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Bt(Bacillus thuringiensis)玉米(Zea mays)是全球商品化程度最快的抗虫转基因作物之一。Bt玉米的种植和推广有效地控制了靶标害虫,减少了化学农药的使用,但带来了许多生态安全和环境问题,其中Bt玉米对非靶标昆虫的影响已成为生物安全的核心问题。本文以Bt玉米(5422Bt1和5422CBCL)及其同源常规玉米(5422)为材料,研究了:1)Bt玉米田间昆虫群落的组成和优势度,确定了优势昆虫种类;2)研究了Bt玉米对玉米蚜(Rhopalosiphum maidis)及其捕食性天敌龟纹瓢虫(Propylaeajaponica生长发育和繁殖的影响,并检测了Cry1Ab蛋白在玉米-玉米蚜-龟纹瓢虫这一食物链中的传递;3)探讨了Bt玉米对广食性鳞翅目害虫斜纹夜蛾(Spodotera litura)影响的机理。主要结果如下: 1.田间昆虫群落调查实验结果表明,Bt与非Bt玉米田间昆虫群落的组成和优势度相似。ELISA测定结果表明,从Bt玉米田捕获的昆虫(蚜科、瓢虫科、蟋蟀科和斜纹夜蛾)体内均能检测到Cry1Ab蛋白。 2.Bt玉米对玉米蚜的生命表参数以及生长发育(平均寿命、蜕皮数、发育历期和成虫虫重)和繁殖(产蚜历期和产蚜数)均没有不利影响;以取食Bt玉米的玉米蚜为食的龟纹瓢虫生长发育和繁殖没有受到不利影响。无论在室内还是田间条件下,Bt玉米表达的Cry1Ab蛋白在玉米叶-玉米蚜-龟纹瓢虫这一食物链均能检测到,且呈逐级递减趋势。 3.取食5422Bt1玉米叶的斜纹夜蛾中肠超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、多酚氧化酶(PPO)、腺苷三磷酸酶(ATPase)、乙酰胆碱酯酶(TChE)和谷胱甘肽-S-转移酶(GSH-ST)活性均显著高于5422玉米叶处理;取食5422Bt1玉米粒的斜纹夜蛾中肠SOD和过氧化物酶(POD)活性显著低于5422玉米粒处理,但其谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、PPO和TChE酶活性显著高于5422玉米粒处理。取食5422CBCL玉米叶的斜纹夜蛾中肠GSH-PX和TChE酶活性显著高于5422玉米叶处理;取食5422CBCL玉米粒的斜纹夜蛾中肠SOD、POD和TChE酶活性显著低于5422玉米粒处理,但其GSH-PX和PPO酶活性显著高于5422玉米粒处理。 昆虫中肠内的ALP作为Bt蛋白Cry1A的功能受体,在昆虫斜纹夜蛾体内的表达存在差异性。无论是取食玉米粒还是玉米叶片,5422Bt1处理的斜纹夜蛾幼虫中肠碱性磷酸酶基因(SlAlp1/2)表达水平要显著高于5422处理。无论是取食Bt还是非Bt玉米,玉米叶处理的幼虫中肠的SlAlp1/2要高于玉米粒处理。 在不同处理中,斜纹夜蛾幼虫中肠酶活性以及SlAlp1/2表达差异与Bt玉米叶和玉米粒中的Cry1Ab的含量有关,也与被斜纹夜蛾幼虫摄取与激活的Cry1Ab有关。Bt玉米叶中的Cry1Ab蛋白含量显著高于玉米粒;和玉米叶处理相比,取食玉米粒的斜纹夜蛾幼虫中肠内130 KDa的Cry1Ab蛋白条带并没有被水解激活为65 KDa的活性蛋白片段。无论是幼虫取食玉米叶还是玉米粒,5422Bt1处理的幼虫中肠内Cry1Ab蛋白含量高于5422CBCL处理。 以上结果表明Bt玉米虽然不影响昆虫群落,也不影响次要害虫玉米蚜及其捕食性天敌龟纹瓢虫的生长发育和繁殖,但Cry1Ab蛋白在优势昆虫种类体内的存在以及在食物链中的传递可能是潜在的生态安全问题。此外,Bt玉米中Cry1Ab蛋白表达的组织差异会影响斜纹夜蛾幼虫对其的摄取和激活,最终影响中肠酶活和SlAlp1/2表达,这可能引起斜纹夜蛾幼虫对Bt玉米的低敏感性。