当前,气候变化已成为全球性环境“热点”问题。统计报告显示,全球CO2浓度已从工业革命前的280ppm增长至2017年的406ppm;此外,全球温度也自19世纪末工业革命后逐渐变暖,1990-2005年全球平均温度增幅约为每十年0.15℃-0.3℃,未来全球气候将持续变暖。随着全球气候变化问题逐渐凸显,转Bt作物也将面临着众多生态风险。研究表明,大气CO2浓度升高在提高作物产量、生物量积累的同时,可显著降低转Bt棉花和转Bt水稻外源Bt蛋白含量,进而表现对外源Bt蛋白的“稀释效应”及其基因表达“沉默”现象,致使其面临靶标抗虫性降低的生态风险。另一方面,转Bt作物的N素代谢生理水平可以影响Bt蛋白的合成和表达。因此,我们设想对N肥进行优化管理是提高转Bt作物的氨基酸合成及硝酸还原酶等氮素代谢关键酶活性的一种重要手段,由此来促进植物蛋白质（包括Bt蛋白）的合成及表达。在大气温度和CO2浓度升高环境条件下,转Bt作物对其靶标鳞翅目害虫会有怎样的影响?不同固氮菌处理下转Bt作物的肥效利用及抗虫表达存在何种差异?这些问题的明确有助于我们充分利用固氮菌来优化管理肥料达到增强作物抗虫能力和减肥增效的效果,有利于保证气候变化下我国转Bt作物的生产安全和生态可持续利用。本研究紧密联系我国主要的粮食作物（玉米）的生产实际,以转Bt玉米为研究对象,结合温度CO2浓度升高这一全世界气候变化热点问题,接种筛选出的两种高效固氮的固氮菌（巴西固氮螺菌和圆褐固氮菌）处理下,从昆虫生理学、植物营养学和生理生化等角度入手研究气候变化下固氮菌调控转Bt玉米生长和产量情况,及其靶标害虫粘虫的生长发育和繁殖以及取食营养利用等,主要研究结果如下:1.气候变化下固氮菌调控Bt玉米生长及其产量评估本研究以转Bt玉米为研究对象,结合温度和CO2浓度两个关键环境因子,在不同固氮菌处理下,就转Bt玉米及其亲本对照的生长势、产量、植株营养水平及其土壤肥力进行了系统研究和比较。试验结果显示,就植株生理指标来看,倍增CO2显著提高了玉米的生长势（如茎粗、株高、根冠比及植物干重）和产量（百粒重、单株干籽粒重）;接种巴西固氮螺菌（AB）和圆褐固氮菌（AC）都显著增加了玉米的生长势（茎粗、株高、根冠比及植物干重）和产量指标（百粒重、单株干籽粒重）,结果表明倍增CO2浓度和固氮菌处理均显著增加了玉米植株生物量积累,有利于玉米的生长。就植株营养生化指标来看,倍增CO2显著增加了植株全碳含量及少数必须氨基酸（如苏氨酸、赖氨酸、组氨酸、精氨酸）的含量,并显著降低了植株全氮含量、全磷含量、全钾含量及部分氨基酸（如天冬氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸和酪氨酸）含量;接种巴西固氮螺菌（AB）和圆褐固氮菌（AC）均显著增加了植株全氮含量、全磷含量及大部分氨基酸（如天冬氨酸、苏氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、赖氨酸和组氨酸）的含量,同时降低了植株全碳含量、全钾含量以及丝氨酸和精氨酸的含量,研究结果表明倍增C02有利于植株C素利用和积累,可见,通过固氮菌处理缓解了环境倍增CO2对玉米营养水平的不利影响,提高了植株N素利用和营养水平,充分利用固氮菌来优化管理肥料达到减肥增效、增产具有指导性意义。2.气候变化下固氮菌调控Bt玉米植物保护酶和外源Bt毒素表达研究本研究以转Bt玉米和亲本玉米为研究对象,结合温度和C02浓度以及接菌固氮菌处理,从植物生理生化学入手详细描述、比较了玉米保护酶和外源Bt毒素表达的差异。实验结果显示,倍增CO2浓度显著增加了植株自身保护酶活性和与次生防卫（JA）息息相关的5种氨基酸（缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸）的含量;两种固氮菌侵染也显著提高了植株自身保护酶活性和5种氨基酸的含量,结果表明环境压力促进了植株自身防御系统,固氮菌侵染提高了植物自身的诱导抗性;从ELISA和Western实验结果得出,倍增CO2浓度显著降低了转Bt玉米外源Bt毒蛋白表达;接种巴西固氮螺菌和圆褐固氮菌均显著提高了转Bt玉米外源Bt毒蛋白表达,其中圆褐固氮菌效果更好,研究结果表明倍增CO2抑制了转Bt玉米外源毒蛋白表达,而通过固氮菌侵染则缓解了这一不利影响,并提高了转Bt玉米应对未来环境压力所带来的靶标抗虫性降低这一生态风险的应变能力,促进了玉米自身防卫的同时也提高了转Bt玉米组成抗性的表达,通过固氮菌侵染来优化管理肥料达到减施增效的效果,有利于保证气候变化下我国转Bt作物的生产安全和生态可持续利用。3.气候变化下固氮菌调控Bt玉米对其靶标害虫粘虫生长发育、繁殖和取食营养利用的影响研究本研究以转Bt玉米为研究对象,结合温度和C02浓度两个关键环境因子,在不同固氮菌处理下,就靶标害虫粘虫Mythimna separata（Lepidoptera:Noctuidae）的生长发育、繁殖及营养利用进行了系统研究。结果显示,倍增CO2显著增加了粘虫幼虫历期、蛹期、相对取食速率RCR和近似消化率AD,显著降低了化蛹率、蛹重、成虫寿命、繁殖力、相对生长速率RGR、消化食物转化率ECD和摄取食物转化率ECI,实验表明倍增CO2浓度通过降低寄主植物的营养水平,间接对植食性害虫的生长发育和取食利用产生了消极影响,靶标害虫粘虫增加了取食量来满足自身生长需要来应对此类消极影响,从而预测未来气候变化下玉米将面临靶标害虫粘虫暴发为害风险;另一方面,喂食固氮菌侵染后的转Bt玉米会显著增加幼虫历期、蛹期、RCR与AD,缩短了成虫寿命,同时显著降低了化蛹率、蛹重、成虫繁殖力、RGR、ECD和ECI,与侵染后的亲本玉米呈相反规律,研究结果表明固氮菌侵染增加了转Bt玉米的毒素表达,靶标害虫粘虫的生长发育及取食利用受到阻碍甚至致死。综合考虑,高CO2浓度会导致粘虫取食量增加,田间危害加重,同时高C02浓度存在对外源Bt蛋白的“稀释效应”,施加根际固氮菌有利于缓解此现象,对转Bt玉米的抗虫效果也有增效作用。正如预期的那样,连续两年的实地研究数据并没有显著的年际变化,温度因素也无显著影响。从整体趋势上看倍增CO2浓度降低了玉米植株的营养水平,抑制了转Bt玉米的毒蛋白表达,也间接导致了粘虫取食量增加田间危害加重;通过增施固氮菌缓解了环境压力对植株营养利用和抗性表达的不利影响,也提高了玉米植株自身防卫和营养品质。本研究系统的阐明了气候变化下（C02、温度）固氮菌调控Bt玉米生长及其靶标抗虫性的变化并从生理学、营养学和生理生化多角度进行验证,明确了气候变化下粘虫的发生为害规律,并提供了行之有效的生物调控手段来优化管理肥料达到减施增效、增产的效果,有利于保证气候变化下我国转Bt作物的生产安全和生态可持续利用。