抗草铵膦转基因水稻向杂草稻和栽培稻的基因漂移及其田间除草剂施用技术研究

【摘要】转基因水稻具有非常大的社会、经济和环境效益,但是转基因水稻的大规模环境释放和商业化种植可能会引起一系列的环境安全问题。其中抗除草剂转基因水稻的抗性基因通过花粉漂移到近缘种杂草——杂草稻中是田间释放最值得关注的问题之一。因此任何转基因水稻在环境释放前必须评估抗性基因向杂草稻的漂移风险。为了评估中国科学院亚热带农业生态研究所培育的抗草铵膦转基因杂交稻香125S/Bar68-1向杂草稻基因漂移的风险,农田环境条件下,采用同心圆种植和隔行种植方式对其抗性基因向杂草稻漂移频率进行了检测。另一方面安全的施药时期和除草剂剂量是农业生产实践中保证稳产高产的关键,因此对抗除草剂转基因水稻田间除草剂施用技术,包括施用时间和剂量进行研究是很有必要的。本文也探索了抗草铵膦转基因水稻Y0003在直播和移栽两种种植方式下的除草剂施用技术,得出的主要结果如下：1.抗草铵膦转基因杂交稻香125S/Bar68-1向杂草稻和常规栽培稻的基因漂移在同心圆种植方式下,以抗草铵膦转bar基因杂交稻香125S/Bar68-1为花粉供体,以湖南长沙、广东肇庆、辽宁沈阳、安徽滁州、江苏泰州、广西桂林采集的杂草稻和常规水稻204早稻为花粉受体,检测转基因水稻向杂草稻和栽培稻的基因漂移距离和频率。试验结果表明,抗草铵膦转基因杂交稻香125S/Bar68-l向不同花粉受体的最大基因漂移发生在湖南长沙杂草稻盛行风向1米处,漂移频率为0.302%,最小基因漂移发生在安徽滁州杂草稻盛行风向12米处,漂移频率为0.011%。基因漂移频率随着离花粉源距离的增大呈现出显著降低的趋势。检测到的最大基因漂移距离发生在湖南长沙杂草稻盛行风向14米处。研究不同方向发生基因漂移事件的概率表明,基因漂移事件在各个方向的分布明显不均匀,更易发生在盛行风向的方向上。基因漂移频率与转基因水稻和花粉受体的花期相遇时间呈显著相关性。以上研究结果表明转基因杂交稻香125S/Bar68-1存在向杂草稻基因漂移的风险,其中向湖南长沙杂草稻漂移的风险最大,向广西桂林杂草稻漂移的风险最小,因此在该转基因杂交稻香125S/Bar68-1大规模释放过程中务必防范向杂草稻的基因漂移。在隔行种植条件下,以抗草铵膦转基因杂交稻香125S/Bar68-1为花粉供体,以湖南长沙和江苏泰州杂草稻为花粉受体,检测抗性基因漂移频率。试验结果表明,分别在与转基因水稻第一批和第二批花期相遇的湖南长沙杂草稻随机选取的20000多粒种子中检测到28株和34株抗性苗,在与转基因水稻第二批花期相遇的江苏泰州杂草稻随机选取的20000多粒种子中检测到32株抗性苗。从转基因水稻第一批和第二批到湖南长沙杂草稻的平均基因漂移频率分别为0.402±0.055%和0.470±0.065%；从转基因水稻第二批到江苏泰州杂草稻的平均基因漂移频率为0.395±0.039%。统计分析表明基因漂移频率与转基因杂交稻香125S/Bar68-1和供试杂草稻的花期相遇时间有显著的相关性。因此该转基因水稻存在向杂草稻基因漂移的风险,在环境释放或大规模商业化前应该采取必要的防范措施减小基因漂移的风险。2.草铵膦对稻田杂草的防除效果及对抗草铵膦转基因水稻安全性研究以抗草铵膦转基因杂交稻香125S/Bar68-1为试验材料,分别在移栽和直播水稻不同生育期喷施不同剂量的草铵膦(75ml/亩、150ml/亩和300ml/亩),生测草铵膦对稻田杂草–杂草稻和稗草的防除效果以及不同剂量草胺膦处理对抗草铵膦转基因水稻的安全性。结果表明,在直播方式下,在水稻3-4叶期、5-6叶期和1-2个分蘖期施药,75ml/亩草铵膦处理对2种杂草的防除效果都最差,株防效均小于50%；150ml/亩和300ml/亩草铵膦处理对杂草的株防效均可以达到100%。与无草对照相比,不同草铵膦剂量处理的水稻株高和产量都有不同程度的降低,水稻5-6叶期施用150ml/亩草铵膦处理的水稻株高和产量高于75ml/亩和300ml/亩草铵膦处理。在移栽方式下,分别在水稻1-2分蘖期、孕穗期和抽穗开花期施用75ml/亩草铵膦对2种杂草防除效果都最差,基本在50%。在水稻1-2分蘖期和孕穗期施药,150ml/亩草铵膦和300ml/亩草铵膦处理对杂草的防除效果均达到90%以上。在抽穗开花期施用150ml/亩和300ml/亩草铵膦对杂草的防除较差,分别在50%-60%和80%-90%。与无草对照相比,在水稻1-2分蘖期和抽穗开花期施用不同草铵膦剂量处理对水稻最终株高和产量有不同程度的影响。在水稻孕穗期施药的150ml/亩草铵膦处理的水稻株高和产量与无草对照相比没有明显差异。3.抗草铵瞵转基因水稻Y0003田间除草剂施用技术研究在直播方式下,以抗草铵膦转基因水稻Y0003为试验材料,在水稻3-4叶期、5-6叶期和分蘖期喷施不同剂量的草铵膦(75ml/亩、150ml/亩和300ml/亩),研究在抗草铵膦转基因水稻田不同生育期施用不同剂量草铵膦的除草效果和对该转基因水稻生长发育的影响。结果表明,在水稻3-4叶期施药,3个供试剂量草胺膦的除草效果都较差,且由于土壤中大量后期新生杂草的竞争严重抑制了水稻的生长,导致水稻减产。在水稻5-6叶期和分蘖期,75ml/亩草铵膦处理对杂草防除效果最差,由于杂草的竞争使水稻生长受到严重抑制,减产严重。在水稻5-6叶期施药,150ml/亩和300ml/亩草铵膦处理对主要杂草的防效均在90%以上；且对水稻没有药害,与无草对照相比水稻的产量显著增加。在水稻分蘖期施药,田间杂草长期的竞争使水稻生长受到明显抑制,这2个剂量处理的水稻产量都较无草对照严重减少。无论何时施药,土壤处理+150ml/亩草铵膦处理虽然对杂草防除效果较好,但对水稻出苗产生轻微药害,导致水稻减产。因此在转基因抗草胺膦直播田建议在水稻5-6叶期施用150-300ml/亩的草胺膦来控制田间杂草。在移栽方式下,以抗草铵膦转基因水稻Y0003为试验材料,在水稻5-6叶期和分蘖期喷施不同剂量的草铵膦,研究在抗草铵膦转基因水稻移栽田不同生育期施用不同剂量草铵膦的除草效果和对该转基因水稻生长发育的影响。结果表明,在2个施药时期,75ml/亩草铵膦处理对杂草的防除效果都较差,杂草长期的竞争使水稻生长明显受到抑制,与无草对照相比产量严重下降。在2个施药时期,150ml/亩草铵膦和300ml/亩草铵膦处理对水稻田主要杂草的防效在90%以上。与无草对照相比,在2个施药时期施用150ml/亩和300mml/亩草铵膦处理的水稻生长和产量受到不同程度的影响,但相比而言,在5-6叶期施用150ml/亩草铵膦的影响最小。在2个施药时期,土壤处理+150ml/亩草铵膦处理对水稻早期生长产生轻微药害,而且在施用草铵膦后有新生杂草发生,水稻生长受到影响,导致水稻产量与无草对照相比有所降低。因此在转基因抗草胺膦移栽田建议在水稻5-6叶期施用150ml/亩的草胺膦来控制田间杂草。
【作者】孙光辉；
【导师】宋小玲；
【作者基本信息】南京农业大学，植物学，2013，硕士
【关键词】抗草铵膦转基因水稻；基因漂移；杂草稻；杂草防除；除草剂施用技术；

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