NaCl脅迫下轉Bt棉花和非轉Bt棉花的生理反應差異

朱永紅，潘轉霞，夏芷，趙俊俠

（山西省農業(yè)科學院棉花研究所，山西運城044000）

NaCl脅迫下轉Bt棉花和非轉Bt棉花的生理反應差異

朱永紅，潘轉霞，夏芷，趙俊俠

（山西省農業(yè)科學院棉花研究所，山西運城044000）

為研究NaCl脅迫下轉Bt基因棉花和非轉Bt基因棉花的生理反應差異，采用盆栽條件下不同濃度NaCl溶液澆灌處理，測定葉片細胞含水量（RWC）、丙二醛（MDA）含量、游離脯氨酸（Pro）含量和Bt毒素蛋白含量。結果表明，NaCl脅迫下轉Bt基因棉花和非轉Bt基因棉花葉片細胞含水量比無脅迫明顯降低，丙二醛含量明顯升高，游離脯氨酸含量大幅增加，這些生理變化在轉Bt基因棉花和非轉Bt基因棉花之間沒有顯著差異，說明轉入Bt基因對棉花的生長發(fā)育不會造成顯著影響；在0.4%NaCl脅迫下，轉Bt基因棉花Bt毒素蛋白含量出現(xiàn)了顯著下降，說明在NaCl脅迫下轉Bt基因棉花的抗蟲性下降。

NaCl脅迫；轉Bt基因棉花；非轉Bt基因棉花；生理反應；毒素蛋白

隨著我國耕地面積不斷減少，糧棉爭地矛盾將更加突出，棉花必須給糧食讓地。因此，發(fā)展鹽堿地植棉將是我國棉花生產的發(fā)展趨勢。在鹽脅迫下，植物細胞含水量會降低，膜結構和膜組分將發(fā)生變化，丙二醛（MDA）含量會增加，游離脯氨酸（Pro）將成倍增加以保持細胞滲透壓[1-3]。棉花植株體內所發(fā)生的一系列生理生化反應，常常導致棉花產量和品質下降。

本試驗研究鹽脅迫下轉基因棉花品種與其受體非轉基因品種之間生理變化的差異，可為轉外源基因給棉花生長發(fā)育帶來的影響和轉基因棉花安全風險評估提供技術依據，為發(fā)展鹽堿地植棉和轉基因抗蟲棉高產栽培技術提供一定的理論指導。

1 材料和方法

1.1 材料

供試棉花品種為轉Bt基因棉花品種晉棉26號及其轉Bt基因受體品種晉棉7號。

1.2 方法

采用花盆種植，出苗20 d后開始用NaCl溶液澆灌，2個品種均設5個NaCl處理濃度：0（CK），0.1%，0.2%，0.3%，0.4%。脅迫7 d后，取第2葉，分別測定葉片相對含水量（RWC）及游離Pro、丙二醛（MDA）和Bt毒蛋白含量。

1.3 測定項目及方法

葉片含水量測定采用恒質量法；丙二醛（MDA）測定用硫代巴比妥酸法；脯氨酸（Pro）采用酸性茚三酮法測定[4-5]；Bt毒蛋白含量采用ELISA測定[6]。

2 結果與分析

2.1 NaCl脅迫下葉片細胞含水量變化

由圖1可知，在低濃度NaCl脅迫下，轉Bt基因棉花與非轉基因棉花葉片含水量沒有顯著差異，當脅迫濃度達到0.3%和0.4%時，轉Bt基因棉花晉棉26號和非轉Bt基因棉花晉棉7號的葉片細胞含水量均比對照顯著下降。其中，晉棉26號分別下降16.9%和24.7%；晉棉7號分別下降19.4%和24.0%。但二者之間并無顯著差異。

2.2 NaCl脅迫下游離脯氨酸含量的變化

從圖2可以看出，在NaCl脅迫下，在轉Bt基因棉花晉棉26號和非轉Bt基因受體晉棉7號體內游離Pro的含量均顯著增加，但2個品種之間無顯著差異。隨著脅迫鹽濃度的增加，Pro含量不斷增加，各處理間Pro含量均存在顯著差異，說明游離Pro含量對于脅迫程度的變化非常敏感，因此，游離Pro含量可以作為棉花受脅迫程度的一個指示指標。Pro作為滲透調節(jié)物質大量積累，對于棉花適應由鹽造成的滲透脅迫有重要意義[7-8]。

2.3 NaCl脅迫下丙二醛（MDA）含量的變化

NaCl脅迫會對植物的細胞膜造成傷害，MDA是膜脂過氧化作用產生的可作植物受害程度強弱的指標之一[9-11]。由圖3可知，隨著鹽濃度的增加，MDA含量逐漸升高，但不同處理組增加的幅度不同，在轉Bt基因棉花和非轉Bt基因棉花之間無顯著差異，0.1%NaCl處理和0.2%NaCl處理的MDA含量與CK差異不大，說明低濃度鹽脅迫對其生長無顯著影響。MDA含量的變化說明棉花對鹽脅迫有一定的耐受性。

2.4 NaCl脅迫下轉Bt基因棉花Bt毒蛋白含量的變化

從圖4可以看出，轉Bt基因棉花晉棉26號，其毒蛋白含量在鹽脅迫下比對照減少，隨著脅迫濃度的增大，下降幅度增大。在0.4%鹽脅迫下，其毒蛋白含量比對照顯著減少。Bt毒素蛋白是轉基因抗蟲棉組織的重要成分，從本試驗的結果分析，在鹽脅迫下，轉基因抗蟲棉的抗蟲穩(wěn)定性會受到一定的影響。

3 討論與結論

棉花是一種耐鹽性相對較強的作物，在低于0.4%的鹽脅迫下，棉花生長雖然受到一定影響，但仍可以結鈴吐絮[12-13]。

鹽脅迫導致棉花體內發(fā)生一系列的生化反應，葉片細胞含水量降低，MDA和游離Pro含量增加等[14-16]。這些生理變化在轉Bt基因棉花和非轉Bt基因棉花之間沒有明顯差別。MDA含量代表膜脂過氧化的水平，能反映出植物在脅迫條件下受傷害的程度，耐鹽性較強的植物在鹽脅迫下MDA含量增加幅度較小。在0.1%和0.2%NaCl脅迫下，MDA含量與CK組沒有顯著差異，證實了棉花確實具有一定耐鹽性。隨著脅迫濃度的增大，棉花膜脂過氧化程度加深，MDA含量顯著升高。Pro是一種滲透保護劑，它的增加有助于細胞保水，也可作為碳水化合物的來源和酶、細胞結構的保護劑。在受到NaCl脅迫時，Pro含量大幅增加是棉花具有一定抗鹽性的表現(xiàn)。

轉Bt基因棉花在鹽脅迫下，Bt毒蛋白含量下降，隨著脅迫程度的加深，下降幅度增加。Bt毒素蛋白的減少與逆境脅迫下植物為了生長發(fā)育需消耗更多的總N從而導致體內總蛋白減少有關[17]。轉基因抗蟲棉體內的毒素蛋白含量與棉花抗蟲性直接相關，NaCl脅迫導致毒素蛋白含量顯著減少，會引起抗蟲性的降低，這值得棉花育種和栽培研究者思考。

［1］尹增芳，何禎祥，王麗霞.NaCl脅迫下海濱錦葵種子萌發(fā)和幼苗生長過程的生理特性變化[J].植物資源與環(huán)境學報，2006，15（1）：14-17.

［2］袁琳，克里木.伊力，張利權.NaCl脅迫對阿月渾子實生苗活性氧代謝與細胞膜穩(wěn)定性的影響[J].植物生態(tài)學報，2005，29（6）：985-991.

［3］賀莉，徐曉騰，劉菲，等.NaCl脅迫下野生大豆生理生態(tài)反應的研究[J].大豆科學，2011，30（2）：242-245.

［4］謝德意，王惠萍，王付欣，等.鹽脅迫對棉花種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J].中國棉花，2000，27（9）：12-13.

［5］郝建軍，康宗利，于洋.植物生理學實驗技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007：105-176.

［6］葉武威，王俊娟，樊寶相，等.棉花耐鹽性鑒定及其研究進展[C] //中國棉花學會2011年年會論文匯編.北京：中國棉花學會，2011：114.

［7］沈義國，陳受宜.植物鹽脅迫應答的分子機制[J].遺傳，2001（4）：366-368.

［8］盧青.植物耐鹽性的分子生物學研究進展[J].生物學雜志，2000（4）：9-11.

［9］李曉燕，宋占午，董志賢.植物的鹽脅迫生理[J].西北師范大學學報：自然科學版，2004，40（3）：106-111.

［10］楊少輝，季靜，王罡.鹽脅迫對植物的影響及植物的抗鹽機理[J].世界科技研究與發(fā)展，2006，28（4）：70-76.

［11］佟友麗，馮君偉，李玉花.植物抗鹽脅迫研究進展[J].生物技術通訊，2008（19）：138-140.

［12］林棲鳳，李冠一.植物耐鹽性研究進展[J].生物工程進展，2000（2）：19-23.

［13］王保民，李召虎，李斌，等.轉Bt基因抗蟲棉各器官毒蛋白的含量及表達[J].農業(yè)生物技術學報，2002，10（3）：215-219.

［14］楊興洪，程吉明，陳翠容，等.轉Bt基因抗蟲棉生育特性與經濟性狀的研究[J].華北農學報，2000，15（1）：67-70.

［15］張妙仙，王仰仁，王仲熊.山西省涑水河盆地小麥棉花耐鹽度方程[J].土壤侵蝕與水土保持學報，1999，5（6）：123-126.

［16］孫小芳，鄭青松，劉友良.鹽脅迫下不同基因型棉花萌發(fā)生長和離子吸收特性[J].棉花學報，2001，13（3）：134-137.

［17］郭彥，張文會，楊洪雙，等.鹽脅迫下水稻發(fā)芽特性和幼苗耐鹽生理基礎[J].安徽農業(yè)科學，2006，34（6）：1053-1054.

Physiological Responses Difference of TransgenicBtCotton and Nontransgenic BtCotton under the Stressing of NaCl

ZHUYong-hong，PANZhuan-xia，XIAZhi，ZHAOJun-xia
（InstituteofCotton，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Yuncheng044000，China）

To seek whether there was any difference on physiological reactions between transgenic Bt cotton and non-transgenic Bt cotton under the stressing ofNaCl,the cell water content,malondialdehyde（MDA）,free proline（Pro）and Bt toxin protein of leaf cells were measured on the condition of potted cotton irrigated with different concentrations of NaCl.The results showed that the cell water content decreased significantly under NaCl stress in cotton leaf cells,malondialdehyde（MDA）content increased significantly,proline（Pro）content increased significantly,and there was no significant difference in transgenic Bt cotton and non transgenic Bt cotton.It indicated that transferred Bt gene on cotton didn't affect the growth and development ofcotton.The Bt toxin protein content of transgenic Bt cotton appeared significantlydecreased.It indicated that the resistance ofcotton bollworm decreased under NaCl stressing.

NaCl stress;transgenic Bt cotton;non-transgenic Bt cotton;physiological reaction;toxin protein

S562

A

1002-2481（2016）03-0297-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.03.06

2015-10-29

棉花生物學國家重點實驗室開放課題（CB2015A04）；山西省財政廳種業(yè)發(fā)展專項（2015ZYZX-06）；山西省科技基礎條件平臺建設項目（20150910004-0103）

朱永紅（1974-），男，陜西渭南人，助理研究員，碩士，主要從事棉花抗逆育種研究工作。