轉基因水稻向不同雜草稻基因漂移的潛在風險及其雜交-回交后代的適合度研究.pdf

1、轉基因水稻的研發(fā)和商品化應用將為我國的水稻生產能力進一步提高提供新的機遇。但是轉基因水稻的大規(guī)模環(huán)境釋放和商品化生產可能會帶來一定的環(huán)境生物安全問題，處理不好就會影響轉基因水稻的進一步研究和發(fā)展?？钩輨┺D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，從而給當地的生物多樣性造成威脅。因此，在釋放前對其潛在的風險做出評估十分重要。轉基因水稻與野生/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、所產生的后代的適合度問題，這些是本文所關注重點。
　　2006至2007年，在溫室條件下，對抗除草劑轉基因水稻Y0003和99-1與馬來西亞雜草稻(WR1)和國內安徽塘稻(WR2)人工授粉獲得的攜帶抗性基因的雜交一代、二代與相應雜草稻回交，得到回交代，統(tǒng)計回交結實率和攜帶抗性基因的比例，并對攜帶抗性基因的雜交/回交代的適合度進行了測定，綜合判斷抗性基因漂移的風險。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的雜草稻

3、回交并結實，結實率在15-60％之間。正反雜交一代的種子絕大多數都表現(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的雜草稻相比沒有明顯差異，大多數的雜交種的適合度和回交代的相差不大，個別雜交代的適合度沒有回交代的高。以上研究結果表明轉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，在網室和大田通過人工雜交和天

4、然異交等試驗來研究轉基因水稻和國內15種典型雜草稻間的親和性和異交率，為揭示產生不同異交率的關鍵原因。結果表明，轉基因水稻和雜草稻間的人工雜交結實率在31.82％-82.68％之間，不同組合間萌發(fā)的供體花粉量和進入雜草稻子房的花粉管數量的顯著性差異直接導致不同的雜交結實率。粘著到雜草稻柱頭上的水稻花粉數量與雜草稻柱頭的形態(tài)學特征有明顯關系。雜交結實率與水稻和雜草稻間的遺傳距離顯著負相關，遺傳距離越大，雜交結實率越低。轉基因水稻與雜草稻間

5、天然異交率變化范圍為0-6.66％。株高和穗高對異交率影響很大。水稻Y0003的株高(144.8cm)高于絕大多數雜草稻種群。遠高于水稻Y0003的湛江和昆明雜草稻，遠低于水稻Y0003的內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果。與水稻高度相似的廣德、金華和蕪湖雜草稻的異交率結果最高。穗高對異交率的影響類似?；ㄆ谥丿B由始花時間、終花時間、盛花時間、花期持續(xù)時間和相遇批次決定，它是影響天然異交率的

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

7、遇批次主要取決于水稻及雜草稻的花期持續(xù)時間，異交率最高的廣德雜草稻是由于花期最長，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實率。遺傳距離代表著親和性，從本質上是由柱頭形態(tài)學特征決定的花粉萌發(fā)量及進入子房的花粉管數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)學特征。
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8、09年在網室以抗除草劑轉基因水稻(oryza sativa)Y0003和4種雜草稻（O.sativa f.spontanea）金華(JH)、廣德(GD)、揚州(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、莖直徑、劍葉長度，劍葉寬，劍葉面積等營養(yǎng)指標;花粉活力、圓錐花序、小穗數/花序、單株飽粒數、單穗飽粒數、自交結

9、實率、穗長、落粒率、百粒重、種子休眠性等生殖指標。結果表明，栽培方式、雜草稻種群及除草劑處理對F1與親本各指標的差異影響顯著。栽培方式對雜交F1的分蘗數、劍葉長度、莖直徑等營養(yǎng)指標及圓錐花序、單株飽粒數、落粒數等生殖指標影響顯著。噴藥使雜交F1的產量降低。混種主要影響了雜交F1的生殖生長。揚州、廣德、金華及蕪湖4種雜草稻，除了對雜交F1的株高、劍葉面積、花粉活力、單穗飽粒數及結實率與兩親本的關系無顯著影響外，對其它各指標的影響比較顯著。

10、在沒有選擇壓（不噴藥及單種）時，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基因水稻Y0003和廣德雜草稻及其雜交F1為研究對象，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，測量指標包括株高、分蘗

11、數、莖直徑、劍葉面積等營養(yǎng)指標及圓錐花序、小穗數/花序、穗長、單穗飽粒數、單株飽粒數、自交結實率、落粒率、百粒重、花粉活力、種子休眠性等生殖指標。結果表明，江浦大田與牌樓小區(qū)試驗中，混種比例與栽培方式對GDF1與親本各指標的差異影響顯著。在江浦試驗中，混種比例對GDF1與水稻Y0003的分蘗數、穗長、莖直徑、圓錐花序、單株飽粒數及百粒重差異影響顯著;栽培方式對二者的劍葉面積、小穗數、落粒率及百粒重差異影響顯著。而在牌樓小區(qū)試驗中，混種比

12、例對GDF1與水稻親本的穗長影響顯著;栽培方式對二者的株高、分蘗數、圓錐花序及單株飽粒數影響顯著。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、小穗數及百粒重均顯著高于水稻親本，其花粉活力、單株飽粒數、單穗飽粒數及自交結實率等生殖指標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的休眠性均遠高于水稻Y0003。
　　綜上所述，轉基因水