【畢業(yè)學位論文】（Word原稿）富陽地區(qū)稻田雜草及抗除草劑水稻99-1bar基因漂移評價研究農藥學碩士論文

密級 ： 論文編號： 中國農業(yè)科學院 學位論文 富陽地區(qū)稻田雜草及抗除草劑水稻 99-1 因漂移評價研究 9 F N ND F 9摘 要 本文調查了杭州富陽地區(qū)稻田雜草的情況，研究了抗除草劑轉基因水稻 99田間與雄性不育系水稻 草和千金子之間以花粉為媒介的基因漂移，并通過調查明確了轉基因水稻與常規(guī)水稻農藝性狀的差異。結論如下： 通過對杭州富陽地區(qū)水稻秧田、直播田、拋秧田、移栽田和稻茬田雜草調查，明確和驗證了直播田雜草的危害明顯重于移栽田和拋秧田，拋秧田雜草發(fā)生的種類和群落與直播田的情況基本相同，草害以喜濕性的雜草為主，如鴨舌草、節(jié)節(jié)菜、丁香蓼等，并且雜草的種類及比例相對于其他幾種栽培方式更加多樣化和平均化。移 栽田后期草害要輕于直播田等輕型栽培方式。同時雜草種類也有所減少。 稗草，鴨舌草，丁香蓼三種雜草單位面積發(fā)生密度大，發(fā)生頻率高，在這四種稻田內均是主要雜草，是稻田雜草防除的主要對象。通過對稻田雜草花期的調查，雜草的花期較長，并且多種田間雜草與早、中、晚稻的花期相重合，增大了與水稻發(fā)生花粉交流的可能性。而稗草與千金子不僅在前四種稻田內為主要雜草，而且經過調查，這兩種雜草的花期與水稻花期重合。從親緣關系上來說，這兩種雜草與水稻的親緣關系最近，在田間與水稻的雜交可能性最大。 以抗除草劑轉基因水稻 99雄性不育系水 稻 草無芒稗和千金子為研究材料，初步研究了抗除草劑轉基因水稻在田間與常規(guī)水稻和雜草雜交的可能性。 無芒稗和千金子在田間均為輻射狀種植。采用生物測定和 測定方法，對 間自然雜交 U F F F 雜種后代進行檢驗，證實了 99 生了基因漂移，產生了對草丁膦有抗性的后代。對 實率的分析表明，抗性個體比例與水稻花期時的盛行風向及距離 99遠近有關。測進一步證實了此結論。采用生物測定的方法對稗草和千金子的種子進行檢測，沒有發(fā)現(xiàn)抗性個體的存在， 測也沒有發(fā)現(xiàn)相關特異性片段。因此在本試驗的條件下， 99有與 無芒稗 和千金子發(fā)生基因漂移。 調查了轉基因水稻 99禾 201，常規(guī)水稻秀水 11、丙 94田間雜草多樣性和生物量影響，并比較了四個品種之間農藝性狀的差異。結果顯示，四種水稻之間對稻田雜草多樣性和生物量的影響沒有差異。在株高、分蘗數(shù)、分蘗角度、劍葉角和千粒重這幾項農藝性狀上，秀水 11 的株高和千粒重均在 平上與其它三種水稻存在差異。而在其余三項指標上，這 4 種水稻均無顯著差異。轉基因水稻 99嘉禾 201 的農藝性狀處于中等水 平，與其它的兩種水稻相比并不具有生存競爭性。 關鍵詞 ：抗除草劑轉基因水稻，基因漂移，稻田雜草，水稻農藝性狀 9-1 to L.) on of It of In in in to in of in an As in in in of of to on to a of s in of L.) of of 9as of By CR to of 9of no 9on of on by 9901 1, 4no on 1 no in 99-1 01 in of 錄 第一章 引言 1 國農田雜草研究進展 1 除草劑轉基因作物的研究現(xiàn)狀和進展 3 除草劑轉基因作物的貢獻 5 除草劑轉基因作物的環(huán)境威脅 6 除草劑轉基因作物外源基因的逃逸途徑 7 價抗除草劑轉基因作物基因漂移的途徑 8 基因水稻花粉漂移風險的判斷 9 因作物的研究進展 10 第二章 杭州市富陽地區(qū)水稻 田間雜草調查 14 2 材料和方法 14 結果與分析 16 討論 24 第三章 抗除草劑轉基因水稻 99因漂移的研究 26 轉 因水稻 99雄性不育系 雜交及 因的檢測 26 99 33 因的 定 36 論 40 第四章 轉基因水稻與非轉基因水稻田中雜草及水稻農藝性狀的調查 42 驗材料和方法 42 果與分析 43 論 49 第五章 結論與討論 51 參考文獻 52 致謝 58 作者簡歷 59 中國農業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 引言 1 第一章 引言 1. 1 我國農田雜草研究進展 國農田雜草的發(fā)生情況 雜草危害一直是制約全球農作物生產的重要因素，在一些除草設備完善、技術水平高的發(fā)達國家，如美國，每年投入 61 億美元用于除草，草害仍然造成作物減產 12，損失約計 330 億美元（ et 2002）。在我國，每年由于雜草危害造成農作物產量損失 10 20（蘇少泉， 2001）?！傲濉逼陂g，我國第一次進行農田草害調查研究，初步 查明農田共有雜草 77 科 580種，水田、旱地和水旱田雜草各占 22%、 74%和 4%，最常見的雜草種類為禾本科、菊科、莎草科和蓼科，各占 18%、 13%、 7%和 7%。其中危害嚴重又難以防除的惡性雜草有 15 種：野燕麥（ 看麥娘 (馬唐 (狗尾草 (牛筋草(柳葉蓼 (反枝莧 (香附子 (白茅 (稗草 (異型莎草 (鴨舌草 (眼子菜 (扁桿藨草 (；農田草害面積約 4300 萬公頃，其中嚴重受害面積約 1000 萬公頃（涂鶴齡， 2001；楊健源等， 1998）。 在我國對農業(yè)生產造成危害的主要農田雜 草有 60 多種，危害面積約 4000 萬公頃，每年造成糧食產量損失 10%左右。隨著農村種植業(yè)結構的調整、耕作制度的改變，單一類型除草劑的長期使用，農田雜草的種群變化和群落演替加速，除一些次要雜草逐漸成為主要雜草外，一些多年生雜草在農田的發(fā)生危害也日趨嚴重，抗性雜草 (如抗殺草丹的稗草 )業(yè)已出現(xiàn)。加上我國農村勞動力大量向其它行業(yè)轉移，農田管理放松，一些地區(qū)農田草害已呈加重趨勢（張朝賢等， 2000）。 水稻是我國重要的糧食作物，我國南方 14 省 (長江以南 )種植面積最大，播種面積為 公頃，約占全國種植面積 公頃的 馮維卓等， 2000）。 由于輪、耕作制度的改變，農村勞動力轉移及化學除草水平較低，加快了農田雜草群落種群演替，一些次要雜草逐漸上升為主要雜草，多年生惡性雜草發(fā)生加重。 原來一些嚴重影響水稻生長的眼子菜、萍類、牛毛氈等雜草已基本解決， 矮慈姑 (野荸薺 (水莎草 (荊三棱 (千金子 (雙穗雀稗 (等明顯增加（涂鶴齡， 2001）。 此外， 隨著麥田套稻、水直播、旱育拋載和塑盤拋栽等稻田輕型栽培方式的推廣，雜草發(fā)生也有了新的變化，這給雜草防除帶來了新的挑戰(zhàn)（張夕林等，1999）。根據(jù)調查，稻田雜草的危害程度與稻田耕作方式有關，一般來說，輕型的稻田栽培如水稻直播、拋秧、旱育秧等有利于雜草的發(fā)生。在直播田內，由于雜草與水稻同步生長，稻株密度小，生長空間大，因此雜草危害比較重。在不同時期的稻作田間，如早稻、晚稻及單季稻，構成雜草群落的雜草種類及其所占的比例也不 相同。早稻田以稗草為主，其他的雜草則相對較少。晚稻田則以稗草及其它雜草共同構成的群落為害，其中仍然主要是稗草，但是單草的危害程度明顯下降（王強等， 2000）。 中國農業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 引言 2 草防除面臨的問題 田雜草抗藥性增加 抗藥性雜草是全球關注的問題。由于常年施用化學除草劑，使敏感型得到有效控制的同時，耐藥性雜草迅速發(fā)展。自 20 世紀 70 年代中期以來，全球抗藥性雜草生物型一直呈上升趨勢。在我國，東北地區(qū)玉米田因長期使用阿特拉津，惡性雜草馬唐對其抗藥性上升（涂鶴齡， 2001）；在長期使用丁草胺的稻田，稗草對 其產生了抗性（付仲文， 2000）；麥田雜草日本看麥娘也對氯甲磺隆產生抗藥性（許定平， 2002），這將是雜草防除面臨的新挑戰(zhàn)。 草劑藥害 新型高活性除草劑的開發(fā)應用在為農業(yè)生產帶來益處的同時，由于一些除草劑品種在土壤中的殘效期過長 (如氯磺隆、甲磺隆、普施特等 )，連續(xù)使用在土壤中造成積累，加之我國復雜的輪作、套種方式，這些除草劑也在一些地區(qū)對后茬敏感作物造成了嚴重藥害，給農業(yè)生產帶來了較大的經濟損失。此外，由于施藥技術和方法問題，也造成某些地方藥害的發(fā)生。 物技術在雜草綜合治理中 的作用 我國田間雜草的防治一直是以化學為主，“六五”以來，我國農田雜草綜合治理已從單一作物、農田單一雜草防除發(fā)展到不同農業(yè)生態(tài)區(qū) 5 大作物輪作、套作田生態(tài)調控與化學除草相結合的農田雜草綜合治理（張朝賢等， 2000）。但是雜草化學防除也面臨著一些問題，如創(chuàng)制新品種的難度加大，新品種登記的要求越來越高，除草劑的污染日益嚴重，抗性雜草的迅速發(fā)展等。這促使人們考慮用其他途徑來控制雜草。 上世紀末至今，以基因工程為代表的生物技術得到了飛速發(fā)展，隨著 遺傳密碼子的破譯，限制性內切酶、 接酶，尤其是 粒特異 性功能的發(fā)現(xiàn)，使人們進一步明確了基因在生物體中所發(fā)揮的重要作用，并且可以對遺傳基因進行人為控制。一些控制表達除草劑抗性的基因也已經被發(fā)現(xiàn)并且被克隆出來，通過人工轉化，它們已經成功的被轉入到植物中去，使植物也具有對除草劑的抗性?？钩輨┗蜃钤缡桥c其它基因共同整合到質粒中，作為外源基因轉化的標記基因。通過對轉化后植物使用除草劑，觀察其是否有除草劑的抗性，判斷目標基因是否成功的轉入。 由于化學除草存在的問題，抗除草劑轉基因作物也引起了人們的重視。通過種植抗除草劑轉基因作物，可以使用滅生性除草劑而不會殺死作物。目 前，抗除草劑轉基因作物主要是針對抗草甘膦和草丁膦兩種除草劑。這兩種除草劑均為滅生性莖葉處理劑，在土壤中易降解，對環(huán)境影響小。在作物生長季節(jié)使用 1 2 次滅生性除草劑就可以達到除草目的，而作物不受影響。這減少了田間除草劑的用量，使田間管理更加容易，減少了農藥污染和藥害的發(fā)生。因此抗除草劑是轉基因作物中發(fā)展最快的插入性狀。近年來其使用面積占轉基因作物使用總面積的 70。美國目前種植的 1 2 的大豆、 1 3 的油菜均為抗除草劑轉基因品種（閆新甫， 2003）。 中國農業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 引言 3 除草劑轉基因作物的研究現(xiàn)狀和進展 自從 1983年首次 成功的利用農桿菌 粒將外源基因導入煙草，獲得轉基因植株以來，經過十幾年的發(fā)展，轉基因技術已經在 200多種植物中獲得成功應用。全球轉基因作物（ 種植面積由 1996 年的 170 萬 加到 2002 年的 5,870 萬 7 年間增加了 35 倍 (002)。各種出色的轉基因植物不斷面世，它的迅猛發(fā)展將會使人類面臨的糧食、能源和環(huán)境等問題得到相當程度的緩解，滿足了人們日益增長的需求。美國至今批準進入大田實驗的轉基因作物已經包括了小麥、玉米、大豆、棉 花等重要的糧油和纖維作物以及蔬菜、水果、牧草和花卉等經濟作物，現(xiàn)在已經有幾十個轉基因作物品種已經作為商品上市。 除草劑在世界上有著廣泛的應用，在控制農田草害中發(fā)揮了重要的作用。然而隨著人們對環(huán)境安全的要求越來越高，新型除草劑的開發(fā)難度也越來越大（ et 1989）。開發(fā)抗除草劑的農作物品種，讓植物去適應現(xiàn)有的化學除草劑更合算。同時，從經濟的角度上來講，通過開發(fā)抗除草劑的作物，可以擴大除草劑的使用范圍，增大除草劑的銷量。在過去的十幾年中，世界上有許多公司已經成功開發(fā)了耐除草劑的轉基因作物。 孟山都公司是開發(fā)抗除草劑基因工程技術最早也是最成功的公司，它的研究主要是針對自己開發(fā)的除草劑草甘膦。有耐草甘膦大豆、油菜、棉花、玉米、甜菜等產品，在 19972004年 2 月 經過我國農業(yè)部的批準，孟山都的 5 個轉基因產品被獲準 進入中國，包括 大豆一種，玉米和棉花各兩種 。同時，其他的大型農化公司也開發(fā)出不少轉基因的作物，如艾格福 (抗胺草靈轉基因油菜、玉米、大豆等。美國氰胺公司的抗除草劑的 對咪唑啉酮類除草劑 咪草煙（ 商品名為 普殺特、普施特、咪 唑乙煙酸 ）有較好的耐受性，并于 1996年商品化 (張麗萍等， 1999)。 表 1. 除草劑主要作用靶標及植物抗除草劑基因工程的策略（引自楊竹平等， 1996） . et 1996) 抑制途徑 除草劑 主要靶標 抗除草劑基因工程策略 修飾靶標 解毒作用 光合作用 突變體 因（植物） 因（植物） 因（細菌） 氨基酸生物合成 氨酰胺合成酶（ 因擴增 因（細菌） 酰乳酸合成酶（ 突變 因擴增 3 因擴增 突變體 因(細菌 ) 生長調節(jié) 2,4詳 因（細菌） 中國農業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 引言 4 表 少泉， 1998；汪燦明， 2000；梁雪蓮等， 2001） (998;000;et 2001) 除草劑品種 抗性基因 基因來源 靶標酶 轉化作物 草甘膦 擬南芥屬 菜 煙草和其它 草和其它 草丁膦 丁膦乙酰轉化酶（ 番茄、煙草、馬鈴薯、大豆、玉米、小麥、糖用甜菜、水稻、油菜 磺隆 酰乳酸合成酶（ 水稻、油菜、芥菜、煙草 . 煙草 . 煙草 氟草敏 氫番茄紅素 脫氫酶 煙草 溴苯腈 水解酶 煙草、棉花、苜蓿、油菜 2,4-D 氧化酶 油菜、棉花 茅草枯 鹵化酶 氨化鈣 胺基氫化酶 煙草 異丙甲草胺 玉米 谷胱甘肽轉移酶（ 煙草 綠麥隆 大鼠 草 莠去津 去津氯水解酶草、馬鈴薯 稀禾定 玉米 咪草煙 玉米 除草劑 主要通過以下幾個途徑對雜草發(fā)生作用：光合作用（如阿特拉津等）、氨基酸生物合成（如草丁膦、草甘膦等）、生長調節(jié)（如 2,4 D 等）。通過抑制這幾個途徑 中的關鍵酶，就可以迅速殺滅靶標雜草 (表 1)。相應的，抗除草劑基因工程是通過以下兩個途徑來實現(xiàn)：一是利用中國農業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 引言 5 點突變修飾來降低植物的除草劑作用靶標對除草劑的敏感性，或誘導除草劑靶標酶或靶標蛋白質過量生產，使作物吸收除草劑后仍能夠進行正常的代謝活動 ， 主要是對光合作用抑制劑尤其是光合系統(tǒng) 及氨基酸合成抑制劑的靶標；二是引入降解除草劑的酶和酶系統(tǒng)，在除草劑發(fā)生作用之前將其降解或解毒。如將控制 酰轉移酶合成的 因導入到水稻內 ,使水稻體內可以合成降解草丁膦的 而使水稻具有抗草丁膦的能力。 通 過研究人員的不斷努力，發(fā)現(xiàn)了許多對除草劑具有抗性基因的微生物（表 2），并將其成功分離、導入作物之中，獲得到了一些市場前景十分看好的作物品種。其中一部分基因是控制對除草劑敏感的靶標蛋白的合成，通過過量合成該種蛋白，使它的量足以在除草劑存在的情況下細胞仍能夠執(zhí)行其正常功能。另外還可以使細胞過量產生一些針對特定除草劑結構的多糖和蛋白等，使其快速地與除草劑結合從而使除草劑喪失活性（張宏軍， 2003）。 除草劑轉基因作物的貢獻 雜草危害是農作物生產的主要障礙之一。據(jù)估計，在中國每年由于雜草為害而造成的農作物產 量損失為 10 20%(蘇少泉， 2001)。隨著中國經濟的發(fā)展，農民迫切地需要提高生產效率，因此化學除草越來越受到廣大農民的歡迎。然而，中國的化學除草也存在很多問題，首先是自己開發(fā)除草劑的能力差，生產的除草劑品種少，而且品種老化嚴重，對環(huán)境的污染大。二是種植制度復雜，加之除草劑施用技術研究不深入和雜草科學知識普及不夠，常常由于施用除草劑不當造成大面積作物藥害。 除草劑今后向著高效、低毒、低殘留的方向發(fā)展，如草甘膦、草丁膦等，但是它們大多是滅生性除草劑，在使用的時候，如果措施不當，極有可能對作物造成藥害，或因殺 草譜的限制，無法防除田間各種雜草。種植采用基因工程方法，導入除草劑抗性基因的作物，既可以有效地解決以上的問題，又是增加除草劑選擇性和安全性的一條新的有效途徑。 抗除草劑轉基因作物在美國、加拿大等國已廣泛種植，并產生了巨大的經濟效益。這項技術在中國也有廣闊的應用前景，能進一步加快化學除草的發(fā)展，降低農作物的生產成本。其具體表現(xiàn)在如下幾個方面： 入產出比高 由于人們對環(huán)境的日益關心，新除草劑品種登記時所需要的材料越來越多，使得開發(fā)除草劑的成本越來越高。開發(fā)出一個除草劑品種需要從上萬個新化合物中篩選， 耗費幾千萬甚至上億美元，投資風險大。培育一種抗除草劑作物品種，擴大老除草劑的使用范圍，同樣起到新除草劑的作用，可是它的投資則比開發(fā)一種新除草劑小得多。 低對進口除草劑的依賴 隨著經濟的全球化，農產品的價格競爭愈來愈激烈。降低農產品的生產成本，在很大的程度上依賴于除草劑的使用，因為化學除草的成本遠低于人工除草的費用。然而，由于種種原因，中國農業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 引言 6 目前中國開發(fā)新除草劑品種的能力還很有限，生產的化學除草劑品種少，不能滿足生產的需要，有些作物上施用的除草劑品種仍依賴進口。隨著中國市場的開放，這種依賴國外除草劑的局 面將會進一步加劇。扭轉這種局面的一種有效手段是培育抗除草劑作物。選育抗除草劑作物品種可充分利用我國現(xiàn)有的除草劑品種，擴大使用范圍，延長使用壽命，降低對國外除草劑品種的依賴。 決農業(yè)生產的草害問題 在中國，有些作物（如棉花、油菜、蔬菜）田雜草為害嚴重，而在這些作物上還沒有比較合適的選擇性防除闊葉雜草的除草劑，特別是苗后處理除草劑。培育抗除草劑的棉花、油菜、蔬菜品種，將可有效地防除這些作物田雜草。對于水稻來講，不但田間施用除草劑的工作非常繁重，而且目前抗性雜草的發(fā)生比較嚴重，有些抗性雜草用常規(guī)除草劑 無法防除。種植抗除草劑水稻后，田間可以使用滅生性除草劑如草甘膦、草丁膦等，將抗性雜草殺死，使田間雜草管理變得容易（張宏軍， 2003）。 高除草效果、減少藥害和農藥環(huán)境污染 目前，在中國使用的除草劑以土壤處理劑為主。土壤處理劑的除草效果受環(huán)境條件影響較大，使用技術要求高，加之中國雜草知識普及不夠，常常因使用不當或除草劑本身的選擇性差而造成除草效果不理想或發(fā)生藥害。近幾年，我國每年都有因除草劑使用不當而產生大面積藥害的事件，給農民造成了極大的損失。培育抗莖葉處理除草劑的作物品種，將會增加農民施藥的靈 活性，提高除草效果，防止藥害產生。另外，在我國使用的有些除草劑對環(huán)境影響較大，如阿特拉津對地下水污染嚴重。培育抗除草劑作物，可用對環(huán)境友好、對人畜安全的除草劑來替代那些不安全除草劑，降低對環(huán)境的污染，減少人畜毒害。 進耕作制度和種植方式的改變 種植抗除草劑作物可促進耕作制度和種植方式的改變，有利于中國農業(yè)的持續(xù)發(fā)展和農業(yè)勞動生產力的提高。例如，旱稻具有省工、節(jié)水的優(yōu)點。由于沒有好的旱稻除草劑，在推廣這項技術中遇到雜草難以防治的問題。在北方小麥 麥秸稈還田和免耕或少耕技術能提高土壤的 有機質，改善土壤的團粒結構，減少水土流失等優(yōu)點，防止小麥秸稈焚燒對空氣的污染。在該項技術的推廣中也同樣遇到雜草難防除的問題。培育抗除草劑的旱稻、玉米品種，可解決雜害的問題，可加快這些技術的推廣。 1. 4 抗除草劑轉基因作物的環(huán)境威脅 盡管轉基因作物有諸多的優(yōu)點，但是抗除草劑轉基因植物同時也可能帶來一系列生態(tài)風險，如抗性基因的漂移、雜草化、對生物多樣性的影響等問題。所謂基因漂移 (指基因通過花粉授精雜交等途徑在種群之間擴散的過程（樊龍江等， 2001）。 中國農業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 引言 7 一些學者早就證實抗除 草劑轉基因作物可以與其他同種栽培種植物發(fā)生雜交，從而使抗性基因漂移（ et 2001），使除草劑抗性通過基因流在同一個物種中從抗性植物轉入到敏感植物中。 （ 1996）用 5種抗草丁膦轉基因甜菜做父本與野生甜菜進行人工雜交，研究了抗性基因隨花粉漂移的可能性。結果表明，抗性基因可以通過授粉而漂移。 1999）對抗草丁膦小麥與野生的圓柱山羊草（ 交種進行了研究，結果發(fā)現(xiàn)雜種可以在田間自發(fā)地與野生圓柱山 羊草回交。 （ 1998）研究了抗草丁膦轉基因水稻和雜草紅稻雜交的可能性，結果證明抗性基因完全可以從抗性水稻漂移到雜草紅稻中去。雜交的 2000）也通過試驗證實了轉基因作物可以和野生種雜交，使得抗性基因發(fā)生漂移。 一些生態(tài)學家認為抗除草劑轉基因作物變?yōu)殡s草的可能性與本地雜草變?yōu)閮?yōu)勢雜草的可能性相當。抗除草劑轉基因作物釋放到環(huán)境中后，由于它具有抗除草劑特性，在除草劑存在的條件下會變?yōu)閮?yōu)勢作物。當收獲時不可避免的有種子散落，它在下茬作物中就 有可能成為雜草，而且抗除草劑作物所具有的植株高度、葉面積、抗逆性等特征，可以使它變成一個更為“成功”的雜草。實踐證明，在作物輪作種植的地方，如果下茬是抗同種除草劑的轉基因作物，且該作物和上茬作物均對除草劑有相同的抗性，那么上茬轉基因作物很有可能會在下茬作物中變?yōu)殡s草（ et 1997）。 1. 5 抗除草劑轉基因作物外源基因的逃逸途徑 基因作物花粉的散布 由于目前大多數(shù)轉基因植物的轉化采用組成型啟動子，使得外源目的基因在所有組織和器官中均有表達，因此，轉基因植物花粉的散布成為外源基因 逃逸的主要渠道之一。這方面國內外已有不少報道 (張長清等 , 1997;et 1996; et 1995; et 1997)。實際上 ,花粉的散布在非轉基因植物中也相當普遍 ,包括水稻、玉米、小麥、馬鈴薯、棉花、油菜和甜菜等主要糧食和經濟作物。植物育種學家對如何保護作物不受外來花粉污染的研究已進行了半個多世紀 ,根據(jù)外來花粉與保護作物雜交的頻率來確定傳粉隔離距離。這種方法為轉基因花粉散布距離的研究提供了寶貴的思路。 近 10 年來人們對不同轉基因作物 的傳粉距離進行了研究 ,發(fā)現(xiàn)不同作物的傳粉距離是有差別的。如轉基因油菜、馬鈴薯、芥菜、棉花和向日葵花粉的逃逸距離分別為 12、 20、 35、 100和1000m(et 1994; et 1998)。 2001)測試了抗除草劑轉基因水稻的基因漂移情況，結果顯示，在兩種水稻相鄰種植的情況下，雜交頻率為稍低于 在非轉基因水稻環(huán)繞轉基因水稻的種植條件下，在盛行風下風向的雜交頻率為 然而在上風向距離轉基因水稻 5這與水稻的生物學傳粉特性有關。水稻屬于自花授粉的植物，水稻種子有 90%左右是自花授粉形成的，加之水稻的花粉壽命比較短，一般只有幾分鐘，水稻的單朵花的開花時間也較短，其開放時間從 6分鐘到 1個小時不等（ 1986），因此異花授粉的幾率比較小。另外水稻與其它水稻雜交成功與否與周圍植物類型、密度、其他水稻的花期和氣象條件等因素有關，轉基因水稻的種植面積大小也影響到它的傳粉距離 (國農業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 引言 8 1997)。 基因作物作為野生親緣種花粉的受體形成雜種 轉基因作物除了花粉散布造 成外源基因的空間逃逸外 ,若作為花粉受體與野生親緣種雜交 ,形成的雜交種子在土壤中存留，在下茬作物田間變?yōu)榫哂谐輨┛剐缘碾s草。在條件適宜的情況下 ,轉基因作物與其野生親緣種的雜交種可以與野生親本不斷回交，從而導致具有抗性基因的植株的基因組成越來越接近野生的親本，并且抗性的性狀不斷純化。 1997， 1998， 2000）研究了抗草丁膦油菜與野蘿卜（ .）和野歐白芥（ 作為父本 )雜交后 4個世代植株花粉的可育性和染色體數(shù)目。結果 發(fā)現(xiàn)，隨著世代的增加，植株染色體數(shù)目逐漸減少，雜種的染色體數(shù)目逐漸接近野生小蘿卜的染色體數(shù)。在這個過程中，每一代植株的可育性不斷增加。由此表明 ,經過不斷的回交 ,轉基因作物中的外源基因可進入野生親緣種的遺傳背景 ,從而造成轉基因的逃逸。 1. 6 評價抗除草劑轉基因作物基因漂移的途徑 目前抗除草劑轉基因作物還沒有在我國得到應用，它可能會帶來的問題還沒有機會完全顯現(xiàn)。但是，隨著抗除草劑轉基因作物的應用、推廣，從安全的角度、風險管理的角度，對轉基因作物進行基因漂移評估和環(huán)境安全性評價是完全必要的。 基因漂流是轉基因植物可能 引起的生態(tài)問題中主要的風險，所以一直是轉基因植物生態(tài)風險評價和管理的關鍵問題和研究熱點。另外由于各種抗除草劑轉基因作物特性不同，目前還不能將其綜合起來研究，無法對所有的抗除草劑轉基因作物定一個統(tǒng)一的評價其生態(tài)風險大小的標準或得出一個普遍性的結論。目前大多數(shù)學者都贊同“一事一論”的研究方法（ 即針對某一種轉基因作物進行研究，評價其生態(tài)風險的大小，但不推廣到其他種類的轉基因作物上。抗除草劑轉基因作物基因漂移的評價主要是從基因漂移以及對環(huán)境的影響兩方面來研究其安全性的。 對轉 基因植物進行基因漂移的評價涉及到很多的方面，包括從微觀到宏觀。根據(jù) （ 1997） ,可從以下幾個方面著手 (錢迎倩等， 1998)： 1 細胞及分子生物學水平的實驗 鑒定外源存在的方法是多種多樣的 ,包括形態(tài)學特征分析、細胞學方法 (如減數(shù)分裂和染色體配對分析 )、蛋白質及同工酶電泳分析、 (如 以及統(tǒng)計分析方法 (如 等 (1997)。這其中以 些研究方法并不是孤立的 ,而是相互滲透、相 互結合的。 1990)將形態(tài)學、同工酶和葉綠體 研究轉基因玉米與其野生親緣種間的花粉逃逸。 (1993)則結合利用染色體計數(shù)的方法來分析轉基因甘藍型油菜與其親緣種間的雜交頻率。 1999)利用 2個體水平的試驗 個體水平的試驗一般是在實驗室或溫室中進行。個體水平風險分析可測量花粉供體的活性、中國農業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 引言 9 花粉傳播、異花或自花授粉、基因流、雜交以及植物競爭等項目?？砂艳D基因植物在 競爭能力 ,脅迫耐受情況以及繁殖產量等方面與正常的非轉基因植物來作比較。在研究轉基因花粉傳播距離時 ,各國學者和科學家均采用以轉基因作物為中心，在不同方向、不同距離上測定轉基因作物的花粉與非轉基因作物的雜交頻率，從而確定該轉基因作物的傳粉距離。當然 ,轉基因花粉散布的測定方法是多種多樣的 ,包括親本分析、花粉計數(shù)、花粉收集和花粉活力測定等 (997)。目前主要運用的是親本分析法。具體操作方法一般是先在中心設置一個轉基因作物栽種區(qū)域 ,然后在其四周種植非轉基因作物或其親緣種 ,在田間進行自然雜交。作物成 熟后在不同方向、不同距離上隨機采集一定數(shù)量的植株或種子 (果實 ),分析成熟種子或果實中存在轉基因的個體比例 ,其結果作為該轉基因作物傳粉的頻率。 3種群水平的試驗 進行一些發(fā)育試驗和種群大小波動試驗 (包括建模 )可以為影響分析提供有價值的參數(shù)。該水平的測試項目有種群動態(tài)、補充、交配系統(tǒng)、遺傳多樣性、遺傳穩(wěn)定性、遺傳漂變和漸滲等。 4生態(tài)系統(tǒng)水平試驗 除非事先已采取了嚴格的預防措施 ,并特別小心 ,從環(huán)境保護角度出發(fā)并不希望在某個生態(tài)系統(tǒng)中做實驗 ,但是它卻可以為評價轉基因植物基因漂移提供最直接和完全的信息。在自然 條件下，由于氣溫、風向、降雨、病蟲害等環(huán)境因素的影響，兩次重復實驗之間的差別可能很大。因此要盡可能在一個能有較高程度的控制條件的生態(tài)系統(tǒng)里來做試驗 ,使環(huán)境等影響因素的變動幅度盡可能的小。近代發(fā)展的一種微型或中等水平宇宙 (制系統(tǒng) ,已被用于作為陸生生態(tài)系統(tǒng)中植物生命活動觀察和測試的場所 (997; et 1994)。受控環(huán)境設施 (被用作研究陸生生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境變化 ,并用來模擬