兩種抗蟲抗除草劑復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因水稻的雜草化潛力研究.pdf

1、雜草化是轉(zhuǎn)基因作物環(huán)境釋放可能引起的生態(tài)風(fēng)險之一。轉(zhuǎn)基因作物的雜草化有兩種方式，一是自身雜草化，即轉(zhuǎn)基因作物自身演變?yōu)殡s草;二是轉(zhuǎn)基因作物通過花粉漂移把抗性基因轉(zhuǎn)移到雜草中，導(dǎo)致抗性雜草的產(chǎn)生。單一性狀轉(zhuǎn)基因作物的雜草化已有較多報道，但針對復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因作物雜草化的報道很少。復(fù)合性狀轉(zhuǎn)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(zhuǎn)基因作物，由于多基因之間的復(fù)雜關(guān)系，使復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因作物雜草化風(fēng)險的可能性增強。因此在復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基

2、因作物商業(yè)化之前務(wù)必對其雜草化的風(fēng)險進行全面評估。
　　第一種抗蟲抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻B2A68由中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所培育，運用農(nóng)桿菌介導(dǎo)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(zhuǎn)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(zhuǎn)基因水稻T1c-19由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良國家重點試驗室培育，通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fù)合性狀轉(zhuǎn)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(jié)果能為這兩種復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因

4、水稻的雜草化風(fēng)險評估提供真實可靠的試驗數(shù)據(jù);也能為復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因作物雜草化安全性評估標準的制定提供試驗依據(jù)。論文主要結(jié)果如下:
　　(1) B2A68演化為雜草的可能性:在農(nóng)田生態(tài)環(huán)境下比較了抗蟲抗除草劑復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因水稻B2A68、抗除草劑單一性狀轉(zhuǎn)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(jié)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(xiàn)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(diào)查結(jié)果顯示，3種水稻均無自生苗出現(xiàn)。對收獲的水稻種子進行了萌發(fā)和埋藏試驗，結(jié)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(zhuǎn)基因水稻種子活力顯著低于常規(guī)稻。以上結(jié)果表明，復(fù)合性狀轉(zhuǎn)

6、基因水稻在自然農(nóng)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(nóng)田環(huán)境下比較了抗蟲抗除草劑復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因水稻T1c-19與其非轉(zhuǎn)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(jié)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(diào)查結(jié)果顯示，3種水稻都無無自生苗出現(xiàn)。以上結(jié)果表明，復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因水稻T1c-19在自然農(nóng)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(xiàn):

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(jīng)過人工雜交獲得6種F1。人工雜交的結(jié)實率在41.7％-88.7％,轉(zhuǎn)基因水稻和受體水稻與同種雜草稻的雜交結(jié)實率相差不大，說明，轉(zhuǎn)基因水稻、受體栽培稻與雜草稻有著較高的親和性，且轉(zhuǎn)基因?qū)κ荏w水稻和雜草稻的親和性無顯著影響。
　　b復(fù)合基因?qū)﹄s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(shù)18.4％)，F(xiàn)1+與F1-相比表現(xiàn)出一定的適合度利益，主要表現(xiàn)在單穗飽粒數(shù)和單株產(chǎn)量上。在總適合度上，F(xiàn)1MM+和F1TZ+顯著高于F1MM-和F1TZ-，F(xiàn)1YY+與F1YY-相比差異不顯著。在單種無蟲壓下（蟲壓指數(shù)0％），F(xiàn)1MM+的株高、劍葉面積、穗長、單穗飽粒數(shù)、單株產(chǎn)量以及最后的總適合度都顯著低于F1MM-，表現(xiàn)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％)，F(xiàn)1TZ+與F1TZ-相比表現(xiàn)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％)，F(xiàn)1MM+的適合度顯著低于F1MM-，F(xiàn)1TZ+和F1YY+的適合度與F1TZ-和F1YY-無顯著差異。以上結(jié)果也表明，復(fù)合基因是否給雜草稻帶來適合度效應(yīng)受到選擇壓和雜草稻基因型的影響?？剐訤1與各自相應(yīng)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(yīng)的母本雜草稻，均表現(xiàn)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(fù)合基因?qū)υ耘嗟具m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(fù)合基因?qū)υ耘嗟镜挠绊懕容^小。
　　d選擇壓對攜帶復(fù)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(xiàn)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(fù)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(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因水稻B2A68和T1c-19在田間條件下生存競爭能力與相應(yīng)的受體水稻無顯著性差異，演化為雜草的可能性不大。復(fù)合性狀轉(zhuǎn)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(xiàn)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(yīng)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(xiàn)出較為顯著的適合度利益;但在無蟲壓下，F(xiàn)1+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(fù)合基因?qū)υ耘嗟具m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