NaCl胁迫下转Bt棉花和非转Bt棉花的生理反应差异

朱永红，潘转霞，夏芷，赵俊侠

（山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000）

NaCl胁迫下转Bt棉花和非转Bt棉花的生理反应差异

朱永红，潘转霞，夏芷，赵俊侠

（山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000）

为研究NaCl胁迫下转Bt基因棉花和非转Bt基因棉花的生理反应差异，采用盆栽条件下不同浓度NaCl溶液浇灌处理，测定叶片细胞含水量（RWC）、丙二醛（MDA）含量、游离脯氨酸（Pro）含量和Bt毒素蛋白含量。结果表明，NaCl胁迫下转Bt基因棉花和非转Bt基因棉花叶片细胞含水量比无胁迫明显降低，丙二醛含量明显升高，游离脯氨酸含量大幅增加，这些生理变化在转Bt基因棉花和非转Bt基因棉花之间没有显著差异，说明转入Bt基因对棉花的生长发育不会造成显著影响；在0.4%NaCl胁迫下，转Bt基因棉花Bt毒素蛋白含量出现了显著下降，说明在NaCl胁迫下转Bt基因棉花的抗虫性下降。

NaCl胁迫；转Bt基因棉花；非转Bt基因棉花；生理反应；毒素蛋白

随着我国耕地面积不断减少，粮棉争地矛盾将更加突出，棉花必须给粮食让地。因此，发展盐碱地植棉将是我国棉花生产的发展趋势。在盐胁迫下，植物细胞含水量会降低，膜结构和膜组分将发生变化，丙二醛（MDA）含量会增加，游离脯氨酸（Pro）将成倍增加以保持细胞渗透压[1-3]。棉花植株体内所发生的一系列生理生化反应，常常导致棉花产量和品质下降。

本试验研究盐胁迫下转基因棉花品种与其受体非转基因品种之间生理变化的差异，可为转外源基因给棉花生长发育带来的影响和转基因棉花安全风险评估提供技术依据，为发展盐碱地植棉和转基因抗虫棉高产栽培技术提供一定的理论指导。

1 材料和方法

1.1 材料

供试棉花品种为转Bt基因棉花品种晋棉26号及其转Bt基因受体品种晋棉7号。

1.2 方法

采用花盆种植，出苗20 d后开始用NaCl溶液浇灌，2个品种均设5个NaCl处理浓度：0（CK），0.1%，0.2%，0.3%，0.4%。胁迫7 d后，取第2叶，分别测定叶片相对含水量（RWC）及游离Pro、丙二醛（MDA）和Bt毒蛋白含量。

1.3 测定项目及方法

叶片含水量测定采用恒质量法；丙二醛（MDA）测定用硫代巴比妥酸法；脯氨酸（Pro）采用酸性茚三酮法测定[4-5]；Bt毒蛋白含量采用ELISA测定[6]。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫下叶片细胞含水量变化

由图1可知，在低浓度NaCl胁迫下，转Bt基因棉花与非转基因棉花叶片含水量没有显著差异，当胁迫浓度达到0.3%和0.4%时，转Bt基因棉花晋棉26号和非转Bt基因棉花晋棉7号的叶片细胞含水量均比对照显著下降。其中，晋棉26号分别下降16.9%和24.7%；晋棉7号分别下降19.4%和24.0%。但二者之间并无显著差异。

2.2 NaCl胁迫下游离脯氨酸含量的变化

从图2可以看出，在NaCl胁迫下，在转Bt基因棉花晋棉26号和非转Bt基因受体晋棉7号体内游离Pro的含量均显著增加，但2个品种之间无显著差异。随着胁迫盐浓度的增加，Pro含量不断增加，各处理间Pro含量均存在显著差异，说明游离Pro含量对于胁迫程度的变化非常敏感，因此，游离Pro含量可以作为棉花受胁迫程度的一个指示指标。Pro作为渗透调节物质大量积累，对于棉花适应由盐造成的渗透胁迫有重要意义[7-8]。

2.3 NaCl胁迫下丙二醛（MDA）含量的变化

NaCl胁迫会对植物的细胞膜造成伤害，MDA是膜脂过氧化作用产生的可作植物受害程度强弱的指标之一[9-11]。由图3可知，随着盐浓度的增加，MDA含量逐渐升高，但不同处理组增加的幅度不同，在转Bt基因棉花和非转Bt基因棉花之间无显著差异，0.1%NaCl处理和0.2%NaCl处理的MDA含量与CK差异不大，说明低浓度盐胁迫对其生长无显著影响。MDA含量的变化说明棉花对盐胁迫有一定的耐受性。

2.4 NaCl胁迫下转Bt基因棉花Bt毒蛋白含量的变化

从图4可以看出，转Bt基因棉花晋棉26号，其毒蛋白含量在盐胁迫下比对照减少，随着胁迫浓度的增大，下降幅度增大。在0.4%盐胁迫下，其毒蛋白含量比对照显著减少。Bt毒素蛋白是转基因抗虫棉组织的重要成分，从本试验的结果分析，在盐胁迫下，转基因抗虫棉的抗虫稳定性会受到一定的影响。

3 讨论与结论

棉花是一种耐盐性相对较强的作物，在低于0.4%的盐胁迫下，棉花生长虽然受到一定影响，但仍可以结铃吐絮[12-13]。

盐胁迫导致棉花体内发生一系列的生化反应，叶片细胞含水量降低，MDA和游离Pro含量增加等[14-16]。这些生理变化在转Bt基因棉花和非转Bt基因棉花之间没有明显差别。MDA含量代表膜脂过氧化的水平，能反映出植物在胁迫条件下受伤害的程度，耐盐性较强的植物在盐胁迫下MDA含量增加幅度较小。在0.1%和0.2%NaCl胁迫下，MDA含量与CK组没有显著差异，证实了棉花确实具有一定耐盐性。随着胁迫浓度的增大，棉花膜脂过氧化程度加深，MDA含量显著升高。Pro是一种渗透保护剂，它的增加有助于细胞保水，也可作为碳水化合物的来源和酶、细胞结构的保护剂。在受到NaCl胁迫时，Pro含量大幅增加是棉花具有一定抗盐性的表现。

转Bt基因棉花在盐胁迫下，Bt毒蛋白含量下降，随着胁迫程度的加深，下降幅度增加。Bt毒素蛋白的减少与逆境胁迫下植物为了生长发育需消耗更多的总N从而导致体内总蛋白减少有关[17]。转基因抗虫棉体内的毒素蛋白含量与棉花抗虫性直接相关，NaCl胁迫导致毒素蛋白含量显著减少，会引起抗虫性的降低，这值得棉花育种和栽培研究者思考。

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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

棉花生物学国家重点实验室开放课题（CB2015A04）；山西省财政厅种业发展专项（2015ZYZX-06）；山西省科技基础条件平台建设项目（20150910004-0103）

朱永红（1974-），男，陕西渭南人，助理研究员，硕士，主要从事棉花抗逆育种研究工作。