抗蟲基因?qū)κ荏w水稻（Oryza sativa）的適合度效應(yīng)研究.pdf

1、多種抗水稻蟲害的外源基因已經(jīng)被轉(zhuǎn)入水稻中，一些轉(zhuǎn)基因水稻品系已進(jìn)入了環(huán)境安全評估并等待商業(yè)化生產(chǎn)。外源轉(zhuǎn)基因可以通過基因漂移逃逸到水稻的野生近緣種或雜草種群中并帶來一定的環(huán)境生態(tài)后果。但是轉(zhuǎn)基因水稻中的外源基因是否能在野生近緣種或雜草種群中被固定下來和擴(kuò)散開來，這與外源基因是否能提高野生近緣種或雜草類型的適合度密切相關(guān)。在一定的蟲壓條件下，抗蟲基因可能為野生近緣種或雜草種群帶來適合度利益，但在沒有蟲壓的條件下，抗蟲基因可能會(huì)消耗野生近緣

2、種或雜草類型的部分能量來運(yùn)轉(zhuǎn)該抗蟲基因，從而產(chǎn)生適合度凈成本。了解轉(zhuǎn)基因水稻中的抗蟲基因?qū)D(zhuǎn)基因水稻植株所帶來的利益與凈成本之間的平衡，可以為評估轉(zhuǎn)基因水稻與野生親緣種之間的雜交后代是否會(huì)因?yàn)檫m合度的改變而帶來環(huán)境后果提供有用的信息。但是，在嚴(yán)格的授控試驗(yàn)條件下開展水稻抗蟲轉(zhuǎn)基因潛在的適合度成本與利益的研究還未曾有過報(bào)道。與其它類型的轉(zhuǎn)基因作物一樣，轉(zhuǎn)基因水稻的生物安全評估需要闡明這些轉(zhuǎn)基因作物向野生和雜草近緣種基因流的程度以及基因流產(chǎn)

3、生之后，逃逸到野生或雜草近緣種中的外源基因是否可能為雜草稻或野生稻帶來適合度上的優(yōu)勢，從而導(dǎo)致不利的生態(tài)后果。作為了解外源轉(zhuǎn)基因?qū)σ吧净螂s草稻可能產(chǎn)生生態(tài)效應(yīng)的第一步，本項(xiàng)研究以中國研制的已接近商業(yè)化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)Bt基因、轉(zhuǎn)CpTl基因和轉(zhuǎn)Bt/CpTl雙價(jià)基因3種抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻品系作為研究對象，于2003年和2004年進(jìn)行了低蟲壓和高蟲壓授控條件下的盆栽試驗(yàn)和大田試驗(yàn)，比較了存在直接競爭和不存在直接競爭條件下的轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻與非轉(zhuǎn)基因親

4、本對照品種的生長和結(jié)實(shí)，特別關(guān)注了這些經(jīng)過多代選育的轉(zhuǎn)基因栽培稻品系中的外源基因是否表現(xiàn)出可檢測水平的適合度成本與利益。 在2003年的盆栽試驗(yàn)中，轉(zhuǎn)基因品系受螟蟲危害的程度均低于非轉(zhuǎn)基因?qū)φ掌废?，Bt、CpTl和Bt/CpTl三種抗蟲基因可以為轉(zhuǎn)基因品系的抗蟲性能帶來優(yōu)勢。在低蟲壓的條件下，Bt基因未對轉(zhuǎn)基因品系造成種子生產(chǎn)的適合度凈成本，在高蟲壓條件下可以為轉(zhuǎn)基因品系帶來種子生產(chǎn)的適合度利益，無論是在非競爭試驗(yàn)或是競爭試驗(yàn)中

5、，Bt基因都可以顯著增強(qiáng)植株的分蘗能力，使得植株的結(jié)穗數(shù)顯著增加，結(jié)實(shí)數(shù)量顯著增加；Bt基因在競爭條件下對轉(zhuǎn)基因水稻植株的適合度利益更為明顯。CpTl基因?qū)ΨN子生產(chǎn)的適合度效應(yīng)不明顯，低蟲壓條件下未對轉(zhuǎn)基因品系的結(jié)實(shí)產(chǎn)生適合度凈成本，高蟲壓條件下能顯著增強(qiáng)植株的分蘗能力，導(dǎo)致植株結(jié)穗數(shù)的顯著增加，但對植株最終的結(jié)實(shí)沒有帶來適合度利益，表明CpTl基因?qū)ΨN子生產(chǎn)的適合度效應(yīng)可以忽略。Bt/CpTl基因?qū)χ仓攴N子生產(chǎn)的適合度效應(yīng)顯著，在低蟲

6、壓的競爭條件下，Bt/CpTl品系的種子產(chǎn)量顯著低于對照，種子的千粒重也顯著低于對照；在高蟲壓條件的非競爭條件下，轉(zhuǎn)Bt/CpTl基因水稻植株在結(jié)實(shí)上可以表現(xiàn)出一定的適合度利益，但在高蟲壓的競爭條件下，其適合度利益不再顯現(xiàn)，表明Bt/CpTl基因在競爭條件下的適合度成本已經(jīng)達(dá)到可以抵消其適合度利益的程度。 在2004年的田間試驗(yàn)中，轉(zhuǎn)基因品系均表現(xiàn)出良好的抗蟲性能，受水稻縱卷葉螟和三化螟等鉆蛀性螟蟲的感染程度均顯著低于非轉(zhuǎn)基因?qū)?/p>

7、照。歷基因?qū)χ仓攴N子生產(chǎn)的適合度效應(yīng)不明顯，在低蟲壓條件下，Bt品系僅在非競爭條件下的結(jié)實(shí)率顯著低于對照，在其它結(jié)實(shí)指標(biāo)上未檢測到適合度效應(yīng)，但Bt品系在低蟲壓競爭條件下的結(jié)實(shí)數(shù)量和結(jié)穗數(shù)量與對照的差異己接近顯著水平(P>O.05，且

8、對照無顯著差異；在高蟲壓條件下未檢測到種子生產(chǎn)的顯著的適合度效應(yīng)。Bt/CpYl基因?qū)Y(jié)實(shí)的適合度成本比較顯著，在低蟲壓條件下，Bt/CpTl品系在非競爭試驗(yàn)中的千粒重顯著低于對照，在競爭試驗(yàn)中的結(jié)實(shí)率、每株實(shí)粒重、千粒重、每株結(jié)穗數(shù)和穗長等結(jié)實(shí)指標(biāo)上顯著低于對照；在高蟲壓條件下，無論是非競爭試驗(yàn)或是競爭試驗(yàn)中，Bt/CpTl品系的千粒重都顯著低于對照。 在田間施用殺蟲劑的條件下，Bt品系在競爭條件下各個(gè)生長時(shí)期的株高和分蘗數(shù)顯

9、著低于非轉(zhuǎn)基因?qū)φ?，成熟期的生物量鮮重也顯著低于對照，分蘗數(shù)的顯著降低導(dǎo)致結(jié)穗數(shù)的顯著降低，從而影響研品系種子的生產(chǎn)，在轉(zhuǎn)基因品系與非轉(zhuǎn)基因品系存在競爭時(shí)，這種效應(yīng)表現(xiàn)得更明顯。對于CpTl品系和Bt/Cptl品系，外源基因?qū)χ旮哂酗@著的負(fù)效應(yīng)，但對分蘗的影響不顯著，對結(jié)實(shí)的適合度成本也很低。 研究發(fā)現(xiàn)，競爭條件下更容易檢測到抗蟲基因?qū)D(zhuǎn)基因水稻所帶來的適合度效應(yīng)。在競爭條件下，轉(zhuǎn)基因水稻品系在生長發(fā)育和結(jié)實(shí)上的適合度成本和利益

10、更為顯著。在轉(zhuǎn)基因品系單一種植的非競爭條件下，抗蟲基因?qū)D(zhuǎn)基因水稻植株產(chǎn)生的適合度成本很小，甚至可以忽略，特別是在靶標(biāo)害蟲發(fā)生量大的條件下。 在關(guān)于轉(zhuǎn)基因水稻生態(tài)安全的研究中，還需要進(jìn)一步探討轉(zhuǎn)基因水稻中外源基因的逃逸對野生稻和雜草稻生態(tài)適合度的改變、外源基因在野生稻和雜草稻個(gè)體中的表達(dá)，以及外源基因在野生稻和雜草稻種群中的持久性。本項(xiàng)研究對有可能商業(yè)化種植的3種轉(zhuǎn)基因水稻品系進(jìn)行了適合度效應(yīng)的檢測與分析，其結(jié)果可以為轉(zhuǎn)基因水稻