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抗虫转基因Bt/CpTI对不同组合栽培稻—杂草稻F_2代适合度的影响

张宏彬  
【摘要】:抗虫转基因栽培稻的研发为提升栽培稻产量、保障我国的粮食安全提供了新的契机,但抗虫转基因逃逸后的潜在生态影响也日益受到全球的广泛关注。杂草稻是栽培稻田中的同种杂草,是稻田三大恶性草害之一,近年来随着一些栽培稻种植区耕作方式由传统的移栽向直播的转变,加之农民疏于田间管理,栽培稻田中杂草稻的发生呈逐年增长的趋势,给栽培稻的种植和生产带来了很大的危害。 已有研究证实栽培稻基因可以通过基因流逃逸到杂草稻群体中,考虑到逃逸后的转基因能够在受体杂草稻群体中正常表达,因而抗虫转基因从栽培稻逃逸到杂草稻群体后能否在其群体中固定和扩散,主要取决于形成的杂交后代和杂草稻亲本相比是否具有适合度上的相对优势。分析转基因响应于不同环境的适合度效益可以为转基因逃逸后生态影响的预测与控制提供参考。 转基因的适合度是转基因适应环境并传播其自身的能力,它会受到转基因自身特性、受体群体的遗传背景、群体所处的自然环境条件等因素的影响。 前人关于抗虫转基因逃逸后对于杂草稻群体的生态影响的研究还很有限,考虑到栽培稻在我国乃至世界粮食生产上的重要意义,以及抗虫转基因栽培稻在我国面临商品化生产的现状,对于抗虫转基因逃逸后的适合度效应进行更系统和深入的研究显得很有必要。 为了更好的评估抗虫转基因、杂草稻遗传背景以及不同的种植方式对于杂交后代适合度的影响,本实验选取了采自世界5个不同的栽培稻种植区、具有较大表型和遗传差异的杂草稻株系,通过人工杂交获得含有转基因(Bt/CpTI)的杂交F1代,并通过其自交得到5个组合的F2代分离群体,对含有转基因的F2群体和不含转基因的F2代群体在不同的环境条件下的田间适合度表现进行了比较分析。考虑到每个株系的两个群体的遗传背景基本相同,差别仅仅在于是否含有抗虫转基因,因而能够排除遗传背景的差异对于实验所造成的影响,从而更好地检测抗虫转基因在群体中的适合度影响。此外,本实验设置了有差异的控虫水平,用不同的种植方式模拟了不同的稻田耕作方式下杂草稻发生的密度水平,以期更好地了解不同的种植方式对于适合度的影响。 本实验的目的在于:(1)比较含转基因和不含转基因的F2群体在自然虫压和控虫(低虫压)环境条件下的适合度差异;(2)比较不同的种植方式(单种、正常混种和加密混种)对适合度的影响;(3)比较不同杂草稻遗传背景对于杂交后代的适合度影响。实验结果表明: 1.相对于不含抗虫转基因的杂交F2代群体,含有抗虫转基因的杂交F2代群体在不控虫的条件下能够给群体带来一定的适合度优势,主要表现在能显著提高植株的单株种子数量等生殖适合度性状。此外,含有抗虫转基因的杂种F2群体在株高等生长有关的适合度性状上也表现出一定的优势。三因素方差分析结果表明,是否含有抗虫转基因对各杂交F2代群体的虫情以及各适合度性状均有极显著的影响。 2.本实验中不同的种植方式对于除结实率之外的适合度性状都有显著的影响,对于虫情没有显著的影响。在加密混种(15cm×15cm)的条件下,多数被检测的适合度相关性状(分蘖数、穗数、单株种子数)的表现都显著比其在正常混种(20cm×20cm)的条件下的相同性状差,并且转基因带来的适合度差异在一定程度上被放大,即种植密度加大使得含有转基因和不含转基因的F2群体之间的适合度差异更加明显。这些结果表明,不同的种植密度会对转基因适合度的效应有一定影响。 3.不同遗传背景的杂草稻本底的抗虫能力存在一定的差异,三因素方差分析也表明杂草稻亲本遗传背景对于群体上的虫压指数和本实验所涉及的所有适合度性状都有显著的影响,这提示我们在评估基因逃逸的生态影响时,必须要考虑到自然群体具有的丰富的遗传多样性可能影响转基因的选择优势这一情况,应该针对不同的遗传背景做逐案分析。 此外,转基因、杂草稻遗传背景以及不同的种植方式三因素之间均无明显的互作关系,表明各因素在影响群体虫情和适合度上作用的相对独立性。 本研究以5种不同杂交组合的F2代中含有和不含转基因的群体为材料,比较了它们在不同的种植方式和控虫条件下的适合度差异,主要结论为:在环境虫压较高的条件下抗虫转基因能够给杂交F2代群体带来一定的适合度利益;不同的种植方式对于适合度会产生一定影响;此外抗虫转基因在杂交后代群体中的适合度效应受到杂草稻遗传背景的影响,因此在进行抗虫转基因适合度效应分析时应充分考虑各个因素的影响。本研究结果会为评估栽培稻转基因逃逸后的生态影响提供有价值的参考资料。


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