抗草铵膦转基因水稻与不同类型杂草稻F1、F2、F3的适合度研究

【摘要】抗除草剂转基因水稻的商业化种植可能会带来一系列的环境安全问题。其中转基因水稻的抗性基因通过花粉漂移到杂草稻中的风险倍受关注。大量研究表明转基因水稻与杂草稻能够发生初始杂交,因此我们更应该关注的是携带抗性基因的杂交后代在环境中的生存竞争能力。对杂交后代的适合度进行研究,是评价转基因作物潜在生态风险的重要环节。本文以粳型抗草铵膦转基因水稻Y0003与6种不同类型杂草稻(粳型：丹东(DD)、沈阳(SY)；籼型：泰州(TZ)、常州(CZ)、湛江(ZJ)、肇庆(ZQ))杂交所得的F1、F2、F3,以及籼型抗草铵膦转基因水稻86B与上述6种杂草稻杂交F3代为材料,在南京田间条件下,研究不同组合的杂交后代在不同种植方式和有无除草剂选择压下与亲本之间的适合度差异以及杂交后代的适合度在连续世代间的变化趋势；结合杂交后代的休眠性和越冬形成自生苗的能力,综合分析杂交后代的潜在环境风险。得出的主要结果如下：1、所有6种F1均对草铵膦表现出抗性。6种F1的株高、剑叶面积、茎直径、穗长和百粒重均显著大于相应杂草稻或与杂草稻相当。移栽方式下,FIDD、FISY(粳-粳)以及FIZQ(籼-粳)的适合度显著大于相应杂草稻,另外3种F1的适合度与相应杂草稻无显著差异。直播方式下,FISY的适合度显著大于WRSY,FIDD和FIZQ的适合度与相应杂草稻相当,其余3种F1的适合度显著小于杂草稻。与转基因水稻Y0003相比,F1的有效分蘖数、有效穗数和落粒率具有明显的优势,所有6种F1的适合度均显著大于Y0003或与之相当。2、F2ZJ中约有64.7%的植株具有抗性基因,偏离了孟德尔遗传规律,其余5种F2均符合3：1的孟德尔定律。F2DD和F2SY的适合度显著大于相应杂草稻,F2TZ,F2CZ,F2ZJ和F2ZQ的适合度显著小于相应杂草稻或与之相当。除无选择压下移栽的F2DD适合度小于Y0003之外,其余F2的适合度均显著大于Y0003或与Y0003相当。F2SY、F2TZ、F2CZ、F2ZJ的适合度比相应的Fl有不同程度的提高,F2DD和F2ZQ的适合度与F1没有显著差异。粳-粳组合2种F2无休眠性,籼-粳组合4种F2具有与相应杂草稻相当的休眠性。种子活力的研究表明,到次年4月份,F2DD、F2TZ和F2ZQ中分别有9%、64%和54%的种子具有活力。3、F3CZ中约有68.9%的植株具有抗性基因,偏离了孟德尔遗传规律,其余5种F2均符合5：1的孟德尔定律。两种种植方式下,粳-粳组合的F3DD和F3SY的适合度均显著大于相应杂草稻。籼粳组合中,移栽种植的F3ZJ和F3ZQ适合度显著大于杂草稻,直播种植的F3CZ和F3ZQ的总适合度显著小于杂草稻,其余所有F3的适合度与杂草稻之间没有显著差异。有草铵膦选择压下,除直播种植的F3CZ与Y0003适合度相当之外,其余所有F3的适合度都显著大于Y0003；无草铵膦选择压下,仅有F3ZJ的适合度显著大于Y0003,另外5种F3的适合度与Y0003无显著差异。F3SY的适合度与其F2没有显著性差异,其余5种F3的适合度比相应F2均有提高。与F2相比,F3的休眠性和活力保持时间降低,但仍有植株可以越冬。4、转基因水稻86B与6种杂草稻的F3中,F3DD、F3TZ和F3ZQ的抗性分离比符合5：1的孟德尔遗传定律,F3SY、F3CZ和F3ZJ有65.3%71.1%的植株具有抗性,低于孟德尔遗传规律的理论比例。所有6种F3的适合度均显著大于相应杂草稻或与之相当。喷施草铵膦时,移栽种植的2种粳-籼组合(F3DD和F3SY)的适合度与86B没有明显差异,其余F3的适合度均显著大于86B。不喷施草铵膦时,F3ZJ的适合度显著大于86B,其余5种F3与86B的适合度没有显著差异。综上所述,转基因水稻与同种类型杂草稻杂交后代的潜在环境风险显著高于相应亲本,因此在转基因水稻释放之前就需要特别防范抗性基因向杂草稻的漂移。转基因水稻与不同类型杂草稻杂交后代的环境风险稍低,但也不容忽视。杂草稻和转基因水稻的遗传背景是影响杂交后代适合度的最重要因子,种植方式和除草剂选择压也会对杂交后代的适合度造成一定影响。
【作者】刘胜男；
【导师】宋小玲；
【作者基本信息】南京农业大学，发育生物学，2013，硕士
【关键词】抗草铵膦转基因水稻；杂草稻；杂交后代；适合度；

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