性的伴刀豆凝集素（ConA）对蚜虫半致死浓度为LC50（48h）=1.45mg/mL。半乳糖结合特异性红肾豆凝集素（PHA）对蚜虫半致死浓度为LC50（48h）=1.88mg/mL。这两种凝集素对蚜虫致死浓度为2mg/mL，ConA饲喂第五天蚜虫全部死亡，PHA饲喂第六天蚜虫全部死亡；对蚜虫的发育、蜕皮、产仔均有抑制作用。EPG监测ConA对蚜虫取食行为结果表明，各浓度ConA处理使E2波跟随E1波的持续时间显著缩短，0.5mg/mL及其以上浓度E2波跟随E1波出现的次数显著减少。浓度1mg/mL以上的完全抑制了E2波的出现。浓度1.0mg/mL以上E1波在整个E波中历期的比例显著高于对照。不同浓度的EβF对蚜虫的短距离作用的逃逸行为、远距离的嗅觉行为、有翅蚜形成和种群扩增的影响表明，EβF浓度200ng/μL以上处理蚜虫的逃离数明显多于对照。浓度400ng/μL以上极明显抑制了蚜虫的种群数量。通过Y型嗅觉仪观察蚜虫嗅觉行为，与对照相比600ng/μL以上浓度的EβF对麦长管蚜有明显的排斥作用，且诱导了有翅蚜的产生，导致有翅蚜率极显著高于对照。综合蚜虫种群数量、行为和翅型比例的结果，初步推断EβF600ng/μL为麦长管蚜驱避作用的阈值浓度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 植物凝集素在抗蚜研究中的应用
• 1.2.1 植物凝集素的抗虫机理
• 1.2.2 植物凝集素的抗蚜应用前景
• 1.3 （E）-β-法尼烯 （EβF）
• 1.3.1 EβF 的产生
• 1.3.2 EβF 的功能
• 1.4 抗蚜性评价
• 1.4.1 田间小麦抗蚜性鉴定
• 1.4.2 室内抗蚜性鉴定方法
• 1.4.3 转基因作物抗蚜效果评价研究方法
• 1.5 本研究的目的与意义
• 第二章 转凝集素基因小麦对麦长管蚜的抗性评价
• 2.1 材料
• 2.1.1 供试小麦品种
• 2.1.2 供试昆虫
• 2.1.3 主要试剂
• 2.1.4 仪器设备
• 2.2 方法
• 2.2.1 转基因小麦 DNA 的提取
• 2.2.2 凝集素目标基因的检测
• 2.2.3 麦长管蚜在转凝集素基因小麦上取食行为记录与分析
• 2.2.4 多目标综合判别法鉴定不同品种（系）小麦抗性和建立实验种群
• 2.3 数据处理与分析
• 2.4 结果与分析
• 2.4.1 转凝集素基因小麦的目标基因的检测
• 2.4.2 麦长管蚜在转凝集素基因小麦及常规小麦品种（系）上的取食行为
• 2.4.3 麦长管蚜在转凝集素基因及常规小麦品种（系）上生命表参数
• 2.4.4 多目标综合判别法鉴定转凝集素基因小麦和常规小麦不同品种（系）抗蚜性
• 2.5 结论与讨论
• 2.5.1 外源凝集素对蚜虫取食行为的影响
• 2.5.2 抗性因子可能存在的部位
• 2.5.3 EPG 技术对转基因作物评价的作用
• 第三章 凝集素对麦长管蚜的影响
• 3.1 材料
• 3.1.1 供试昆虫
• 3.1.2 主要试剂
• 3.1.3 主要仪器设备
• 3.2 方法
• 3.2.1 全纯人工饲料和饲蚜器的制备
• 3.2.2 供试凝集素和饲养方法
• 3.2.3 凝集素对麦长管蚜的毒力效果测定
• 3.2.4 不同浓度凝集素对麦长管蚜存活率及大小的影响
• 3.2.5 不同浓度凝集素对麦长管蚜单虫产仔数和产仔时间的影响
• 3.2.6 ConA 对麦长管蚜取食行为的影响
• 3.3 数据处理
• 3.4 结果分析
• 3.4.1 凝集素对麦长管蚜的毒力效果
• 3.4.2 不同浓度凝集素对麦长管蚜存活率及大小的影响
• 3.4.3 不同浓度凝集素对麦长管蚜蜕皮指数的影响
• 3.4.4 不同浓度凝集素对麦长管蚜单虫产仔数和产仔时间的影响
• 3.4.5 不同浓度 ConA 对麦长管蚜取食行为的影响
• 3.5 结论与讨论
• 第四章 转 EβF 合成酶基因小麦对麦长管蚜的抗性评价
• 4.1 材料
• 4.1.1 供试小麦品种
• 4.1.2 供试昆虫
• 4.1.3 主要试剂和仪器设备
• 4.2 方法
• 4.2.1 EβF 合成酶目标基因检测
• 4.2.2 麦长管蚜对转 EβF 合成酶基因小麦的选择性
• 4.2.3 Y 型嗅觉仪测定麦长管蚜对转 EβF 合成酶基因小麦的嗅觉行为
• 4.2.4 多目标综合判别法鉴定对转 EβF 合成酶基因小麦的抗性和建立实验种群
• 4.2.5 不同浓度 EβF 对麦长管蚜的驱避作用
• 4.2.6 麦长管蚜对不同浓度 EβF 的嗅觉反应
• 4.2.7 不同浓度 EβF 对麦长管蚜有翅蚜形成和种群数量的影响
• 4.3 数据分析
• 4.4 结果与分析
• 4.4.1 转 EβF 合成酶基因小麦的目标基因的检测
• 4.4.2 麦长管蚜对转 EβF 合成酶基因小麦的选择性
• 4.4.3 麦长管蚜对转 EβF 合成酶基因基因小麦的嗅觉反应
• 4.4.4 麦长管蚜在转 EβF 合成酶基因小麦上生命表参数
• 4.4.5 多目标综合判别法鉴定转 EβF 合成酶基因小麦抗蚜性
• 4.4.6 EβF 对麦长管蚜的驱避作用
• 4.4.7 不同浓度 EβF 对麦长管蚜有翅蚜形成和种群数量的影响
• 4.5 结论与讨论
• 第五章 结论
• 5.1 建立了基于麦长管蚜生命参数和取食行为波型为指标的抗生型转基因小麦评价体系
• 5.2 测定两种不同糖特异性结合的凝集素对麦长管蚜的影响
• 5.3 转 EβF 合成酶基因小麦及人工合成 EβF 对麦长管蚜的驱避作用及有效浓度的确定
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介