兩種抗蟲抗除草劑復合性狀轉基因水稻的雜草化潛力研究.pdf

1、雜草化是轉基因作物環(huán)境釋放可能引起的生態(tài)風險之一。轉基因作物的雜草化有兩種方式，一是自身雜草化，即轉基因作物自身演變?yōu)殡s草;二是轉基因作物通過花粉漂移把抗性基因轉移到雜草中，導致抗性雜草的產生。單一性狀轉基因作物的雜草化已有較多報道，但針對復合性狀轉基因作物雜草化的報道很少。復合性狀轉基因作物是在一種受體中同時含有2個或2個以上抗性基因的轉基因作物，由于多基因之間的復雜關系，使復合性狀轉基因作物雜草化風險的可能性增強。因此在復合性狀轉基

2、因作物商業(yè)化之前務必對其雜草化的風險進行全面評估。
　　第一種抗蟲抗除草劑轉基因水稻B2A68由中科院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所培育，運用農桿菌介導法將人工優(yōu)化合成的抗蟲基因Cry2Aa＃和抗草銨膦基因Bar連接后轉入受體水稻D68中獲得，該水稻對除草劑草銨膦和水稻靶標害蟲具有良好的抗性。另一種轉基因水稻T1c-19由華中農業(yè)大學作物遺傳改良國家重點試驗室培育，通過農桿菌介導法將人工優(yōu)化合成的抗蟲基因Cry1C*和抗除草劑基因Bar連接

3、后轉入受體水稻明恢63中而獲得，田間試驗表明T1c-19對草銨膦和靶標害蟲（二化螟、三化螟、稻種卷葉螟）具有良好的抗性。這兩種轉基因水稻都具有較大的商業(yè)化可能性。
　　本試驗分別于2012年和2013年在南京地區(qū)研究了上述兩種復合性狀轉基因水稻自身雜草化的可能性;于2014研究了以T1c-19及其受體水稻明恢63為父本，雜草稻(茂名MM，泰州TZ，益陽YY)為母本獲得的F1在多種條件下的適合度。上述研究結果能為這兩種復合性狀轉基因

4、水稻的雜草化風險評估提供真實可靠的試驗數據;也能為復合性狀轉基因作物雜草化安全性評估標準的制定提供試驗依據。論文主要結果如下:
　　(1) B2A68演化為雜草的可能性:在農田生態(tài)環(huán)境下比較了抗蟲抗除草劑復合性狀轉基因水稻B2A68、抗除草劑單一性狀轉基因水稻Bar-68和常規(guī)稻寧粳4號的生存競爭能力、繁育能力、落粒性、萌發(fā)能力、種子活力保存能力。結果表明，無論在適宜期還是非適宜期，直播和移栽條件下的B2A68與Bar-68的生存

5、競爭能力和繁育能力均無顯著差異;而與常規(guī)稻相比，B2A68也沒有表現出明顯的優(yōu)勢。B2A68與Bar-68的落粒性無顯著差異，但顯著高于常規(guī)稻，3種水稻的落粒性處于中等水平。田間自生苗調查結果顯示，3種水稻均無自生苗出現。對收獲的水稻種子進行了萌發(fā)和埋藏試驗，結果顯示，3種水稻的萌發(fā)率無顯著差異，7d時的萌發(fā)率均在90％以上;在淺埋和深埋處理下，種子活力隨著時間延長而下降，但2種轉基因水稻種子活力顯著低于常規(guī)稻。以上結果表明，復合性狀轉

6、基因水稻在自然農田環(huán)境下演化為雜草的可能性不大。
　　(2) T1c-19演化為雜草的可能性:在農田環(huán)境下比較了抗蟲抗除草劑復合性狀轉基因水稻T1c-19與其非轉基因受體水稻明恢63(MH63)和常規(guī)稻豐兩優(yōu)香1號(CR)的生存競爭能力、繁育能力、落粒性、休眠性和種子活力保存能力。研究結果表明，無論是適宜期還是非適宜期，在直播和移栽條件下，T1c-19與其受體水稻MH63在生存競爭能力、繁育能力方面均無顯著差異，并且顯著弱于常規(guī)稻

7、。T1c-19和MH63的落粒率低于3％，顯著低于常規(guī)稻。3種水稻的休眠性都很弱。埋藏試驗表明，不論深埋還是淺埋，埋藏2月后，種子活力從90％左右迅速降低到不足40％，埋藏6個月后基本檢測不到有活力的種子，表明3種水稻的種子活力保存能力均不強。田間自生苗調查結果顯示，3種水稻都無無自生苗出現。以上結果表明，復合性狀轉基因水稻T1c-19在自然農田下演化為雜草的可能性不大。
　　(3) T1c-19與雜草稻雜交F1適合度表現:

8、>　　a雜交親和性:試驗以T1c-19及其受體栽培稻MH63為父本，3種雜草稻(茂名MM，秦州TZ，益陽YY)為母本，經過人工雜交獲得6種F1。人工雜交的結實率在41.7％-88.7％,轉基因水稻和受體水稻與同種雜草稻的雜交結實率相差不大，說明，轉基因水稻、受體栽培稻與雜草稻有著較高的親和性，且轉基因對受體水稻和雜草稻的親和性無顯著影響。
　　b復合基因對雜草稻適合度的影響:以T1c-19為父本雜交的3種抗性F1(F1+)的與以受

9、體水稻MH63為父本的受體F1(F1-)相比。在單種自然蟲壓下(蟲壓指數18.4％)，F1+與F1-相比表現出一定的適合度利益，主要表現在單穗飽粒數和單株產量上。在總適合度上，F1MM+和F1TZ+顯著高于F1MM-和F1TZ-，F1YY+與F1YY-相比差異不顯著。在單種無蟲壓下（蟲壓指數0％），F1MM+的株高、劍葉面積、穗長、單穗飽粒數、單株產量以及最后的總適合度都顯著低于F1MM-，表現出顯著的適合度成本。F1TZ+和F1YY+

10、的總適合度與各自受體的F1相比差異不顯著。在混種自然蟲壓下(13.3％)，F1TZ+與F1TZ-相比表現出明顯的適合度利益，而F1MM+和F1 YY+與F1MM-和F1YY-無顯著差異;在混種無蟲壓下(0％)，F1MM+的適合度顯著低于F1MM-，F1TZ+和F1YY+的適合度與F1TZ-和F1YY-無顯著差異。以上結果也表明，復合基因是否給雜草稻帶來適合度效應受到選擇壓和雜草稻基因型的影響?？剐訤1與各自相應的雜草稻相比。在單種或混種

11、的自然蟲壓下，3種F1+的總適合度顯著大于相應的母本雜草稻，均表現出顯著的適合度利益。在單種或混種的無蟲壓條件下，因雜草稻基因型的不同，3種F1+的適合度顯著高于雜草稻或與母本雜草稻相等。
　　c復合基因對栽培稻適合度的影響:自然蟲壓或無蟲壓下T1c-19與其受體栽培稻相比適合度均無顯著性差異，說明復合基因對栽培稻的影響比較小。
　　d選擇壓對攜帶復合基因T1c-19和抗性F1的適合度影響:草銨膦選擇壓給T1c-19和3種F

12、1+的適合度影響不是很明顯。有蟲壓下，僅F1TZ+與無蟲壓下的F1TZ+相比表現出顯著的適合度利益，對T1c-19和另外2種F1+的適合度影響不顯著。雙重選擇壓（草銨膦選擇壓+蟲壓）對攜帶復合基因的F1+和T1c-19的適合度影響不顯著。
　　綜合上所述，抗蟲抗除草劑復合性狀轉基因水稻B2A68和T1c-19在田間條件下生存競爭能力與相應的受體水稻無顯著性差異，演化為雜草的可能性不大。復合性狀轉基因水稻T1c-19及其受體水稻MH

13、63與雜草稻雜交F1的適合度表現因雜草稻基因型的不同而不同。在自然蟲壓下，抗性F1的適合度大于或與相應的受體F1無顯著差異。無蟲壓下，抗性F1的適合度小于受體F1或與受體F1無顯著差異。與雜草稻相比，在自然蟲壓，抗性F1均表現出較為顯著的適合度利益;但在無蟲壓下，F1+的適合度顯著高于或與母本雜草稻相近。環(huán)境選擇壓對抗性F1的適合度無顯著性影響。復合基因對栽培稻適合度影響較小，在自然蟲壓和無蟲壓下，T1c-19與受體水稻MH63適合度相