抗虫抗除草剂转基因水稻T1C19杂草化潜力的研究
抗虫抗除草剂转基因水稻T1C19杂草化潜力的研究[20200614171935]
摘要：为评估复合性状转基因水稻T1C-19大规模推广后演化为杂草的生态风险，在农田环境下，比较了抗虫抗除草剂水稻T1C-19、其受体水稻明恢63（MH63）、南京地区常规稻（CG）丰两优香一号的生存竞争能力、繁育能力、对除草剂的耐受性、自生苗情况以及种子生存能力，以此评价转转基因水稻T1C-19的杂草化风险。结果显示无论是适宜季节还是非适宜季节T1C-19与MH63的生存竞争能力、繁育能力无显著性差异，且都显著性地低于常规水稻。T1C-19与MH63对常规除草剂苄·二氯的耐受性一致，但与常规水稻相比，对该除草剂耐受性更强。 T1C-19与MH63的落粒率分别为2.5%，1.5%，都显著低于常规稻的13.3%。田间调查发现，试验小区均无自生苗出现。种子埋藏试验结果表明，3种水稻种子均不能正常越冬。以上结果表明，复合性状转基因水稻T1C-19在南京地区演化为杂草的可能性较小。
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关键字:复合性状转基因水稻；杂草化；安全性评估
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words2
引言2
1 材料与方法3
1.1 材料3
1.2 方法3
1.2.1 试验基地概况3
1.2.2 转基因水稻生存竞争力试验3
1.2.3 转基因水稻繁殖能力3
1.2.4对除草剂的耐药性4
1.2.5自生苗和再生苗4
1.2.6 种子活力保持时间4
2 结果与分析4
2.1 杂草调查结果4
2.2 转基因水稻生存竞争力6
2.2.1 出苗率6
2.2.2 株高6
2.2.3 分蘖7
2.3 繁殖力调查8
2.3.1 花粉活力8
2.3.2 生育期比较9
2.3.3 生殖生长指标及产量统计9
2.4 落粒性11
2.5对除草剂的耐受性11
2.6 种子活力保持时间11
3 讨论12
致谢13
参考文献14
抗虫、抗除草剂转基因水稻T1C-19杂草化潜力的研究
生物技术 何壮壮
引言
引言：水稻为世界第一大粮食作物，全球每年种植水稻面积超过1.45亿公顷，尤其是在亚洲地区，其种植面积约占粮食作物总种植面90%。虫害以及杂草每年对水稻都造成巨大的经济损失，因此人类不断的发明创造出新型的转基因水稻以减少产量损失。当某植物转入抗虫抗病抗除草剂等具有更强适应性的基因时，就有可能具有更强的生存竞争能力，特别是有些植物种类本身就具有很强的杂草特性，以这 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
些植物作为转化受体所获得的转基因作物释放和扩散后可能由于其具备了比原亲本植物更强的生存能力而有更多的机会演变为杂草。转基因作物杂草化可能会破坏生物多样性，并给农业生产带来新的潜在威胁和风险[1]，所以在转基因作物释放前对其潜在杂草化的风险进行评估，这对环境保护等方面来说十分重要。
我国在转基因水稻的培育上取得了优异的进展，如山东农业大学的邓力华将3种抗虫基因（马铃薯蛋白酶抑制剂基因 Pin-II、苏云金杆菌毒蛋白基因 Bt cryI A 及雪花莲外源凝集素基因 GNA）和抗除草剂基因Epsps连接后导入到光敏不育系7001S中培育出能正常结实的53个植株[2]；翁绿水等利用人工优化合成的Cry2Aa#与抗除草剂Bar基因构建植物表达载体转化水稻D68，得到一个单拷贝的转基因水稻株系B2A68[3]；华中农业大学唐微以优良的水稻恢复系明恢63为受体材料，将人工合成的抗虫基因cry1C、cry1Ab与抗除草剂Bar基因连接后，以农杆菌转导法转入水稻中，分别获得单拷贝、抗虫性优良、农艺性状良好且有商品化价值的水稻T1C-19和T1Ab-6。遵循转基因作物安全性评估的原则，任何转基因作物在环境释放前都必须进行环境安全评估，其中就包括转基因作物的杂草化风险。植物杂草化（weediness）是指原本自然分布的栽培植物，在新的人工生境中能自然繁殖其种群而转变为杂草的演化过程。转基因作物由于插入抗虫、抗病、抗除草剂等基因，具有了更强的适应性，在生长势、越冬性、种子产量和种子越冬能力等方面可能比非转基因植株强，入侵性提高，从而占据其他植物的栖息地，影响生物多样性，破坏自然种群平衡。尽管从目前的研究来看，单一性状的转基因水稻在生存竞争能力、自生苗以及越冬能力等方面与非转基因受体以及当地常规水稻相比无明显区别，且杂草化的风险较小[4]。但由于复合性状的转基因作物转入了2个外源基因，外源基因引起的转基因作物生存竞争能力的改变可能比单一性状的转基因更为复杂。
目前社会上，针对单一性状转基因作物的杂草化研究相对较多。现有的报道都是针对单一性状转基因作物的生存竞争能力，如宋小玲等对孟山都公司的转基因大豆进行了杂草化研究，发现抗草甘膦转基因大豆在江苏省南京地区演化为杂草的可能性较小[5]；崔荣荣等对抗草铵膦转基因水稻明恢86B进行了杂草化评估，发现明恢86B演化为杂草的可能性不大[4]；陈小文等比较了转Cyr1Ac基因的抗虫玉米及其受体在荒地中的生存竞争情况，发现该转基因玉米品种演化为超级杂草的可能性很小[6]；张兴华等对转双价抗虫棉进行了生存能力竞争研究，研究发现抗虫棉的生存竞争能力强于其非转基因受体[7]。但鲜有复合性状转基因作物的相关报道。
本试验评价了抗虫、抗除草剂复合性状转基因水稻T1C-19的杂草化风险，目的是为该水稻的商业化释放提供有力的科学实验依据[2]。
1 材料与方法
1．1材料
复合性状转基因水稻T1C-19：由华中农业大学提供，转入了抗虫的Cry1C基因和抗草铵膦的Bar基因，籼型。
明恢63（MH63）：T1C-19的受体亲本水稻，MH63为我国杂交水稻组合配种中应用最广的恢复系，籼型。
常规稻（CG）：丰两优香一号，为籼型杂交稻，购买自合肥丰乐种业股份有限公司。
1．2方法
1．2．1 试验基地概况 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
r /> 1．2．2 转基因水稻生存竞争力实验
1．2．2．1 试验设计
处理1：直播。3种种植密度，高密度：300粒/m2，中密度：150粒/m2，低密度：75粒/m2，小区面积为4m2（2m×2m）。分4期播种，适宜期2期，分别为2013年5月25日和2013年6月15日；非适宜期2期，分别为2013年7月5号和2013年7月25号。每处理4次重复，每期采用随机区组排列。
处理2：移栽。用30 d秧苗单株移栽。株距20 cm，行距20 cm。小区面积6.8 m2(2m×3.4m)。2013年5月25日育秧，6月25移栽。4次重复，各处理随机排列。
1．2．2．2 调查内容
杂草调查：采用对角线5点取样法，直播方式播种的样方面积为0.1 m2，移栽方式的样方面积为1 m2。在播种30 d和60 d调查记录每小区杂草种类、株数，按杂草垂直投影面积占小区面积的比例估算出杂草的相对覆盖率。
竞争力调查：直播方式在播种10 d后、移栽水稻在移栽15 d后调查记录每小区的水稻株数及其成苗率，以后每隔20 d每小区随机调查10株长势最好的水稻，测量其主茎株高、分蘖数。
1．2．3 转基因水稻繁殖能力
本试验的田间试验设计同1.2.2.1，在生存竞争力实验田中进行。
花粉活力检测：每小区随机取10株水稻，每株水稻取3朵小花。采用常规I2-KI染色法进行检测。
直播田杂草的整体发生量见图1。第Ⅰ期杂草发生量很大，30 d杂草覆盖率为56.7%，60 d时的杂草覆盖率为84%，30 d时主要杂草为稗草（Echinochloa crusgalli (L.) Beauv.）和莎草（Cyperus rotundus L.），各占总草的31%和46%，60 d时莎草发生量增大，占总草的90%，其次还有少量的节节菜（Rotala indica (Willd.) Koehne）、浮萍（Commom Duckweed L.）、水虱草（Fimbristylis miliaceae （L）VahlScirpusmiliaceusL）。第Ⅱ期30 d时杂草发生量仅为5%，杂草种类相较于第一期少，仅有少量稗草、碎米莎草（C. iria L.）、醴肠（Eclipta prostata L.），60 d时第二期的杂草发生量迅速增大为90%。第Ⅲ期30 d时杂草覆盖率为25%，60 d时为70%，杂草主要是莎草（Cyperus rotundus L.）。第Ⅳ期杂草发生量很大，30 d时杂草覆盖率为75%，60 d时的杂草量都已达到了90%，主要杂草为稗草（Echinochloa crusgalli (L.) Beauv.）和莎草（Cyperus rotundus L.），占总杂草的68%，以及少量的鸭舌草（Monochoria vaginalis （Burm. f.）C. Presl）、四叶萍（Marsilea quadrifolia L.（E）pepper Wort）、水虱草（Fimbristylis miliaceae （L.）Vahl.）、节节菜（Rotala indica (Willd.) Koehne）。总体而言，60 d后直播田每小区杂草的发生量无显著差异（见图2)。各小区的杂草种类和发生量无显著性差异。
摘要：为评估复合性状转基因水稻T1C-19大规模推广后演化为杂草的生态风险，在农田环境下，比较了抗虫抗除草剂水稻T1C-19、其受体水稻明恢63（MH63）、南京地区常规稻（CG）丰两优香一号的生存竞争能力、繁育能力、对除草剂的耐受性、自生苗情况以及种子生存能力，以此评价转转基因水稻T1C-19的杂草化风险。结果显示无论是适宜季节还是非适宜季节T1C-19与MH63的生存竞争能力、繁育能力无显著性差异，且都显著性地低于常规水稻。T1C-19与MH63对常规除草剂苄·二氯的耐受性一致，但与常规水稻相比，对该除草剂耐受性更强。 T1C-19与MH63的落粒率分别为2.5%，1.5%，都显著低于常规稻的13.3%。田间调查发现，试验小区均无自生苗出现。种子埋藏试验结果表明，3种水稻种子均不能正常越冬。以上结果表明，复合性状转基因水稻T1C-19在南京地区演化为杂草的可能性较小。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
关键字:复合性状转基因水稻；杂草化；安全性评估
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words2
引言2
1 材料与方法3
1.1 材料3
1.2 方法3
1.2.1 试验基地概况3
1.2.2 转基因水稻生存竞争力试验3
1.2.3 转基因水稻繁殖能力3
1.2.4对除草剂的耐药性4
1.2.5自生苗和再生苗4
1.2.6 种子活力保持时间4
2 结果与分析4
2.1 杂草调查结果4
2.2 转基因水稻生存竞争力6
2.2.1 出苗率6
2.2.2 株高6
2.2.3 分蘖7
2.3 繁殖力调查8
2.3.1 花粉活力8
2.3.2 生育期比较9
2.3.3 生殖生长指标及产量统计9
2.4 落粒性11
2.5对除草剂的耐受性11
2.6 种子活力保持时间11
3 讨论12
致谢13
参考文献14
抗虫、抗除草剂转基因水稻T1C-19杂草化潜力的研究
生物技术 何壮壮
引言
引言：水稻为世界第一大粮食作物，全球每年种植水稻面积超过1.45亿公顷，尤其是在亚洲地区，其种植面积约占粮食作物总种植面90%。虫害以及杂草每年对水稻都造成巨大的经济损失，因此人类不断的发明创造出新型的转基因水稻以减少产量损失。当某植物转入抗虫抗病抗除草剂等具有更强适应性的基因时，就有可能具有更强的生存竞争能力，特别是有些植物种类本身就具有很强的杂草特性，以这 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
些植物作为转化受体所获得的转基因作物释放和扩散后可能由于其具备了比原亲本植物更强的生存能力而有更多的机会演变为杂草。转基因作物杂草化可能会破坏生物多样性，并给农业生产带来新的潜在威胁和风险[1]，所以在转基因作物释放前对其潜在杂草化的风险进行评估，这对环境保护等方面来说十分重要。
我国在转基因水稻的培育上取得了优异的进展，如山东农业大学的邓力华将3种抗虫基因（马铃薯蛋白酶抑制剂基因 Pin-II、苏云金杆菌毒蛋白基因 Bt cryI A 及雪花莲外源凝集素基因 GNA）和抗除草剂基因Epsps连接后导入到光敏不育系7001S中培育出能正常结实的53个植株[2]；翁绿水等利用人工优化合成的Cry2Aa#与抗除草剂Bar基因构建植物表达载体转化水稻D68，得到一个单拷贝的转基因水稻株系B2A68[3]；华中农业大学唐微以优良的水稻恢复系明恢63为受体材料，将人工合成的抗虫基因cry1C、cry1Ab与抗除草剂Bar基因连接后，以农杆菌转导法转入水稻中，分别获得单拷贝、抗虫性优良、农艺性状良好且有商品化价值的水稻T1C-19和T1Ab-6。遵循转基因作物安全性评估的原则，任何转基因作物在环境释放前都必须进行环境安全评估，其中就包括转基因作物的杂草化风险。植物杂草化（weediness）是指原本自然分布的栽培植物，在新的人工生境中能自然繁殖其种群而转变为杂草的演化过程。转基因作物由于插入抗虫、抗病、抗除草剂等基因，具有了更强的适应性，在生长势、越冬性、种子产量和种子越冬能力等方面可能比非转基因植株强，入侵性提高，从而占据其他植物的栖息地，影响生物多样性，破坏自然种群平衡。尽管从目前的研究来看，单一性状的转基因水稻在生存竞争能力、自生苗以及越冬能力等方面与非转基因受体以及当地常规水稻相比无明显区别，且杂草化的风险较小[4]。但由于复合性状的转基因作物转入了2个外源基因，外源基因引起的转基因作物生存竞争能力的改变可能比单一性状的转基因更为复杂。
目前社会上，针对单一性状转基因作物的杂草化研究相对较多。现有的报道都是针对单一性状转基因作物的生存竞争能力，如宋小玲等对孟山都公司的转基因大豆进行了杂草化研究，发现抗草甘膦转基因大豆在江苏省南京地区演化为杂草的可能性较小[5]；崔荣荣等对抗草铵膦转基因水稻明恢86B进行了杂草化评估，发现明恢86B演化为杂草的可能性不大[4]；陈小文等比较了转Cyr1Ac基因的抗虫玉米及其受体在荒地中的生存竞争情况，发现该转基因玉米品种演化为超级杂草的可能性很小[6]；张兴华等对转双价抗虫棉进行了生存能力竞争研究，研究发现抗虫棉的生存竞争能力强于其非转基因受体[7]。但鲜有复合性状转基因作物的相关报道。
本试验评价了抗虫、抗除草剂复合性状转基因水稻T1C-19的杂草化风险，目的是为该水稻的商业化释放提供有力的科学实验依据[2]。
1 材料与方法
1．1材料
复合性状转基因水稻T1C-19：由华中农业大学提供，转入了抗虫的Cry1C基因和抗草铵膦的Bar基因，籼型。
明恢63（MH63）：T1C-19的受体亲本水稻，MH63为我国杂交水稻组合配种中应用最广的恢复系，籼型。
常规稻（CG）：丰两优香一号，为籼型杂交稻，购买自合肥丰乐种业股份有限公司。
1．2方法
1．2．1 试验基地概况
r /> 1．2．2 转基因水稻生存竞争力实验
1．2．2．1 试验设计
处理1：直播。3种种植密度，高密度：300粒/m2，中密度：150粒/m2，低密度：75粒/m2，小区面积为4m2（2m×2m）。分4期播种，适宜期2期，分别为2013年5月25日和2013年6月15日；非适宜期2期，分别为2013年7月5号和2013年7月25号。每处理4次重复，每期采用随机区组排列。
处理2：移栽。用30 d秧苗单株移栽。株距20 cm，行距20 cm。小区面积6.8 m2(2m×3.4m)。2013年5月25日育秧，6月25移栽。4次重复，各处理随机排列。
1．2．2．2 调查内容
杂草调查：采用对角线5点取样法，直播方式播种的样方面积为0.1 m2，移栽方式的样方面积为1 m2。在播种30 d和60 d调查记录每小区杂草种类、株数，按杂草垂直投影面积占小区面积的比例估算出杂草的相对覆盖率。
竞争力调查：直播方式在播种10 d后、移栽水稻在移栽15 d后调查记录每小区的水稻株数及其成苗率，以后每隔20 d每小区随机调查10株长势最好的水稻，测量其主茎株高、分蘖数。
1．2．3 转基因水稻繁殖能力
本试验的田间试验设计同1.2.2.1，在生存竞争力实验田中进行。
花粉活力检测：每小区随机取10株水稻，每株水稻取3朵小花。采用常规I2-KI染色法进行检测。
直播田杂草的整体发生量见图1。第Ⅰ期杂草发生量很大，30 d杂草覆盖率为56.7%，60 d时的杂草覆盖率为84%，30 d时主要杂草为稗草（Echinochloa crusgalli (L.) Beauv.）和莎草（Cyperus rotundus L.），各占总草的31%和46%，60 d时莎草发生量增大，占总草的90%，其次还有少量的节节菜（Rotala indica (Willd.) Koehne）、浮萍（Commom Duckweed L.）、水虱草（Fimbristylis miliaceae （L）VahlScirpusmiliaceusL）。第Ⅱ期30 d时杂草发生量仅为5%，杂草种类相较于第一期少，仅有少量稗草、碎米莎草（C. iria L.）、醴肠（Eclipta prostata L.），60 d时第二期的杂草发生量迅速增大为90%。第Ⅲ期30 d时杂草覆盖率为25%，60 d时为70%，杂草主要是莎草（Cyperus rotundus L.）。第Ⅳ期杂草发生量很大，30 d时杂草覆盖率为75%，60 d时的杂草量都已达到了90%，主要杂草为稗草（Echinochloa crusgalli (L.) Beauv.）和莎草（Cyperus rotundus L.），占总杂草的68%，以及少量的鸭舌草（Monochoria vaginalis （Burm. f.）C. Presl）、四叶萍（Marsilea quadrifolia L.（E）pepper Wort）、水虱草（Fimbristylis miliaceae （L.）Vahl.）、节节菜（Rotala indica (Willd.) Koehne）。总体而言，60 d后直播田每小区杂草的发生量无显著差异（见图2)。各小区的杂草种类和发生量无显著性差异。
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