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《南京农业大学》 2015年
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两种抗虫抗除草剂复合性状转基因水稻的杂草化潜力研究

黄鹞  
【摘要】:杂草化是转基因作物环境释放可能引起的生态风险之一。转基因作物的杂草化有两种方式,一是自身杂草化,即转基因作物自身演变为杂草;二是转基因作物通过花粉漂移把抗性基因转移到杂草中,导致抗性杂草的产生。单一性状转基因作物的杂草化已有较多报道,但针对复合性状转基因作物杂草化的报道很少。复合性状转基因作物是在一种受体中同时含有2个或2个以上抗性基因的转基因作物,由于多基因之间的复杂关系,使复合性状转基因作物杂草化风险的可能性增强。因此在复合性状转基因作物商业化之前务必对其杂草化的风险进行全面评估。第一种抗虫抗除草剂转基因水稻B2A68由中科院亚热带农业生态研究所培育,运用农杆菌介导法将人工优化合成的抗虫基因Cry2Aa#和抗草铵膦基因Bar连接后转入受体水稻D68中获得,该水稻对除草剂草铵膦和水稻靶标害虫具有良好的抗性。另一种转基因水稻T1c-19由华中农业大学作物遗传改良国家重点试验室培育,通过农杆菌介导法将人工优化合成的抗虫基因Cry1C*和抗除草剂基因Bar连接后转入受体水稻明恢63中而获得,田间试验表明T1c-19对草铵膦和靶标害虫(二化螟、三化螟、稻种卷叶螟)具有良好的抗性。这两种转基因水稻都具有较大的商业化可能性。本试验分别于2012年和2013年在南京地区研究了上述两种复合性状转基因水稻自身杂草化的可能性;于2014研究了以T1c-19及其受体水稻明恢63为父本,杂草稻(茂名MM,泰州TZ,益阳YY)为母本获得的F1在多种条件下的适合度。上述研究结果能为这两种复合性状转基因水稻的杂草化风险评估提供真实可靠的试验数据;也能为复合性状转基因作物杂草化安全性评估标准的制定提供试验依据。论文主要结果如下:(1)B2A68演化为杂草的可能性:在农田生态环境下比较了抗虫抗除草剂复合性状转基因水稻B2A68、抗除草剂单一性状转基因水稻Bar-68和常规稻宁粳4号的生存竞争能力、繁育能力、落粒性、萌发能力、种子活力保存能力。结果表明,无论在适宜期还是非适宜期,直播和移栽条件下的B2A68与Bar-68的生存竞争能力和繁育能力均无显著差异;而与常规稻相比,B2A68也没有表现出明显的优势。B2A68与Bar-68的落粒性无显著差异,但显著高于常规稻,3种水稻的落粒性处于中等水平。田间自生苗调查结果显示,3种水稻均无自生苗出现。对收获的水稻种子进行了萌发和埋藏试验,结果显示,3种水稻的萌发率无显著差异,7d时的萌发率均在90%以上;在浅埋和深埋处理下,种子活力随着时间延长而下降,但2种转基因水稻种子活力显著低于常规稻。以上结果表明,复合性状转基因水稻在自然农田环境下演化为杂草的可能性不大。(2)T1c-19演化为杂草的可能性:在农田环境下比较了抗虫抗除草剂复合性状转基因水稻T1c-19与其非转基因受体水稻明恢63(MH63)和常规稻丰两优香1号(CR)的生存竞争能力、繁育能力、落粒性、休眠性和种子活力保存能力。研究结果表明,无论是适宜期还是非适宜期,在直播和移栽条件下,T1c-19与其受体水稻MH63在生存竞争能力、繁育能力方面均无显著差异,并且显著弱于常规稻。T1c-19和MH63的落粒率低于3%,显著低于常规稻。3种水稻的休眠性都很弱。埋藏试验表明,不论深埋还是浅埋,埋藏2月后,种子活力从90%左右迅速降低到不足40%,埋藏6个月后基本检测不到有活力的种子,表明3种水稻的种子活力保存能力均不强。田间自生苗调查结果显示,3种水稻都无无自生苗出现。以上结果表明,复合性状转基因水稻T1c-19在自然农田下演化为杂草的可能性不大。(3)T1c-19与杂草稻杂交F1适合度表现:a杂交亲和性:试验以T1c-19及其受体栽培稻MH63为父本,3种杂草稻(茂名MM,泰州TZ,益阳YY)为母本,经过人工杂交获得6种F1。人工杂交的结实率在41.7%-88.7%,转基因水稻和受体水稻与同种杂草稻的杂交结实率相差不大,说明,转基因水稻、受体栽培稻与杂草稻有着较高的亲和性,且转基因对受体水稻和杂草稻的亲和性无显著影响。b复合基因对杂草稻适合度的影响:以T1c-19为父本杂交的3种抗性F1(F1+)的与以受体水稻MH63为父本的受体F1(F1-)相比。在单种自然虫压下(虫压指数18.4%),F1+与F1-相比表现出一定的适合度利益,主要表现在单穗饱粒数和单株产量上。在总适合度上,F1MM+和F1TZ+显著高于F1MM-和F1TZ-,F1YY+与F1YY-相比差异不显著。在单种无虫压下(虫压指数0%),F1MM+的株高、剑叶面积、穗长、单穗饱粒数、单株产量以及最后的总适合度都显著低于F1MM-,表现出显著的适合度成本。F1TZ+和F1YY+的总适合度与各自受体的F1相比差异不显著。在混种自然虫压下(13.3%),F1TZ+与F1TZ-相比表现出明显的适合度利益,而F1MM+和F1YY+与F1MM-和F1YY-无显著差异;在混种无虫压下(0%),F1MM+的适合度显著低于F1MM-,F1TZ+和F1YY+的适合度与F1TZ-和F1YY-无显著差异。以上结果也表明,复合基因是否给杂草稻带来适合度效应受到选择压和杂草稻基因型的影响。抗性F1与各自相应的杂草稻相比。在单种或混种的自然虫压下,3种F1+的总适合度显著大于相应的母本杂草稻,均表现出显著的适合度利益。在单种或混种的无虫压条件下,因杂草稻基因型的不同,3种F1+的适合度显著高于杂草稻或与母本杂草稻相等。c复合基因对栽培稻适合度的影响:自然虫压或无虫压下T1c-19与其受体栽培稻相比适合度均无显著性差异,说明复合基因对栽培稻的影响比较小。d选择压对携带复合基因T1c-19和抗性F1的适合度影响:草按膦选择压给T1c-19和3种F1+的适合度影响不是很明显。有虫压下,仅F1TZ+与无虫压下的F1TZ+相比表现出显著的适合度利益,对T1c-19和另外2种F1+的适合度影响不显著。双重选择压(草铵膦选择压+虫压)对携带复合基因的F1+和T1c-19的适合度影响不显著。综合上所述,抗虫抗除草剂复合性状转基因水稻B2A68和T1c-19在田间条件下生存竞争能力与相应的受体水稻无显著性差异,演化为杂草的可能性不大。复合性状转基因水稻T1c-19及其受体水稻MH63与杂草稻杂交F1的适合度表现因杂草稻基因型的不同而不同。在自然虫压下,抗性F1的适合度大于或与相应的受体F1无显著差异。无虫压下,抗性F1的适合度小于受体F1或与受体F1无显著差异。与杂草稻相比,在自然虫压,抗性F1均表现出较为显著的适合度利益;但在无虫压下,F1+的适合度显著高于或与母本杂草稻相近。环境选择压对抗性F1的适合度无显著性影响。复合基因对栽培稻适合度影响较小,在自然虫压和无虫压下,T1c-19与受体水稻MH63适合度相比无显著性差异。
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