温度和土壤水分与Bt棉铃壳中杀虫蛋白表达关系及其氮代谢生理机制

摘要

[目的]明确温度和土壤水分对Bt棉杀虫蛋白含量及其氮代谢活性的影响,为生产中Bt棉抗虫性的安全稳定利用提供理论参考.[方法]2016—2017年以转Bt抗虫基因抗虫棉常规品种泗抗1号(SK1)和杂交种泗抗3号(SK3)为材料,采用盆栽法,设置29℃、32℃、35℃、38℃4个温度水平,土壤最大持水量的80％、70％、60％、50％、40％5个土壤水分水平,观察温度和土壤水分对Bt棉铃壳杀虫蛋白含量的影响,各处理持续胁迫4 d.2016年主要研究各处理对Bt棉铃壳中杀虫蛋白含量的影响;在此基础上,2017年进一步探讨各处理对铃壳中可溶性蛋白含量、谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)、蛋白酶、肽酶活性的影响.[结果]SK1和SK3杀虫蛋白含量均在32℃、最大持水量为60％时最高,分别达到471.1 ng·g-1 FW和351.7 ng·g-1 FW.在同一土壤水分条件下,32℃最利于SK1和SK3杀虫蛋白表达;同一温度条件下,最大持水量60％利于SK1和SK3杀虫蛋白表达.对杀虫蛋白含量与温度和土壤水分关系进行二元多项式回归分析发现,Bt棉杀虫蛋白含量(Y)与温度(X2)和土壤水分(X1)呈二元二次方程关系,其中SK1、SK3相关方程分别为Y=-3230.2+17.2X1+199.1X2-0.3X12-3.7X22-0.7X1X2(r=0.829**)、Y=-3322.0+40.7X1+145.2X2-0.3X12-2.0X22-0.3X1X2(r=0.739**).SK1的杀虫蛋白表达量最大的温度和土壤水分条件为31.8℃、57.8％,SK3为33.2℃、60.8％.氮代谢相关生理特征表明,SK1和SK3均表现为在32℃和土壤含水量为60％处理下,棉铃中可溶性蛋白含量、谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)活性较高,蛋白酶、肽酶活性较低;杀虫蛋白含量与可溶性蛋白和GOT活性呈极显著正相关关系(r=0.613**;r=0.735**),与蛋白酶活性和肽酶活性呈极显著负相关关系(r=-0.724**;r=-0.738**).[结论]温度和土壤水分通过调控蛋白质分解和合成,共同影响Bt棉杀虫蛋白表达,且与其含量呈二元二次方程关系.