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Bt基因玉米的抗虫鉴定及杂种优势

谢宇, 杨巍, 任雪娇, 慈佳宾, 姜良宇, 杨伟光

谢宇, 杨巍, 任雪娇, 等. 转Bt基因玉米的抗虫鉴定及杂种优势[J]. 华南农业大学学报, 2019, 40(4): 25-32. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.201809027
引用本文: 谢宇, 杨巍, 任雪娇, 等. 转Bt基因玉米的抗虫鉴定及杂种优势[J]. 华南农业大学学报, 2019, 40(4): 25-32. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.201809027
XIE Yu, YANG Wei, REN Xuejiao, et al. Insect-resistant identification and heterosis of transgenic Bt maize[J]. Journal of South China Agricultural University, 2019, 40(4): 25-32. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.201809027
Citation: XIE Yu, YANG Wei, REN Xuejiao, et al. Insect-resistant identification and heterosis of transgenic Bt maize[J]. Journal of South China Agricultural University, 2019, 40(4): 25-32. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.201809027

Bt基因玉米的抗虫鉴定及杂种优势

基金项目: 国家重点研发计划项目(2017YFD0101102);吉林省科技发展计划项目(20160204001NY,20170307009NY);吉林省教育厅“十三五”科学技术项目(JJKH20180663KJ,JJKH20180660KJ)
详细信息
    作者简介:

    谢宇(1992—),女,硕士研究生,E-mail: 2804217360@qq.com

    通讯作者:

    杨伟光(1960—),男,教授,博士,E-mail: ywg789@126.com

  • 中图分类号: S334.5

Insect-resistant identification and heterosis of transgenic Bt maize

  • 摘要:
    目的 

    研究转Bt基因玉米Zea may材料表达、产量潜力及杂种优势表现,为转基因材料遗传改良提供参考。

    方法 

    以Reid群骨干系PH6WC及育成的自交系J1490、J1495、4DH10和外引系PH1CPS作母本,以Non-Reid为基础的转Bt基因材料6DH85、J1401、6DH222、8DH273和8DH279以及自选系J9D207、J1628、J1668为父本,按NCⅡ设计组配40(5×8)个杂交组合,对转Bt基因材料抗虫表现和产量潜力进行研究。

    结果 

    通过回交转育系谱法处理后代获得转基因材料中的部分Bt基因丢失或者沉默,没有在子代中成功表达出相应蛋白。转Bt基因的杂交组合在一定程度上可以避免因虫害造成的产量损失,与对照品种相比,组合4DH10×8DH279表现最好,增产31.10%;组合J1495×J1401虽然含有Bt基因,且与其不含Bt基因的同父本组合相比增产效果明显,最高可增产65.77%,但与对照品种相比,仅增产10.04%。

    结论 

    玉米转基因育种与常规育种相结合,对其跟踪测配,才有望培育出高产、抗虫优良品种。

    Abstract:
    Objective 

    To study the material expression, yield potential and heterosis of transgenic Bt maize(Zea may), and provide references for genetic modification of transgene materials.

    Method 

    The Reid group elite line PH6WC, the bred inbred lines J1490, J1495 and 4DH10, as well as the introduced line PH1CPS were used as female parents. The Non-Reid based transgenic Bt materials, including 6DH85, J1401, 6DH222, 8DH273 and 8DH279, as well as the self-selected lines J9D207, J1628 and J1688 were used as male parents. Totally 40(5×8) cross combinations according to the NCⅡ design were assembled. The insect-resistant performance and yield potential of transgenic Bt materials were studied.

    Result 

    Part of the Bt genes were deleted or silenced in transgene materials obtained through backcrossing pedigree method, and no corresponding protein was successfully expressed in the filial generations. The cross combination of transgenic Bt materials could partially avoid yield loss due to pest. Comparing to the control variety, combination 4DH10×8DH279 had the best performance with 31.10% yield increase. For combination J1495×J1401, although it contained the Bt gene and it displayed obvious yield increase (65.77% at the highest) compared with the combination without Bt gene of the same male parent, however, it only had 10.04% yield increase compared with the control variety.

    Conclusion 

    High-yield and insect-resistant maize varieties can be bred through combining transgene breeding with conventional breeding as well as tracking and testing.

  • 玉米螟Ostrinia furnacalis和黏虫Mythinna separata是我国玉米Zea may主产区最主要的害虫[1]。据统计,玉米螟一般发生年可造成减产7%~10%,轻者可造成减产5%左右,重者造成减产达20%~30%,甚至更多[2-3]。目前玉米螟和黏虫等虫害主要采用化学农药防治,虽然具有一定功效,但同时也带来诸多问题,如农药的使用破坏了生态环境,增加了农业生产成本,化学农药在食物中的残留危害人类的身体健康,长期使用农药带来害虫耐药性,致使害虫防治更困难。而通过培育抗虫性品种来防治虫害,经济有效[4-6]

    以重组DNA和转基因技术为重点的生物技术的快速发展,为培育抗虫玉米新品种提供了新的手段[7-9]。与传统的育种方法相比,转基因育种技术具有虫害防治成本低、抗性基因来源丰富、不受不同生物体间生殖隔离的限制等优点[10-12]。但受基因型限制,适合于遗传转化的受体材料有限,转化率低,且通过遗传转化获得的自交系植株的综合性状通常不优良,因此较为简便的是通过回交的方法将目的基因导入到综合农艺性状优良的背景材料中,从而获得既具有优良的外源目的基因性状,又具有综合优良性状的品种[13-15]。本研究对回交转育的Bt材料进行转基因检测和遗传特性研究。通过玉米螟、黏虫受害情况调查,结合分子鉴定,对种植的转Bt基因材料进行筛选,为转基因抗虫研究提供材料和参考。

    供试材料由吉林农业大学农学院种子科学与工程教研室提供。

    2016年,以Reid群骨干系PH6WC及其育成的自交系J1490、J1495、4DH10和外引系PH1CPS作母本,以Non-Reid为基础的转Bt基因材料6DH85、J1401和6DH222以及自选系J9D207、J1628、J1668为父本,按NCⅡ遗传交配设计,组配30 (5×6)个杂交组合。2017年春,将30个杂交组合和11个亲本以及对照材料先玉335(CK)在吉林大学“转基因实验圃”作随机区组处理,2次重复,4行区,行长5 m。种植密度6.0万株/hm2。2017年冬,以同样的方法将补充的亲本(8DH273和8DH279)和组配的杂交种及原有的材料在海南实验田种植。2016和2017年共计组配40个杂交组合。

    田间抗虫鉴定:在不施用任何药剂情况下分别于苗期、腊熟期调查玉米植株受玉米螟和黏虫的为害程度,参照农业部953号公告—10.1—2007标准[16]确定食叶级别和雌穗被害级别,从而确定转基因抗虫玉米的抗性水平。

    室内抗虫鉴定:采取转基因和未转基因幼嫩玉米叶片饲喂玉米螟,每个处理饲喂10头,饲喂3 d后称质量1次。

    每小区选取中间2行收获,风干脱粒,测量小区产量及测定含水量,转换成标准水分的产量。选取10个果穗进行室内考种。包括穗长、穗粗、穗轴粗、秃尖长、穗行数、行粒数、百粒质量、穗粒质量、穗质量等性状。

    分子鉴定参照文献[17]的方法。利用复合式PCR方法对转Bt基因玉米进行鉴定,建立总反应体系为25 μL的PCR反应体系。具体操作:DNA首先在99 ℃下预变性5 min,经过3步(95 ℃变性5 s,65 ℃退火15 s,72 ℃延伸1 min)40轮循环后,终延伸72 ℃ 5 min,之后在4℃保温。在25 μL总反应体积中,含有10×PCR buffer 2.5 μL,25 mmol/L Mg2+ 2.0 μL,DMSO 1.25 μL,5 U/μL Taq酶0.20 μL,10 μmol/L引物各0.5 μL,20 ng/μL DNA 2.5 μL,ddH2O补齐25 μL。所用的引物分别为XTPNT(5′- CAGGTCGCTGTCATTGAATCCTGTTGCCGGTCTT-3′,5′- CAGGTCGCTGTCAATAATTGCGGGACTCTAAC-3′)和XTPCM(5′- CAGGTGGCAGTCATCATTGCGATAAAGGAAAGC-3′,5′- CAGGTGGCAGTCACGAAGCATAGTCGGATTGTG-3′),引物序列的下划线部分为人为加入富含GC的片段,PCR产物用12 g/L琼脂糖凝胶电泳检测并拍照。

    应用Excel软件整理试验数据,用DPS软件[18]进行方差分析和Tukey法多重比较。

    杂种优势分析按平均优势和对照优势进行[19]

    平均优势=100%( ${{\overline{{{F}}}}_1} - {\overline{{\rm{MP}}}})/{\overline{{\rm{MP}}}}$ ,式中 ${{\overline{{{F}}}}_1}$ 为杂种1代某性状均值, ${\overline{{\rm{MP}}}}$ 为双亲某性状平均值。

    对照优势=100%( ${{\overline{{{F}}}}_1} - {\overline{{\rm{CK}}}})/{\overline{{\rm{CK}}}}$ ,式中 ${\overline{{\rm{CK}}}}$ 为对照品种某一性状均值。

    对5份回交转育的转基因材料6DH85、J1401、6DH222、8DH273和8DH279进行分子检测,电泳结果表明,在大约100 bp处,出现了与阳性对照大小完全一致的DNA片段,表明外源Bt基因可以通过杂交和连续自交导入自交系中,5份转基因材料中J1401、8DH273和8DH279呈阳性(图1)。

    图  1  Bt基因自交系检测
    1:阳性对照Positive control,2:阴性对照Negative control,3:6DH85,4:6DH222,5:J1401,6:8DH273,7:8DH279,8:DL2000 DNA marker
    Figure  1.  Detection of transgenic Bt maize inbred lines

    对由J1401、8DH273和8DH279组配的15个杂交组合包括J1495×J1401、J1490×J1401、4DH10×J1401、PH1CPS×J1401、PH6WC×J1401、PH6WC×8DH273、J1490×8DH273、J1495×8DH273、PH1CPS×8DH273、4DH10×8DH273、PH6WC×8DH279、J1490×8DH279、J1495×8DH279、PH1CPS×8DH279和4DH10×8DH279进行转Bt基因检测,结果如图2所示,其中组合J1495×J1401、PH6WC×8DH273、J1490×8DH273、J1495×8DH273、PH1CPS×8DH273、4DH10×8DH273、PH6WC×8DH279、J1490×8DH279、J1495×8DH279、PH1CPS×8DH279、4DH10×8DH279呈阳性。通过对回交转育材料及其组配杂交种的Bt基因检测,发现通过回交后代处理的系谱法获得的转基因后代出现转基因丢失或者沉默,因此需进行转基因跟踪检测。

    图  2  Bt基因杂交种检测
    1:DL2000 DNA marker,2:阳性对照Positive control,3:阴性对照Negative control,4:PH6WC×J1401,5:J1490×J1401,6:4DH10×J1401,7:PH1CPS×J1401,8:J1495×J1401,9:PH6WC×8DH273,10:J1490×8DH273,11:J1495×8DH273,12:PH1CPS×8DH273,13:4DH10×8DH273,14:PH6WC×8DH279,15:PH6WC×8DH279,16:J1495×8DH279,17:PH1CPS×8DH279,18:4DH10×8DH279
    Figure  2.  Detection of transgenic Bt maize hybrid lines

    对5份转基因材料6DH85、J1401、6DH222、8DH273、8DH279和2份骨干系PH6WC、J9D207,以及由J1401、8DH273、8DH279组配的15个杂交组合的田间抗虫表现进行了鉴定。结果如表1所示,苗期叶片被害级别以J1401、8DH273、8DH279自交系和组合J1495×J1401、PH6WC×8DH273、J1490×8DH273、J1495×8DH273、PH1CPS×8DH273、4DH10×8DH273、PH6WC×8DH279、J1490×8DH279、J1495×8DH279、PH1CPS×8DH279、4DH10×8DH279为高抗,茎秆折断率各组合均为0;腊熟期雌穗被害级别同样是J1401、8DH273、8DH279自交系和组合J1495×J1401、PH6WC×8DH273、J1490×8DH273、J1495×8DH273、PH1CPS×8DH273、4DH10×8DH273、PH6WC×8DH279、J1490×8DH279、J1495×8DH279、PH1CPS×8DH279、4DH10×8DH279为高抗,茎秆折断率均为0。由此表明,通过回交转育法获得的转Bt基因自交系可在玉米各时期表现抗虫性。

    表  1  Bt基因材料苗期、腊熟期田间抗虫表现
    Table  1.  Insect-resistance performance of transgenic Bt gene material at seedling stage and wax stage
    组合
    Combination
    苗期 Seedling stage 腊熟期 Maturation stage
    食叶级别
    Leaf-feeding
    level
    虫害级别1)
    Pest
    level
    茎秆折断率/%
    Stem breakage
    rate
    雌穗被害级别
    Ear damage level
    虫害级别1)
    Pest
    level
    茎秆折断率/%
    Stem breakage
    rate
    PH6WC×J1401 6.84 S 0 5.14 S 0
    J1490×J1401 6.33 S 0 5.21 S 0
    J1495×J1401 0 HR 0 1.00 HR 0
    PH1CPS×J1401 6.98 S 0 5.27 S 0
    4DH10×J1401 4.92 MR 0 5.29 S 0
    PH6WC×8DH273 0.23 HR 0 1.00 HR 0
    J1490×8DH273 0.89 HR 0 1.00 HR 0
    J1495×8DH273 0 HR 0 1.00 HR 0
    PH1CPS×8DH273 0 HR 0 1.00 HR 0
    4DH10×8DH273 0 HR 0 1.00 HR 0
    PH6WC×8DH279 0 HR 0 1.00 HR 0
    J1490×8DH279 0 HR 0 1.00 HR 0
    J1495×8DH279 0 HR 0 1.00 HR 0
    PH1CPS×8DH279 0 HR 0 1.00 HR 0
    4DH10×8DH279 0 HR 0 1.00 HR 0
    8DH273 0 HR 0 1.00 HR 0
    8DH279 0 HR 0 1.00 HR 0
    6DH85 6.75 S 0 5.14 S 0
    J1401 0.57 HR 0 1.00 HR 0
    6DH222 6.41 S 0 5.05 S 0
    PH6WC 6.23 S 0 5.13 S 0
    J9D207 6.12 S 0 5.16 S 0
     1) HR:高抗,R:抗,MR:中抗,S:感,高感:HS[16]
     1) HR:High resistance,R:Resistance,MR:Medium resistance,S:Susceptivity,HS: High susceptivity
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    对5份转基因材料6DH85、J1401、6DH222、8DH273、8DH279和2份骨干系PH6WC、J9D207,以及由J1401、8DH273、8DH279所组配的15个杂交组合的室内抗虫表现进行了鉴定。结果如表2所示,以不含Bt基因植株的叶片饲喂玉米螟,其成长较快,而以含有Bt基因植株的叶片饲喂玉米螟时,低龄幼虫较快死亡,高龄幼虫虽然不会死亡,但是生长缓慢。由此表明,通过回交转育法获得的转Bt基因自交系的抗虫性表现明显。

    表  2  Bt基因材料室内抗虫表现1)
    Table  2.  Indoor identification of insect resistance of transgenic Bt gene material
    组合
    Combination
    平均单头虫质量/mg
    Average weight of each insect
    死亡率/%
    Mortality
    组合
    Combination
    平均单头虫质量/mg
    Average weight of each insect
    死亡率/%
    Mortality
    0 d 3 d 6 d 9 d 0 d 3 d 6 d 9 d
    PH6WC×J1401 8.50 17.10 41.50 60.40 0 J1490×8DH279 8.29 100
    37.10 42.10 60.10 80.30 0 40.83 40.19 41.49 43.84 0
    88.20 93.40 120.40 140.50 0 91.92 94.87 95.54 96.32 0
    J1490×J1401 7.70 12.30 27.50 44.90 0 J1495×8DH279 7.84 100
    44.20 49.80 65.70 87.30 0 39.16 38.94 39.61 42.59 0
    88.40 95.10 116.90 130.10 0 89.60 91.51 94.35 94.89 0
    J1495×J1401 8.30 100 PH1CPS×8DH279 6.93 100
    42.00 44.60 47.30 49.60 0 39.48 39.51 41.26 42.11 0
    84.40 99.10 96.50 98.40 0 87.52 90.46 92.13 95.62 0
    PH1CPS×J1401 8.46 14.90 25.70 41.90 0 4DH10×8DH279 7.61 100
    37.30 43.20 56.70 77.20 0 38.42 39.46 39.91 42.53 0
    89.40 93.40 107.90 114.60 0 88.46 93.16 95.29 98.89 0
    4DH10×J1401 8.76 11.70 19.60 36.80 0 8DH273 9.14 100
    33.40 39.40 56.10 74.10 0 40.13 39.16 40.13 42.59 0
    90.20 98.60 110.10 119.90 0 90.29 91.95 91.26 93.19 0
    PH6WC×8DH273 8.37 100 8DH279 8.61 100
    36.87 37.23 37.41 38.56 0 42.84 43.19 44.62 44.89 0
    93.48 95.29 96.94 98.26 0 90.16 91.16 93.56 93.89 0
    J1490×8DH273 7.89 100 6DH85 9.33 14.10 23.10 48.90 0
    37.52 38.19 40.53 41.61 0 38.40 41.70 57.80 67.60 0
    92.87 94.51 95.16 97.19 0 89.20 94.50 115.30 123.10 0
    J1495×8DH273 8.06 100 J1401 9.70 100
    34.13 33.81 34.13 36.45 0 34.50 36.40 35.10 37.20 0
    88.24 91.19 93.46 94.60 0 85.50 87.60 97.80 97.50 0
    PH1CPS×8DH273 9.23 100 6DH222 7.91 14.70 28.60 64.90 0
    36.95 37.51 39.48 39.89 0 39.10 44.80 65.10 78.90 0
    89.51 91.46 92.51 95.49 0 84.20 94.10 109.70 119.60 0
    4DH10×8DH273 9.12 100 PH6WC 7.82 11.40 19.90 47.90 0
    37.23 36.26 38.13 39.49 0 35.60 45.70 59.00 77.90 0
    89.62 93.61 96.13 98.60 0 84.30 94.30 113.60 123.90 0
    PH6WC×8DH279 8.16 100 J9D207 6.72 13.50 24.60 56.70 0
    41.25 43.62 43.89 46.91 0 36.40 44.50 68.90 89.40 0
    93.12 94.29 94.13 95.36 0 87.20 96.50 114.70 130.80 0
     1) 表中数据空白处表示玉米螟虫已被转Bt基因玉米叶片毒死
     1) Blank data in the table indicate that the corn locusts had been poisoned by the Bt gene maize leaves
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    将40个杂交组合的穗长、穗粗、秃尖长、穗质量、百粒质量及产量性状的方差分析列于表3,6个性状F值均达到极显著水平,表明所组配的杂交组合遗传差异普遍存在。

    表  3  玉米植株各性状方差分析1)
    Table  3.  Variance analysis of different characters of maize plant
    变异来源
    Variance source
    DF 穗长
    Ear length
    穗粗
    Ear coarse
    秃尖长
    Baretop length
    穗质量
    Ear weigh
    百粒质量
    100-grain weight
    产量
    Yield
    组合 Combination 29 656.71** 8.85** 203.30** 855.39** 417.84** 622.40**
    亲本 Parent 28 229.00** 5.36** 166.63** 254.39** 115.37** 296.03**
    误差 Error 39 0 0.99 0 3.55 0.05 0.01
     1) “*”和“**”分别表示影响达到0.05和0.01的显著水平
     1) “*” and “**” indicate the effect reaches 0.05 and 0.01 significance levels, respectively
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    将40个杂交组合中产量高于对照先玉335的组合产量数据归纳于表4。从表4可以看出,含有Bt基因的组合增产效果较其他组合明显,其中组合4DH10×8DH279比对照品种先玉335最高增产31.10%,差异达极显著水平,而组合J1495×J1401虽然含有Bt基因,与其同父本组合相比增产效果明显,最高可增产65.77%,但与先玉335相比,仅增产10.04%,说明仅靠抗虫这一单一手段不能从根本上解决粮食产量问题。

    表  4  不同组合产量多重比较
    Table  4.  The multiple comparisons of area yield in different combination
    组合
    Combination
    产量1)/
    (×103 kg·hm−2)
    Yield
    增产/%
    Yield
    increase
    是否含Bt基因
    Whether or not containing
    Bt gene
    组合
    Combination
    产量1)/
    (×103 kg·hm−2)
    Yield
    增产/%
    Yield
    increase
    是否含Bt基因
    Whether or not containing
    Bt gene
    4DH10×8DH279 15.20a 31.10 是 Yes PH6WC×6DH85 13.15hi 13.36 否 No
    PH6WC×8DH279 14.90ab 28.45 是 Yes J1490×J1628 12.88ij 11.03 否 No
    4DH10×8DH273 14.67bc 26.48 是 Yes J1495×J1401 12.76ijk 10.04 是 Yes
    J1490×8DH279 14.47bcd 24.75 是 Yes J1490×6DH85 12.75ijk 9.88 否 No
    PH6WC×8DH273 14.36cde 23.83 是 Yes 4DH10×J1668 12.55jk 8.20 否 No
    J1490×8DH273 14.11def 21.68 是 Yes PH1CPS×6DH222 12.50jk 7.79 否 No
    PH1CPS×8DH279 14.02defg 20.87 是 Yes PH1CPS×J9D207 12.39ljk 6.84 否 No
    J1495×J9D207 13.97defg 20.39 否 No PH6WC×J1668 12.32lk 6.17 否 No
    J1495×8DH279 13.89efg 19.70 是 Yes J1495×J1628 11.72l 1.05 否 No
    J1495×8DH273 13.66fgh 17.73 是 Yes 先玉335(CK) 11.60l 否 No
    4DH10×J1628 13.58gh 17.11 否 No 4DH10×J1401 9.65m −16.81 否 No
    4DH10×J9D207 13.52gh 16.52 否 No PH1CPS×J1401 8.48n −26.91 否 No
    PH1CPS×8DH273 13.25hi 14.22 是 Yes J1490×J1401 7.99no −31.10 否 No
    PH6WC×J1628 13.24hi 14.14 否 No PH6WC×J1401 7.70o −33.62 否 No
     1) 同列数据后的不同小写字母表示差异显著(P < 0.05, Tukey法)
     1) Different lowercase letters of the same column indicate significant difference (P < 0.05, Tukey method)
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    40个杂交组合产量性状的杂种优势如表5所示。结合转Bt基因检测结果发现,以转Bt基因8DH273、8DH279为父本组配的10个组合的平均优势及对照优势(或超标优势)均表现较好,其中,组合PH6WC×8DH279、4DH10×8DH273和J1490×8DH279的对照优势最高,分别为28.45%、26.48%和24.75%;以转Bt基因J1401为父本组配的5个组合中,只有含Bt基因的组合J1495×J1401的平均优势及对照优势均表现较好,平均优势为125.60%,对照优势(或超标优势)达11.27%,而其他不含Bt基因4个组合的平均优势及对照优势却表现很差,说明含有转Bt基因玉米的产量可以明显提高,也说明了经回交转育但未表达的改良材料,产量降低很多。同样,经转育未表达的6DH85和6DH222,除个别杂交组合优势较高外,总体表现较差。

    表  5  Bt基因材料产量性状的杂种优势
    Table  5.  Heterosis of transgenic Bt gene materials %
    组合
    Combination
    平均优势
    Average
    heterosis
    对照优势
    Control
    heterosis
    组合
    Combination
    平均优势
    Average
    heterosis
    对照优势
    Control
    heterosis
    组合
    Combination
    平均优势
    Average
    heterosis
    对照优势
    Control
    heterosis
    PH6WC×6DH85 115.56 14.63 PH6WC×J9D207 71.61 −5.11 4DH10×8DH273 124.85 26.48
    J1490×6DH85 102.29 11.11 J1490×J9D207 58.61 −9.53 PH6WC×6DH222 61.77 −11.84
    J1495×6DH85 36.63 −26.65 J1495×J9D207 118.17 21.74 J1490×6DH222 46.64 −17.53
    PH1CPS×6DH85 81.01 0.93 PH1CPS×J9D207 86.66 8.04 J1495×6DH222 33.85 −26.38
    4DH10×6DH85 59.55 −15.75 4DH10×J9D207 114.55 17.83 PH1CPS×6DH222 90.97 9.00
    PH6WC×J1401 37.51 −32.88 PH6WC×J1628 88.18 15.42 4DH10×6DH222 47.65 −20.09
    J1490×J1401 37.81 −30.32 J1490×J1628 77.99 12.27 PH1CPS×8DH279 98.48 20.87
    J1495×J1401 125.60 11.27 J1495×J1628 65.24 2.19 4DH10×8DH279 126.13 31.10
    PH1CPS×J1401 43.81 −26.09 PH1CPS×J1628 53.46 −1.92 PH6WC×J1668 100.43 7.36
    4DH10×J1401 73.67 −15.88 4DH10×J1628 94.26 18.42 J1490×J1668 80.47 −0.19
    PH6WC×8DH273 118.69 23.83 PH6WC×8DH279 120.15 28.45 J1495×J1668 75.73 −4.98
    J1490×8DH273 108.53 21.67 J1490×8DH279 107.67 24.75 PH1CPS×J1668 63.35 −8.29
    J1495×8DH273 106.10 17.73 J1495×8DH279 103.41 19.70 4DH10×J1668 105.71 9.41
    PH1CPS×8DH273 93.03 14.22
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    Bt基因后代材料在苗期对黏虫、腊熟期对玉米螟的田间抗虫性以及室内抗虫鉴定表现都比较突出,均为高抗,说明通过回交转育法获得的转Bt基因自交系可在玉米生长各时期表现抗虫性,这与朱卫红等[20]、李余良等[21]研究相一致。通过PCR试验对亲本验证,亲本J1401、8DH273和8DH279含有Bt基因,说明通过杂交的方法可以将Bt基因转入到自交系中,对其组配的杂交组合通过PCR试验进行验证,结果显示杂交组合J1495×J1401、PH6WC×8DH273、J1490×8DH273、J1495×8DH273、PH1CPS×8DH273、4DH10×8DH273、PH6WC×8DH279、J1490×8DH279、J1495×8DH279、PH1CPS×8DH279、4DH10×8DH279含有Bt基因,而其他组合均不含有Bt基因,说明在培育转基因抗虫植株时,经过几代有性繁殖后可发生外源基因沉默或者丢失的现象,从而影响其应用价值,这与刘清等[22]的研究结果相同。因此在研究转基因植株时需进行基因跟踪检测。

    含有Bt基因组合表现为明显的对照优势,与对照品种先玉335相比,组合4DH10×8DH279表现最好,增产31.10%,产量明显提高,其增产来自转Bt基因对虫害的抗性效应,这与罗梅浩等[23]研究结果相同。亲本J9D207虽然不含有Bt基因,但其组配的杂交组合的产量与对照品种先玉335相比提高产量20.39%,而组合J1495×J1401虽然也含有Bt基因,与先玉335相比,仅增产10.04%,说明仅靠抗虫这一单一手段不能从根本上解决粮食产量问题,因此分子转基因育种应结合常规育种手段,才有望培育出高产、抗虫、优质的玉米品种[24-26]

  • 图  1   Bt基因自交系检测

    1:阳性对照Positive control,2:阴性对照Negative control,3:6DH85,4:6DH222,5:J1401,6:8DH273,7:8DH279,8:DL2000 DNA marker

    Figure  1.   Detection of transgenic Bt maize inbred lines

    图  2   Bt基因杂交种检测

    1:DL2000 DNA marker,2:阳性对照Positive control,3:阴性对照Negative control,4:PH6WC×J1401,5:J1490×J1401,6:4DH10×J1401,7:PH1CPS×J1401,8:J1495×J1401,9:PH6WC×8DH273,10:J1490×8DH273,11:J1495×8DH273,12:PH1CPS×8DH273,13:4DH10×8DH273,14:PH6WC×8DH279,15:PH6WC×8DH279,16:J1495×8DH279,17:PH1CPS×8DH279,18:4DH10×8DH279

    Figure  2.   Detection of transgenic Bt maize hybrid lines

    表  1   Bt基因材料苗期、腊熟期田间抗虫表现

    Table  1   Insect-resistance performance of transgenic Bt gene material at seedling stage and wax stage

    组合
    Combination
    苗期 Seedling stage 腊熟期 Maturation stage
    食叶级别
    Leaf-feeding
    level
    虫害级别1)
    Pest
    level
    茎秆折断率/%
    Stem breakage
    rate
    雌穗被害级别
    Ear damage level
    虫害级别1)
    Pest
    level
    茎秆折断率/%
    Stem breakage
    rate
    PH6WC×J1401 6.84 S 0 5.14 S 0
    J1490×J1401 6.33 S 0 5.21 S 0
    J1495×J1401 0 HR 0 1.00 HR 0
    PH1CPS×J1401 6.98 S 0 5.27 S 0
    4DH10×J1401 4.92 MR 0 5.29 S 0
    PH6WC×8DH273 0.23 HR 0 1.00 HR 0
    J1490×8DH273 0.89 HR 0 1.00 HR 0
    J1495×8DH273 0 HR 0 1.00 HR 0
    PH1CPS×8DH273 0 HR 0 1.00 HR 0
    4DH10×8DH273 0 HR 0 1.00 HR 0
    PH6WC×8DH279 0 HR 0 1.00 HR 0
    J1490×8DH279 0 HR 0 1.00 HR 0
    J1495×8DH279 0 HR 0 1.00 HR 0
    PH1CPS×8DH279 0 HR 0 1.00 HR 0
    4DH10×8DH279 0 HR 0 1.00 HR 0
    8DH273 0 HR 0 1.00 HR 0
    8DH279 0 HR 0 1.00 HR 0
    6DH85 6.75 S 0 5.14 S 0
    J1401 0.57 HR 0 1.00 HR 0
    6DH222 6.41 S 0 5.05 S 0
    PH6WC 6.23 S 0 5.13 S 0
    J9D207 6.12 S 0 5.16 S 0
     1) HR:高抗,R:抗,MR:中抗,S:感,高感:HS[16]
     1) HR:High resistance,R:Resistance,MR:Medium resistance,S:Susceptivity,HS: High susceptivity
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    表  2   Bt基因材料室内抗虫表现1)

    Table  2   Indoor identification of insect resistance of transgenic Bt gene material

    组合
    Combination
    平均单头虫质量/mg
    Average weight of each insect
    死亡率/%
    Mortality
    组合
    Combination
    平均单头虫质量/mg
    Average weight of each insect
    死亡率/%
    Mortality
    0 d 3 d 6 d 9 d 0 d 3 d 6 d 9 d
    PH6WC×J1401 8.50 17.10 41.50 60.40 0 J1490×8DH279 8.29 100
    37.10 42.10 60.10 80.30 0 40.83 40.19 41.49 43.84 0
    88.20 93.40 120.40 140.50 0 91.92 94.87 95.54 96.32 0
    J1490×J1401 7.70 12.30 27.50 44.90 0 J1495×8DH279 7.84 100
    44.20 49.80 65.70 87.30 0 39.16 38.94 39.61 42.59 0
    88.40 95.10 116.90 130.10 0 89.60 91.51 94.35 94.89 0
    J1495×J1401 8.30 100 PH1CPS×8DH279 6.93 100
    42.00 44.60 47.30 49.60 0 39.48 39.51 41.26 42.11 0
    84.40 99.10 96.50 98.40 0 87.52 90.46 92.13 95.62 0
    PH1CPS×J1401 8.46 14.90 25.70 41.90 0 4DH10×8DH279 7.61 100
    37.30 43.20 56.70 77.20 0 38.42 39.46 39.91 42.53 0
    89.40 93.40 107.90 114.60 0 88.46 93.16 95.29 98.89 0
    4DH10×J1401 8.76 11.70 19.60 36.80 0 8DH273 9.14 100
    33.40 39.40 56.10 74.10 0 40.13 39.16 40.13 42.59 0
    90.20 98.60 110.10 119.90 0 90.29 91.95 91.26 93.19 0
    PH6WC×8DH273 8.37 100 8DH279 8.61 100
    36.87 37.23 37.41 38.56 0 42.84 43.19 44.62 44.89 0
    93.48 95.29 96.94 98.26 0 90.16 91.16 93.56 93.89 0
    J1490×8DH273 7.89 100 6DH85 9.33 14.10 23.10 48.90 0
    37.52 38.19 40.53 41.61 0 38.40 41.70 57.80 67.60 0
    92.87 94.51 95.16 97.19 0 89.20 94.50 115.30 123.10 0
    J1495×8DH273 8.06 100 J1401 9.70 100
    34.13 33.81 34.13 36.45 0 34.50 36.40 35.10 37.20 0
    88.24 91.19 93.46 94.60 0 85.50 87.60 97.80 97.50 0
    PH1CPS×8DH273 9.23 100 6DH222 7.91 14.70 28.60 64.90 0
    36.95 37.51 39.48 39.89 0 39.10 44.80 65.10 78.90 0
    89.51 91.46 92.51 95.49 0 84.20 94.10 109.70 119.60 0
    4DH10×8DH273 9.12 100 PH6WC 7.82 11.40 19.90 47.90 0
    37.23 36.26 38.13 39.49 0 35.60 45.70 59.00 77.90 0
    89.62 93.61 96.13 98.60 0 84.30 94.30 113.60 123.90 0
    PH6WC×8DH279 8.16 100 J9D207 6.72 13.50 24.60 56.70 0
    41.25 43.62 43.89 46.91 0 36.40 44.50 68.90 89.40 0
    93.12 94.29 94.13 95.36 0 87.20 96.50 114.70 130.80 0
     1) 表中数据空白处表示玉米螟虫已被转Bt基因玉米叶片毒死
     1) Blank data in the table indicate that the corn locusts had been poisoned by the Bt gene maize leaves
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    表  3   玉米植株各性状方差分析1)

    Table  3   Variance analysis of different characters of maize plant

    变异来源
    Variance source
    DF 穗长
    Ear length
    穗粗
    Ear coarse
    秃尖长
    Baretop length
    穗质量
    Ear weigh
    百粒质量
    100-grain weight
    产量
    Yield
    组合 Combination 29 656.71** 8.85** 203.30** 855.39** 417.84** 622.40**
    亲本 Parent 28 229.00** 5.36** 166.63** 254.39** 115.37** 296.03**
    误差 Error 39 0 0.99 0 3.55 0.05 0.01
     1) “*”和“**”分别表示影响达到0.05和0.01的显著水平
     1) “*” and “**” indicate the effect reaches 0.05 and 0.01 significance levels, respectively
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    表  4   不同组合产量多重比较

    Table  4   The multiple comparisons of area yield in different combination

    组合
    Combination
    产量1)/
    (×103 kg·hm−2)
    Yield
    增产/%
    Yield
    increase
    是否含Bt基因
    Whether or not containing
    Bt gene
    组合
    Combination
    产量1)/
    (×103 kg·hm−2)
    Yield
    增产/%
    Yield
    increase
    是否含Bt基因
    Whether or not containing
    Bt gene
    4DH10×8DH279 15.20a 31.10 是 Yes PH6WC×6DH85 13.15hi 13.36 否 No
    PH6WC×8DH279 14.90ab 28.45 是 Yes J1490×J1628 12.88ij 11.03 否 No
    4DH10×8DH273 14.67bc 26.48 是 Yes J1495×J1401 12.76ijk 10.04 是 Yes
    J1490×8DH279 14.47bcd 24.75 是 Yes J1490×6DH85 12.75ijk 9.88 否 No
    PH6WC×8DH273 14.36cde 23.83 是 Yes 4DH10×J1668 12.55jk 8.20 否 No
    J1490×8DH273 14.11def 21.68 是 Yes PH1CPS×6DH222 12.50jk 7.79 否 No
    PH1CPS×8DH279 14.02defg 20.87 是 Yes PH1CPS×J9D207 12.39ljk 6.84 否 No
    J1495×J9D207 13.97defg 20.39 否 No PH6WC×J1668 12.32lk 6.17 否 No
    J1495×8DH279 13.89efg 19.70 是 Yes J1495×J1628 11.72l 1.05 否 No
    J1495×8DH273 13.66fgh 17.73 是 Yes 先玉335(CK) 11.60l 否 No
    4DH10×J1628 13.58gh 17.11 否 No 4DH10×J1401 9.65m −16.81 否 No
    4DH10×J9D207 13.52gh 16.52 否 No PH1CPS×J1401 8.48n −26.91 否 No
    PH1CPS×8DH273 13.25hi 14.22 是 Yes J1490×J1401 7.99no −31.10 否 No
    PH6WC×J1628 13.24hi 14.14 否 No PH6WC×J1401 7.70o −33.62 否 No
     1) 同列数据后的不同小写字母表示差异显著(P < 0.05, Tukey法)
     1) Different lowercase letters of the same column indicate significant difference (P < 0.05, Tukey method)
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    表  5   Bt基因材料产量性状的杂种优势

    Table  5   Heterosis of transgenic Bt gene materials %

    组合
    Combination
    平均优势
    Average
    heterosis
    对照优势
    Control
    heterosis
    组合
    Combination
    平均优势
    Average
    heterosis
    对照优势
    Control
    heterosis
    组合
    Combination
    平均优势
    Average
    heterosis
    对照优势
    Control
    heterosis
    PH6WC×6DH85 115.56 14.63 PH6WC×J9D207 71.61 −5.11 4DH10×8DH273 124.85 26.48
    J1490×6DH85 102.29 11.11 J1490×J9D207 58.61 −9.53 PH6WC×6DH222 61.77 −11.84
    J1495×6DH85 36.63 −26.65 J1495×J9D207 118.17 21.74 J1490×6DH222 46.64 −17.53
    PH1CPS×6DH85 81.01 0.93 PH1CPS×J9D207 86.66 8.04 J1495×6DH222 33.85 −26.38
    4DH10×6DH85 59.55 −15.75 4DH10×J9D207 114.55 17.83 PH1CPS×6DH222 90.97 9.00
    PH6WC×J1401 37.51 −32.88 PH6WC×J1628 88.18 15.42 4DH10×6DH222 47.65 −20.09
    J1490×J1401 37.81 −30.32 J1490×J1628 77.99 12.27 PH1CPS×8DH279 98.48 20.87
    J1495×J1401 125.60 11.27 J1495×J1628 65.24 2.19 4DH10×8DH279 126.13 31.10
    PH1CPS×J1401 43.81 −26.09 PH1CPS×J1628 53.46 −1.92 PH6WC×J1668 100.43 7.36
    4DH10×J1401 73.67 −15.88 4DH10×J1628 94.26 18.42 J1490×J1668 80.47 −0.19
    PH6WC×8DH273 118.69 23.83 PH6WC×8DH279 120.15 28.45 J1495×J1668 75.73 −4.98
    J1490×8DH273 108.53 21.67 J1490×8DH279 107.67 24.75 PH1CPS×J1668 63.35 −8.29
    J1495×8DH273 106.10 17.73 J1495×8DH279 103.41 19.70 4DH10×J1668 105.71 9.41
    PH1CPS×8DH273 93.03 14.22
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-16
  • 网络出版日期:  2023-05-17
  • 刊出日期:  2019-07-09

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