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1、水稻是世界上最為重要的糧食作物之一,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,已有抗蟲、抗病、抗除草劑和改良品質(zhì)等方面的基因應(yīng)用于水稻中,轉(zhuǎn)基因水稻的生態(tài)安全性研究成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。轉(zhuǎn)基因植物的生態(tài)安全性評(píng)價(jià)主要包括了對(duì)非靶標(biāo)生物的影響、對(duì)天敵的影響和對(duì)靶標(biāo)害蟲的抗性治理。本文主要以三類轉(zhuǎn)基因水稻和水稻重要害蟲褐飛虱為研究對(duì)象,對(duì)三類轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)其非靶標(biāo)生物褐飛虱的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖的繼代效應(yīng)影響進(jìn)行了評(píng)價(jià),并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了初步分析,主要結(jié)果如下:
2、 1.轉(zhuǎn)cry1Ab/vip3H基因水稻抗螟蟲性
轉(zhuǎn)cry1Ab/vip3H基因水稻G6H1、G6H2、G6H3、G6H4、G6H5和G6H6對(duì)二化螟和大螟的室內(nèi)生測(cè)結(jié)果表明,取食轉(zhuǎn)cry1Ab/vip3H水稻的二化螟和大螟在48 h和96 h的死亡率要顯著高于取食對(duì)照非轉(zhuǎn)基因水稻Xiushui110,48 h和96 h取食面積也顯著低于對(duì)照,并且在168 h時(shí)死亡率達(dá)到100%。2008年和2009年田間調(diào)查結(jié)果表明:
3、G6H1、G6H2、G6H3、G6H4、G6H5和G6H6在田間都表現(xiàn)出很高的抗性,其中G6H4和G6H5被螟蟲的為害率不到5%。Western blot結(jié)果表明Cry1Ab/Vip3H蛋白在水稻植株中是融合表達(dá),通過對(duì)Cry1Ab蛋白的含量測(cè)定來衡量Cry1Ab/Vip3H蛋白在水稻不同時(shí)期的表達(dá)量,蛋白含量在各個(gè)時(shí)期在6個(gè)轉(zhuǎn)基因水稻品種中不同時(shí)期的表達(dá)量相對(duì)穩(wěn)定,無明顯規(guī)律。TOPSIS分析表明:G6H1在田間和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)螟蟲的抗性
4、最好。
2.轉(zhuǎn)cry1Ab/vip3H基因水稻G6H1對(duì)褐飛虱生物學(xué)影響
G6H1對(duì)褐飛虱生長(zhǎng)發(fā)育與繁殖的繼代效應(yīng)評(píng)價(jià)結(jié)果表明,不論是在苗期和成株期,褐飛虱的若蟲生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)卵量都不受水稻品種的影響,即取食G6H1與取食其非轉(zhuǎn)基因親本Xiushui110相比,褐飛虱的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖沒有受到影響。田間調(diào)查也表明,在G6H1田間和Xiushui110田間的褐飛虱的若蟲、成蟲和成蟲若蟲總密度沒有顯著差異。
5、 3.轉(zhuǎn)cry1Ab基因水稻KMD2對(duì)褐飛虱生物學(xué)影響
在苗期,取食轉(zhuǎn)cry1Ab基因粳稻(KMD2)與其親本非轉(zhuǎn)基因水稻(Xiushui11)的褐飛虱相比,其若蟲發(fā)育時(shí)間受到水稻類型和代別的顯著影響;成蟲壽命受到代別和水稻類型與代別互作的顯著影響;產(chǎn)卵量受到水稻類型和代別的顯著影響。在成株期,褐飛虱若蟲發(fā)育時(shí)間受到水稻類型和水稻類型與代別互作的影響;產(chǎn)卵量受到水稻類型和代別的顯著影響。t測(cè)驗(yàn)結(jié)果表明不論是苗期還是成株
6、期,取食KMD2褐飛虱的若蟲生長(zhǎng)發(fā)育顯著延遲,并且產(chǎn)卵量顯著下降,這就表明KMD2抑制了褐飛虱的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖。2008和2009年田間調(diào)查結(jié)果表明,KMD2田間褐飛虱的種群數(shù)量始終要低于Xiushui11,并且若蟲密度和成蟲若蟲總密度在2008年三個(gè)取樣時(shí)間和2009年4個(gè)取樣時(shí)間達(dá)到顯著差異。KMD2田間植株在拔節(jié)期、抽穗期、孕穗期和成熟期的褐飛虱分蘗為害率顯著低于Xiushui11;卵塊數(shù)在成熟期要顯著的低;卵數(shù)在抽穗期、孕穗期和
7、成熟期均顯著低。褐飛虱在田間KMD2植株上的平均產(chǎn)卵位置大致上隨著時(shí)間的推移而升高(除了分蘗期),而在Xiushui11植株上的平均產(chǎn)卵位置也隨著水稻的生長(zhǎng)而升高,并且褐飛虱在KMD2和Xiushui11上的平均產(chǎn)卵位置存在顯著差異。在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期,在KMD2上褐飛虱卵的位置要比其在Xiushui11上的高,其中在分蘗期抽穗期和灌漿期達(dá)到顯著水平。
4.轉(zhuǎn)纖維素酶基因水稻KMD2對(duì)褐飛虱生物學(xué)影響
8、 對(duì)轉(zhuǎn)纖維素酶基因水稻Z8-1、Z8-4、Z9-1、Z9-2、CBD-1或CBD-3進(jìn)行褐飛虱集團(tuán)鑒定法進(jìn)行抗鑒定發(fā)現(xiàn),不論是苗期和成株期它們都對(duì)褐飛虱表現(xiàn)出易感性,且Z9-2最為明顯一些。與敏感品系TN1相比,Z9-2其體內(nèi)的纖維素酶活性要高一些,而其親本非轉(zhuǎn)基因水到Xiushui11體內(nèi)的酶活性要低一些。轉(zhuǎn)纖維素酶基因水稻Z9-2與其親本非轉(zhuǎn)基因水稻Xiushui11相比,在苗期,褐飛虱若蟲發(fā)育沒有受到水稻類型、代別和水稻類型
9、與代別互作的顯著影響,產(chǎn)卵量受到代別的顯著影響;在成株期,除了褐飛虱雄若蟲受到代別的顯著影外,雌若蟲和總?cè)粝x發(fā)育時(shí)間、成蟲壽命都沒有受到水稻類型、代別和稻類型與代別互作的影響;產(chǎn)卵量受到代別的顯著影響。2008年和2009年對(duì)Z9-2和Xiushui11田間褐飛虱種群密度進(jìn)行了調(diào)查,結(jié)果表明,在2008年,褐飛虱的若蟲數(shù)量和成蟲若蟲總數(shù)量受到水稻品種的顯著影響,Z9-2田間的褐飛虱數(shù)量要高于Xiushui11田間褐飛虱的數(shù)量,并且在其中
10、3個(gè)取樣時(shí)間達(dá)到顯著差異;在2009年,褐飛虱的若蟲數(shù)量和成蟲若蟲總數(shù)量受到取樣時(shí)間的顯著影響,Z9-2田間的褐飛虱數(shù)量要高于Xiushui11田間褐飛虱的數(shù)量,并且在其中1個(gè)取樣時(shí)間達(dá)到顯著差異。
5.KMD2與Xiushui11及其褐飛虱誘導(dǎo)后基因表達(dá)差異
利用基因芯片技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)cry1Ab基因水稻(KMD2)與其親本非轉(zhuǎn)基因水稻(Xiushui11)及其褐飛虱誘導(dǎo)后基因表達(dá)譜進(jìn)行了初步的分析。KMD2與X
11、iushui11相比,有324個(gè)基因探針的mRNA水平發(fā)生了變化,表達(dá)量上調(diào)的水稻基因有177個(gè),下調(diào)的探針有147個(gè)。KEGG Pathway分析表明,這324個(gè)差異基因參與到18條途徑中,并且Go Ontology分析表明,這324個(gè)差異基因最相關(guān)的5個(gè)生物過程:氨基酸及其衍生物的代謝、類脂化合物代謝、光合作用、次生代謝和內(nèi)源性脅迫反應(yīng)。褐飛虱誘導(dǎo)后的KMD2與褐飛虱誘導(dǎo)后的Xiushui11相比,有317個(gè)基因探針的mRNA水平發(fā)
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