CO2濃度、溫度和氮肥水平對Bt水稻和稻飛虱(褐飛虱和白背飛虱)種群動態(tài)的影響.pdf

1、當前，大氣CO2濃度升高對生態(tài)系統(tǒng)的影響已成為全球氣候變化生物學(xué)研究的熱點問題。根據(jù)全球氣候模型預(yù)測，預(yù)計在本世紀末將達到540～970p.p.m。大氣CO2濃度的升高，加速了全球變暖的進程，而且也對整個生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。氮素作為植物體內(nèi)基本組成元素，對植物的生長起著重要作用，它不僅直接參與植物體內(nèi)的各項生理活動，而且對與轉(zhuǎn)Bt作物來說，更要參與Bt蛋白的合成。而水稻作為世界主要糧食作物，在未來倍增CO2條件下，其生長發(fā)育必然也會受到影

2、響。現(xiàn)在大多數(shù)實驗研究已經(jīng)表明，在高CO2環(huán)境下，雖然植物體內(nèi)C含量基本不變或者升高，但是N含量則會顯著下降，導(dǎo)致C∶N比增加，進而可能改變植物體內(nèi)的組織液成分，影響植食性昆蟲的取食，可能引發(fā)農(nóng)業(yè)害蟲大規(guī)模爆發(fā)危害。此外N缺乏，還會引起植物體內(nèi)物質(zhì)代謝和影響成分的發(fā)生改變，導(dǎo)致農(nóng)作物由于缺乏影響營養(yǎng)而不能正常生長或則降低自身抗蟲性引發(fā)害蟲的取食。因此在氣候變化條件下，對轉(zhuǎn)Bt水稻的影響如何，以及對水稻的非靶標害蟲又會產(chǎn)生什么影響呢？CO

3、2-轉(zhuǎn)Bt水稻-稻飛虱之間的交互作用是怎樣進行的？這些問題都值得我們深入研究。
　　由此，本文以取食轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻華恢(HH1)及其對照親本明恢(MH63)的褐飛虱為研究對象，通過開頂式氣室（Open-TopChamber;OTC）CO2控制試驗，系統(tǒng)研究了高CO2、不同溫度、不同氮肥環(huán)境條件下轉(zhuǎn)Bt水稻的對非靶標害蟲種群的影響，并進一步分析轉(zhuǎn)Bt水稻組織內(nèi)次級代謝產(chǎn)物總酚和草酸的合成，來未來大氣CO2濃度升高，全球溫度升高環(huán)

4、境下轉(zhuǎn)Bt水稻種植對非靶標害蟲的種群動態(tài)的影響。主要結(jié)果如下:
　　1.通過開頂式氣室(OTC)CO2控制試驗，以轉(zhuǎn)Bt水稻及其親本水稻上褐飛虱和白背飛虱取食為研究對象，系統(tǒng)研究了褐飛虱和白背飛虱在環(huán)境條件下的種群動態(tài)和不同蟲齡的發(fā)生動態(tài)的影響。結(jié)果表明:CO2濃度作為主效因子，顯著影響著稻飛虱的種群動態(tài)，發(fā)現(xiàn)隨著CO2濃度的升高，褐飛虱的種群數(shù)量顯著下降，但只對白背飛虱的成蟲有顯著作用，而對白背飛虱的若蟲和總蟲量沒有顯著作用。<

5、br>　　2.通過開項式氣室(OTC)CO2控制試驗，以轉(zhuǎn)Bt水稻及其親本水稻上褐飛虱和白背飛虱取食為研究對象，系統(tǒng)研究了褐飛虱和白背飛虱在環(huán)境條件下的翅型分化的影響。結(jié)果表明:CO2濃度、溫度水平、氮素水平對褐飛虱和白背飛虱的翅型分化的影響基本相同的。褐飛虱的翅型分化與CO2×溫度和溫度×氮素之間的交互作用有顯著相關(guān)，而與水稻品種無關(guān)。在高溫、低氮條件下，隨著CO2濃度升高，褐飛虱長翅型在成蟲中的比例顯著下降(P=0.0104＜0.0

6、5)，而短翅型比例提高，但是并沒有達到顯著差異;同時在對照CO2濃度下，長翅型在成蟲中的比例顯著高于短翅型的比例。
　　白背飛虱的翅型分化與轉(zhuǎn)Bt作物×CO2濃度×氮素水平之間的交互作用顯著相關(guān)。在高溫低氮條件下，轉(zhuǎn)Bt水稻和親本水稻上的白背飛虱翅型比例表現(xiàn)不同。在親本水稻上，隨著CO2濃度提高，短翅型比例提高，長翅型比例降低;而在轉(zhuǎn)Bt水稻上則相反;在高溫高氮條件下，隨著CO2濃度的提高，短翅型比例顯著下降，而長翅型比例提高，但

7、是并沒有達到顯著差異;同時在倍增CO2濃度下，轉(zhuǎn)Bt水稻和親本水稻上的白背飛虱長翅型比例顯著高于短翅型的比例。因此，在此條件下，白背飛虱成蟲趨向于向想長翅型擴展。
　　3.通過開頂式氣室(OTC)CO2控制試驗，以轉(zhuǎn)Bt水稻為研究對象，分析測定水稻植株體內(nèi)C∶N比，Bt蛋白含量、草酸含量以及總酚含量，來研究氣候變化條件下的轉(zhuǎn)Bt水稻Bt蛋白產(chǎn)量和次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量，試圖通過微觀角度來解釋氣候變化下對稻飛虱種群動態(tài)的變化。結(jié)果表明:

8、
　　通過研究發(fā)現(xiàn)，本實驗結(jié)果部分支持碳氮平衡假說。溫度和氮肥水平之間存在著顯著的交互作用（表3-1）。在高溫條件下，CO2濃度升高，轉(zhuǎn)Bt作物葉鞘中的氮的百分含量下降，但增施氮肥可以削弱CO2濃度帶來的負效應(yīng)，。但是，在低溫條件下，則表現(xiàn)出與碳氮平衡假說不一致的結(jié)果。在分蘗期，高氮條件下，使得倍增CO2濃度條件下轉(zhuǎn)Bt水稻葉鞘中的氮的百分含量提高了2.76％，但在低氮條件下，倍增CO2濃度則使得轉(zhuǎn)Bt水稻葉鞘中的氮含量下降7.4

9、5％，這與高溫狀態(tài)下轉(zhuǎn)Bt水稻葉鞘中的氮百分含量一致。而且在抽穗期，低溫條件下，則又發(fā)生變化，高氮處理使得轉(zhuǎn)Bt水稻葉鞘中的氮百分含量在倍增CO2濃度下下降，而在低氮條件下，卻又表現(xiàn)出上升的趨勢。
　　轉(zhuǎn)Bt水稻在不同生育期不同組織部位的Bt蛋白產(chǎn)量受不同環(huán)境因子影響。在分蘗期，施氮肥能增強CO2濃度升高對Bt蛋白產(chǎn)量的影響，同時葉片中Bt蛋白產(chǎn)量隨著氮素水平的提高而減低;而對于葉鞘中的Bt蛋白而言，并沒有像葉片中Bt蛋白一樣表現(xiàn)

10、出一致的趨勢。CO2×溫度水平×氮素水平的交互作用使得葉鞘中Bt蛋白產(chǎn)量在相同溫度水平下不同氮素條件下表現(xiàn)出完全相反的情況;在高溫下，經(jīng)過低氮處理后，葉鞘中Bt蛋白隨著CO2濃度的提高升高了0.074％，但是經(jīng)過高氮處理后，葉鞘中Bt蛋白產(chǎn)量則隨CO2濃度升高降低了11.03％，且達到了顯著水平。在抽穗期，發(fā)現(xiàn)增施氮肥能削弱CO2濃度升高對葉片中Bt蛋白產(chǎn)量的影響，同時轉(zhuǎn)Bt水稻葉片中Bt蛋白產(chǎn)量隨著氮素水平的提高而升高。葉鞘中的Bt蛋

11、白含量整體上隨著CO2濃度升高而下，但在在高溫、高氮條件下則表現(xiàn)相反，隨著CO2濃度的升高而升高，但是并沒有達到顯著差異。
　　草酸是植物體內(nèi)的重要次級代謝產(chǎn)物。本研究發(fā)現(xiàn)，Bt、氮素水平、氮素水平對水稻組織中的草酸含量具有顯著影響。研究發(fā)現(xiàn)，高溫、倍增CO2條件下，轉(zhuǎn)Bt水稻和親本水稻中的草酸含量會隨著氮素水平升高而升高;但在對照CO2濃度條件下，草酸含量會與Bt因子的存在與否具有相關(guān)性。同時水稻生育期不同，水稻組織中的草酸含量