轉(zhuǎn)基因水稻向不同雜草稻基因漂移的潛在風(fēng)險(xiǎn)及其雜交-回交后代的適合度研究.pdf

1、轉(zhuǎn)基因水稻的研發(fā)和商品化應(yīng)用將為我國(guó)的水稻生產(chǎn)能力進(jìn)一步提高提供新的機(jī)遇。但是轉(zhuǎn)基因水稻的大規(guī)模環(huán)境釋放和商品化生產(chǎn)可能會(huì)帶來一定的環(huán)境生物安全問題，處理不好就會(huì)影響轉(zhuǎn)基因水稻的進(jìn)一步研究和發(fā)展。抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻田間釋放帶來的生態(tài)問題之一，就是抗性基因通過基因流漂移到野生/雜草近緣種中，從而給當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有栽斐赏{。因此，在釋放前對(duì)其潛在的風(fēng)險(xiǎn)做出評(píng)估十分重要。轉(zhuǎn)基因水稻與野生/雜草近緣種間花粉的基因漂移有雜交、回交以及持續(xù)這種方式

2、所產(chǎn)生的后代的適合度問題，這些是本文所關(guān)注重點(diǎn)。
　　2006至2007年，在溫室條件下，對(duì)抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻Y0003和99-1與馬來西亞雜草稻(WR1)和國(guó)內(nèi)安徽塘稻(WR2)人工授粉獲得的攜帶抗性基因的雜交一代、二代與相應(yīng)雜草稻回交，得到回交代，統(tǒng)計(jì)回交結(jié)實(shí)率和攜帶抗性基因的比例，并對(duì)攜帶抗性基因的雜交/回交代的適合度進(jìn)行了測(cè)定，綜合判斷抗性基因漂移的風(fēng)險(xiǎn)。研究表明，在人工授粉的條件下，攜帶抗性基因的雜交代都能和相應(yīng)的雜草稻

3、回交并結(jié)實(shí)，結(jié)實(shí)率在15-60％之間。正反雜交一代的種子絕大多數(shù)都表現(xiàn)出了良好的抗性，雜交二代和回交代分別表現(xiàn)為3∶1和1∶1的抗性分離比例，分離比例都符合孟德爾遺傳規(guī)律。適合度的研究表明雜交代和回交代和相應(yīng)的雜草稻相比沒有明顯差異，大多數(shù)的雜交種的適合度和回交代的相差不大，個(gè)別雜交代的適合度沒有回交代的高。以上研究結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因水稻的抗性基因有可能通過雜交和回交發(fā)生漂移。
　　2007年至2009年，在網(wǎng)室和大田通過人工雜交和天

4、然異交等試驗(yàn)來研究轉(zhuǎn)基因水稻和國(guó)內(nèi)15種典型雜草稻間的親和性和異交率，為揭示產(chǎn)生不同異交率的關(guān)鍵原因。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因水稻和雜草稻間的人工雜交結(jié)實(shí)率在31.82％-82.68％之間，不同組合間萌發(fā)的供體花粉量和進(jìn)入雜草稻子房的花粉管數(shù)量的顯著性差異直接導(dǎo)致不同的雜交結(jié)實(shí)率。粘著到雜草稻柱頭上的水稻花粉數(shù)量與雜草稻柱頭的形態(tài)學(xué)特征有明顯關(guān)系。雜交結(jié)實(shí)率與水稻和雜草稻間的遺傳距離顯著負(fù)相關(guān)，遺傳距離越大，雜交結(jié)實(shí)率越低。轉(zhuǎn)基因水稻與雜草稻間

5、天然異交率變化范圍為0-6.66％。株高和穗高對(duì)異交率影響很大。水稻Y0003的株高(144.8cm)高于絕大多數(shù)雜草稻種群。遠(yuǎn)高于水稻Y0003的湛江和昆明雜草稻，遠(yuǎn)低于水稻Y0003的內(nèi)蒙古和黑龍江雜草稻以及與水稻Y0003高度適中的連云港雜草稻均未得到任何異交結(jié)果。與水稻高度相似的廣德、金華和蕪湖雜草稻的異交率結(jié)果最高。穗高對(duì)異交率的影響類似?；ㄆ谥丿B由始花時(shí)間、終花時(shí)間、盛花時(shí)間、花期持續(xù)時(shí)間和相遇批次決定，它是影響天然異交率的

6、關(guān)鍵因素。研究發(fā)現(xiàn)，盛花時(shí)間、終花時(shí)間、花期持續(xù)時(shí)間以及雜草稻與轉(zhuǎn)基因水稻的相遇批次直接影響兩者間的異交率，而穗長(zhǎng)和有效分蘗數(shù)對(duì)其影響不大。大多數(shù)雜草稻種群的盛花時(shí)間出現(xiàn)在上午8:20-10:20，而異交率第二高的蕪湖雜草稻盛花時(shí)間在10:20-11:30，與水稻Y0003開花時(shí)間從10:00到13:35，其盛花時(shí)間為11:10到12:20相比，花時(shí)重疊最長(zhǎng)達(dá)到20分鐘。圍繞雜草稻的多棵轉(zhuǎn)基因水稻的花期相遇批次與異交率有顯著關(guān)系?；ㄆ谙?/p>

7、遇批次主要取決于水稻及雜草稻的花期持續(xù)時(shí)間，異交率最高的廣德雜草稻是由于花期最長(zhǎng)，與四批水稻花期全部相遇。水稻與不同雜草稻間的遺傳距離也影響到雜交結(jié)實(shí)率。遺傳距離代表著親和性，從本質(zhì)上是由柱頭形態(tài)學(xué)特征決定的花粉萌發(fā)量及進(jìn)入子房的花粉管數(shù)量決定了水稻和雜草稻間不同的異交率?？傊?，這些因素相輔相成，共同影響了異交率。但是，轉(zhuǎn)基因水稻和雜草稻之間的基因漂移主要由花期同步性決定，其次取決于遺傳親和性和株高的差異性等形態(tài)學(xué)特征。
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8、09年在網(wǎng)室以抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻(oryza sativa)Y0003和4種雜草稻（O.sativa f.spontanea）金華(JH)、廣德(GD)、揚(yáng)州(YZ)、蕪湖(WH)以及兩者雜交所得的攜帶有抗性基因的雜交一代(F1)為研究對(duì)象，研究子代與親本在田間不同栽培方式、混種比例和除草劑處理下的適合度成分，包括株高、分蘗數(shù)、莖直徑、劍葉長(zhǎng)度，劍葉寬，劍葉面積等營(yíng)養(yǎng)指標(biāo);花粉活力、圓錐花序、小穗數(shù)/花序、單株飽粒數(shù)、單穗飽粒數(shù)、自交結(jié)

9、實(shí)率、穗長(zhǎng)、落粒率、百粒重、種子休眠性等生殖指標(biāo)。結(jié)果表明，栽培方式、雜草稻種群及除草劑處理對(duì)F1與親本各指標(biāo)的差異影響顯著。栽培方式對(duì)雜交F1的分蘗數(shù)、劍葉長(zhǎng)度、莖直徑等營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)及圓錐花序、單株飽粒數(shù)、落粒數(shù)等生殖指標(biāo)影響顯著。噴藥使雜交F1的產(chǎn)量降低?；旆N主要影響了雜交F1的生殖生長(zhǎng)。揚(yáng)州、廣德、金華及蕪湖4種雜草稻，除了對(duì)雜交F1的株高、劍葉面積、花粉活力、單穗飽粒數(shù)及結(jié)實(shí)率與兩親本的關(guān)系無顯著影響外，對(duì)其它各指標(biāo)的影響比較顯著。

10、在沒有選擇壓（不噴藥及單種）時(shí)，雜草稻及雜交F1的總適合度均與水稻持平，差異不顯著。但是設(shè)定選擇壓（噴藥，混種，栽培方式）后，雜交F1的總適合度均顯著低于水稻親本，但是與雜草稻沒有顯著性差異?；旆N比例和栽培方式對(duì)水稻、雜草稻及雜交F1的休眠性沒有任何影響。
　　2009年在大田以抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻Y0003和廣德雜草稻及其雜交F1為研究對(duì)象，研究這些親本及F1在大田條件下不同栽培方式和除草劑選擇壓下的適合度，測(cè)量指標(biāo)包括株高、分蘗

11、數(shù)、莖直徑、劍葉面積等營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)及圓錐花序、小穗數(shù)/花序、穗長(zhǎng)、單穗飽粒數(shù)、單株飽粒數(shù)、自交結(jié)實(shí)率、落粒率、百粒重、花粉活力、種子休眠性等生殖指標(biāo)。結(jié)果表明，江浦大田與牌樓小區(qū)試驗(yàn)中，混種比例與栽培方式對(duì)GDF1與親本各指標(biāo)的差異影響顯著。在江浦試驗(yàn)中，混種比例對(duì)GDF1與水稻Y0003的分蘗數(shù)、穗長(zhǎng)、莖直徑、圓錐花序、單株飽粒數(shù)及百粒重差異影響顯著;栽培方式對(duì)二者的劍葉面積、小穗數(shù)、落粒率及百粒重差異影響顯著。而在牌樓小區(qū)試驗(yàn)中，混種比

12、例對(duì)GDF1與水稻親本的穗長(zhǎng)影響顯著;栽培方式對(duì)二者的株高、分蘗數(shù)、圓錐花序及單株飽粒數(shù)影響顯著。在噴藥情況下，不管以何種栽培方式及混種比例，江浦及牌樓兩處GDF1的株高、莖直徑、小穗數(shù)及百粒重均顯著高于水稻親本，其花粉活力、單株飽粒數(shù)、單穗飽粒數(shù)及自交結(jié)實(shí)率等生殖指標(biāo)均顯著低于水稻親本。隨著GDF1在混種中的比重上升，它的劍葉面積均從與親本無差異到顯著高于親本。兩處GDF1的休眠性均遠(yuǎn)高于水稻Y0003。
　　綜上所述，轉(zhuǎn)基因水