抗蟲轉(zhuǎn)BT基因水稻大田農(nóng)藝性狀及其對氮、鉀肥響應(yīng)研究.pdf

1、自上世紀(jì)90年代以來，抗蟲轉(zhuǎn)Bt基因作物得到廣泛研究，原因在于Bt基因的導(dǎo)入可以有效地防治靶標(biāo)害蟲，有利于作物產(chǎn)量潛力的實現(xiàn)和對自然環(huán)境的保護(hù)。農(nóng)學(xué)家對轉(zhuǎn)Bt基因棉花和玉米的研究表明Bt基因的導(dǎo)入會改變作物的一些農(nóng)藝（株高、分蘗等）和生理性狀（氮、鉀及光合代謝）。此外，對轉(zhuǎn)Bt基因棉花的大量研究表明，Bt基因在植株內(nèi)的表達(dá)存在器官間、時空的差異性，并且受多種非生物脅迫的影響，而且這會影響植株對靶標(biāo)害蟲的抗性。到目前為止，對轉(zhuǎn)Bt基因水稻

2、農(nóng)藝性狀的研究較少，有研究表明Bt基因的導(dǎo)入會降低水稻的產(chǎn)量和結(jié)實率。本研究以轉(zhuǎn)兩種Bt基因cry1C*和cry2A*的明恢63及其非轉(zhuǎn)基因?qū)φ彰骰?3(MH63)，和它們與珍汕97A雜交而得的Bt-汕優(yōu)63和對照汕優(yōu)63(SY63)為材料。我們通過獨立的大田試驗比較了在完全控制靶標(biāo)害蟲的條件下，轉(zhuǎn)Bt基因水稻與對照產(chǎn)量的差異及其生理機制，并研究了它們對不同播期、氮肥、鉀肥處理的響應(yīng)。我們還在靶標(biāo)害蟲自然發(fā)生的情況下，開展大田試驗研究了

3、水稻稻縱卷葉螟發(fā)生情況對氮肥施用量的響應(yīng)，及轉(zhuǎn)Bt基因水稻對靶標(biāo)害蟲抗性受氮肥處理的影響。主要的研究結(jié)果如下:
　　(1)MH63(1C*)的產(chǎn)量顯著地低于MH63(2A*)和親本MH63，而MH63（2A*）和對照MH6的產(chǎn)量沒有顯著差異。MH63(1C*)產(chǎn)量下降的原因是結(jié)實率的降低。SY63(1C*)、SY63(2A*)和SY63間的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子均沒有顯著的差異。本研究表明不同轉(zhuǎn)基因材料與親本在無蟲害條件下的產(chǎn)量差異不

4、同，因此Bt基因的導(dǎo)入對水稻產(chǎn)量的影響不可一概而論。
　　(2)播期試驗中，播期處理和品種間對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子不存在互作效應(yīng)，即表明Bt-MH63與親本明恢63對不同播期處理的響應(yīng)是一致的，Bt基因的導(dǎo)入并未改變明恢63的最適播期。播期試驗設(shè)置了三個播期，即5月15日、5月25日和6月4日。產(chǎn)量隨播期的延后而增加，播期二和三處理的產(chǎn)量顯著地高于播期一處理。播期一處理的收獲指數(shù)顯著地低于播期二和播期三處理。產(chǎn)量構(gòu)成因素中，播期二和

5、三處理的單位面積穎花數(shù)、每穗穎花數(shù)和結(jié)實率都顯著地高于播期一處理。MH63(1C*)的產(chǎn)量在三個播期都顯著地低于MH63(2A*)和親本MH63，而MH63(2A*)的產(chǎn)量在第三播期顯著地高于親本MH63。
　　(3)在氮肥試驗中，氮肥與品種間對產(chǎn)量沒有顯著的互作效應(yīng)，即轉(zhuǎn)Bt基因水稻材料與親本對氮肥的響應(yīng)一致。在極端高溫脅迫下，兩個施用氮肥處理（150和195kgNha-1）的產(chǎn)量顯著地高于不施氮處理，主要是結(jié)實率的升高，這表明

6、氮肥施用可以在一定程度上緩解極端高溫脅迫對水稻結(jié)實率的影響。三個雜交材料在不同氮肥處理下的產(chǎn)量顯著地高于三個恢復(fù)系材料。三個雜交材料的氮素利用相關(guān)指標(biāo)（氮素籽粒生產(chǎn)效率，氮素收獲指數(shù)等）顯著地高于三個恢復(fù)系材料，而MH63(1C*)的氮素籽粒生產(chǎn)效率(NUEg)和氮素收獲指數(shù)(NHI)顯著地低于親本MH63。
　　(4)鉀肥試驗設(shè)置了三個鉀肥處理（0、40和135kgKha-1），鉀肥施用量為135kgha-1時的產(chǎn)量和鉀肥籽粒生

7、產(chǎn)效率顯著地低于鉀肥施用量為0和45kgha-1處理。成熟期兩個Bt-MH63莖稈中的鉀素積累量高于親本MH63，而籽粒中鉀的積累量低于親本MH63。MH63(2A*)籽粒中鉀的濃度顯著地低于親本MH63，而兩個Bt-MH63和親本MH63莖稈中鉀的濃度差異不顯著。MH63(1C*)在鉀肥施用量為135kgha-1時地上部鉀素積累量顯著高于親本MH63。在鉀肥施用量為0和45kgha-1時，兩個轉(zhuǎn)基因水稻材料的鉀素籽粒生產(chǎn)效率均顯著地低

8、于親本。本研究表明Bt基因的導(dǎo)入影響鉀素的吸收及在植株內(nèi)的分配，并且對不同轉(zhuǎn)基因材料的影響不同。
　　(5)水稻稻縱卷葉螟的發(fā)生隨著氮肥施用量的增加而增加，不施氮處理的白葉率為20％左右，而氮肥施用量為210kgha-1處理的白葉率為50％左右;不施氮處理的百兜蟲量少于400頭，而施氮量為210kgha-1處理百兜蟲量可以達(dá)到1200頭。SY63(1C*)、SY63(2A*)和SY63在施氮量為210kgha-1處理的產(chǎn)量低于施氮

9、量為90和150kgha-1處理。cry1C*和cry2A*導(dǎo)入到水稻中都能有效地防治稻縱卷葉螟，并且cry1C*的效果更好。SY63(1C*)、SY63(2A*)對SY63的產(chǎn)量優(yōu)勢均為20％左右，SY63(1C*)在施氮量為150kgha-1處理取得最高產(chǎn)量，而SY63(2A*)在施氮量為90kgha-1處理取得最高產(chǎn)量。葉片中兩種Bt蛋白含量都隨著施氮量的增加而增加。本研究表明不同的Bt基因?qū)ν话袠?biāo)害蟲的抗性不同，而轉(zhuǎn)Bt基因水

10、稻產(chǎn)量優(yōu)勢的實現(xiàn)取決于其絕對產(chǎn)量的高低，即產(chǎn)量水平越高越有利于轉(zhuǎn)Bt基因水稻產(chǎn)量優(yōu)勢的實現(xiàn)。
　　(6)綜上所述，本研究表明在不噴施殺蟲劑的條件下，兩種Bt基因在各個氮肥處理下都能有效地防治靶標(biāo)害蟲，而不同Bt基因的抗蟲效果不同。不同轉(zhuǎn)Bt基因水稻材料（包括將同一Bt基因轉(zhuǎn)入到不同品種和將不同Bt基因轉(zhuǎn)入到相同品種）與親本相比，在無蟲害脅迫下的農(nóng)藝性狀及其氮、鉀代謝會產(chǎn)生一定的差異，但是這些差異各不相同。Bt基因的導(dǎo)入可以有效地防