抗蟲與抗除草劑轉(zhuǎn)基因漸滲對水稻野生近緣種適合度和進(jìn)化潛力的影響.pdf

1、轉(zhuǎn)基因生物的環(huán)境釋放及其可能帶來生物安全方面的影響在全球范圍內(nèi)廣受關(guān)注和爭議，特別是轉(zhuǎn)基因通過基因流逃逸到栽培作物的野生近緣種及其可能造成的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。水稻作為全世界重要的糧食作物，目前已經(jīng)開展了大量轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)方面的試驗(yàn)研究，2009年兩種抗蟲轉(zhuǎn)基因Bt水稻品系在中國獲得了安全證書，表明轉(zhuǎn)基因水稻可能將面臨商品化。在此背景下，對轉(zhuǎn)基因水稻的環(huán)境生物安全，包括轉(zhuǎn)基因逃逸及其潛在環(huán)境生物安全進(jìn)行科學(xué)評價(jià)十分迫切，特別是轉(zhuǎn)基因逃逸到水稻

2、的野生近緣種可能帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是全球關(guān)注的生物安全焦點(diǎn)。
　　科學(xué)地評價(jià)轉(zhuǎn)基因逃逸帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，需要依次對轉(zhuǎn)基因逃逸頻率、轉(zhuǎn)基因的表達(dá)和轉(zhuǎn)基因?qū)κ荏w適合度的影響三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行評估。目前，對轉(zhuǎn)基因逃逸到野生近緣種的基因流頻率和轉(zhuǎn)基因表達(dá)研究已相對成熟，但是對不同轉(zhuǎn)基因（包括抗蟲與抗除草劑轉(zhuǎn)基因）逃逸后對野生近緣種適合度的改變以及長期生態(tài)影響方面的研究卻十分缺乏，而適合度效應(yīng)是轉(zhuǎn)基因能否帶來潛在生物安全的關(guān)鍵。對于水稻的野生近緣種雜草

3、稻和普通野生稻來說，兩者分別分布于人工選擇較為強(qiáng)烈的栽培環(huán)境和自然選擇較為強(qiáng)烈的野外環(huán)境，并且具備不同的生物學(xué)習(xí)性，因而轉(zhuǎn)基因通過基因流逃逸可能會對兩種野生近緣種的生存和進(jìn)化帶來不同的生態(tài)后果，可以作為轉(zhuǎn)基因逃逸相關(guān)生態(tài)安全評價(jià)的模式體系進(jìn)行研究。為了完善對水稻轉(zhuǎn)基因逃逸的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系，本論文研究通過建立抗蟲和抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻與其野生近緣種（包括雜草稻與普通野生稻）的多世代雜交后代體系，對不同類型的轉(zhuǎn)基因以及作物背景基因?qū)﹄s草稻和

4、普通野生稻群體的適合度影響進(jìn)行了長期和系統(tǒng)的研究，并嘗試推測轉(zhuǎn)基因逃逸對野生近緣種進(jìn)化潛力的影響及其可能帶來的長期生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，為轉(zhuǎn)基因水稻的商品化種植提供環(huán)境安全方面有價(jià)值的參考。本論文主要的研究結(jié)果如下:
　　(1)通過研究抗蟲轉(zhuǎn)基因Bt/CpTI與CpTI對栽培稻-雜草稻F2-F3雜交后代的適合度效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，Bt/CpTI在較高的蟲壓下能有效抑制蟲害傷害并為雜交后代帶來一定的適合度利益（如飽粒數(shù)）;CpTI雖然也能在一定程度上抑制

5、蟲害，但是效果與Bt/CpTI相比較弱，并不能為雜交后代帶來生存能力和結(jié)實(shí)能力方面的利益。因此，CpTI基因與Bt基因相比為雜交后代帶來的適合度利益較為有限。除了適合度利益，我們在F3代實(shí)驗(yàn)的加密混種小區(qū)中檢測發(fā)現(xiàn)Bt/CpTI會帶來一定的適合度成本，這與Bt/CpTI栽培稻適合度實(shí)驗(yàn)中的結(jié)果較為一致。
　　(2)通過研究抗蟲轉(zhuǎn)基因Bt/CpTI對栽培稻-雜草稻F4-F7雜交后代的適合度效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，Bt/CpTI在高世代雜交后代仍然

6、能保持有效的抗蟲性并能在較高蟲壓下為其帶來生存能力和結(jié)實(shí)能力上的利益，且Bt/CpTI的抗蟲性和適合度效應(yīng)在不同世代之間無顯著差異。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)在不同的栽種方式下隨著單位面積轉(zhuǎn)基因植株密度的增加，蟲害的發(fā)生水平會受到抑制，從而限制了轉(zhuǎn)基因由于抗蟲優(yōu)勢所帶來的適合度利益。
　　(3)通過研究Bt/CpTI抗蟲轉(zhuǎn)基因栽培稻與雜草稻F1-F7代多世代雜交后代的適合度表現(xiàn)，揭示了栽培稻-雜草稻雜交所產(chǎn)生后代的適合度在世代間的變化，并

7、結(jié)合抗蟲轉(zhuǎn)基因的抗蟲性和適合度效應(yīng)及其世代趨勢，表明雜交低世代在營養(yǎng)生長性狀上暫時(shí)的雜種優(yōu)勢和生殖生長性狀上暫時(shí)的雜種不親和會導(dǎo)致我們對Bt/CpTI在雜草稻群體中的適合度影響出現(xiàn)誤判，而高世代雜種優(yōu)勢的消失和育性的恢復(fù)將共同影響轉(zhuǎn)基因漸滲和擴(kuò)散過程，對指導(dǎo)轉(zhuǎn)基因生物安全評價(jià)具有重要意義。
　　(4)通過研究Bt/CpTI抗蟲轉(zhuǎn)基因栽培稻（及其不含轉(zhuǎn)基因栽培稻對照）與普通野生稻F1代雜種的適合度表現(xiàn)發(fā)現(xiàn)，栽培稻與野生稻的雜交本身可

8、以產(chǎn)生營養(yǎng)生長能力、生殖生長能力和競爭能力都較強(qiáng)的F1代雜種，而Bt/CpTI能為F1代雜種帶來額外的抗蟲優(yōu)勢，并在較高的蟲壓水平下為F1代雜種帶來顯著的適合度利益，這有可能促進(jìn)Bt/CpTI轉(zhuǎn)基因通過F1代雜種漸滲到野生稻群體并進(jìn)一步擴(kuò)散。
　　(5)通過研究EPSPS抗除草劑轉(zhuǎn)基因栽培稻（及其不含轉(zhuǎn)基因栽培稻對照）與不同來源的普通野生稻低世代雜交后代的適合度表現(xiàn)發(fā)現(xiàn)，EPSPS在無除草劑壓力的環(huán)境下可以縮短雜交后代的生長期，增

9、加雜交后代的營養(yǎng)生長能力、生殖生長能力以及競爭能力。結(jié)合低世代雜交后代在營養(yǎng)生長能力、生殖生長能力和競爭能力上相對于野生稻親本的優(yōu)勢，表明EPSPS通過基因流進(jìn)入野生稻群體后很有可能通過增加雜交后代的適合度對野生稻群體的生存和進(jìn)化造成顯著的影響，從而帶來一系列潛在的生態(tài)安全后果。
　　上述實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的獲得及其分析得出的結(jié)論，可以進(jìn)一步完善轉(zhuǎn)基因逃逸到水稻野生近緣種相關(guān)的環(huán)境生物安全評價(jià)方法，為研究轉(zhuǎn)基因?qū)﹄s草稻和普通野生稻長期的