草铵膦在转基因抗除草剂杂交稻培中的应用效果研究

随着劳动力成本的不断提高和水稻耕作方式的革新,如何高效防除杂草成为当前水稻栽培中亟待解决的重要问题,转基因抗除草剂杂交稻的培育成功为此提供了重要途径.中国科学院亚热带农业生态研究所水稻组经过十多年的研究,成功培育了具有灭生性除草剂草铵膦抗性的“香125S/Bar68 -1”和“株1S/Bar68 -1”等多个转基因抗除草剂杂交稻组合,并进入到生产性试验阶段.近年来,课题组围绕草铵膦在转基因抗除草剂杂交稻大田栽培中的应用开展了系列研究,获得如下主要结果:(1)以转基因抗除草剂杂交稻“香125S/Bar68 -1”和常规杂交稻“株两优819”为材料,采用直播、抛秧和手插3种栽培方式,设置草铵膦除草、常规1次除草和不除草3种除草处理,初步探讨草铵膦除草剂的应用效果.结果表明:草铵膦除草剂对“香125 S/Bar68 -1”的直播、抛秧和手插3种栽培方式稻田中的杂草防除效果均比常规除草剂好,在直播栽培中的效果尤为显著.“香125S/Bar68 -1”在各处理间的主要经济性状表现优势为:抛秧和手插田草铵膦除草＞直播田草铵膦除草＞抛秧和手插田常规除草＞直播田常规除草.(2)以转基因抗除草剂杂交稻“株1 S/Bar68 -1”为材料,常规除草剂2次除草方式为对照,比较了草铵膦除草剂1次除草方式在直播栽培中的应用效果.结果表明:与常规除草相比,草铵膦除草对供试材料株叶形态无明显影响,但使田间杂草数量(主要为千金子)减少577％,同时显著增加了有效穗数和直链淀粉含量,极显著增加了千粒重,实际增产49.4％,节约成本37.5％.(3)以转基因抗除草剂杂交稻“香125S/Bar68 -1”为材料,常规除草剂2次除草方式为对照,比较了草铵膦除草剂1次除草方式在抛秧栽培中的应用效果.结果表明:草铵膦除草处理区杂草茎数(主要为双穗雀稗)仅为常规除草剂处理区的11.7％,实际增产12％,节约成本42％.(4)以转基因抗除草剂杂交稻组合“株1 S/Bar68 -1”为材料,采用草铵膦除草剂1次除草的除草方式,进行了手插和抛秧的栽培示范研究.结果表明,草铵膦1次除草效果良好,手插和抛栽区基本无可见杂草,手插栽培产量和有效穗数均比抛秧栽培高5.2％,但差异不显著.综合上述研究结果初步提出了转基因抗除草剂杂交稻栽培中应用草铵膦1次除草的技术要点为:草铵膦有效成分浓度0.6 g/L,每公顷用量480 ～ 960 L(有效成分剂量288～ 576 g/hm2),于分蘖盛期或末期(视杂草发生情况而定)紧挨冠层均匀喷雾,冒头杂草重点喷施.同时认为开展培育矮秆少蘖的转基因抗除草剂杂交稻应用于直播栽培研究、大田应用草铵膦同时除草除杂技术研究和草铵膦施用浓度及喷施技术研究等,将能进一步发挥转基因抗除草剂杂交稻的巨大优势.     

草铵膦在转基因抗除草剂杂交稻直播栽培中的应用效果

以转基因抗除草剂杂交早稻“株1S／Bar68—1”为材料,常规除草剂2次除草方式为对照,探讨了草铵膦1次除草方式在水稻直播栽培中的应用效果。结果表明：与常规除草（效果表现为千金子草害）相比,灭生性除草剂草铵膦除草对供试材料株叶形态无显著影响,但使田间杂草数量减少85．3％,减少产量损失33．1％,节约成本37．5％。“株1S!Bar68—1”直播栽培中应用草铵膦除草剂1次除草的技术要点为：草铵膦有效成分0．6g／L,每公顷用量720—960L（有效成分剂量432～576g／hm2）,于分蘖末期紧挨冠层均匀喷雾,冒头杂草重点喷施。     

转bar基因抗草铵膦油菜对草铵膦抗性的评价

为评价抗草铵膦转基因杂交油菜对草铵膦的抗性,以转bar基因抗草铵膦杂交油菜“7748”为材料,在2个密度水平和4种除草剂下,以油菜单株鲜重、株高、单株叶面积、净光合速率、SPAD值、全株角果数、每角粒数、千粒重等为指标,研究了草铵膦及其对照药剂对抗草铵膦转基因杂交油菜生长、产量及产量构成、品质的影响.结果表明,草铵膦处理后4d之内油菜叶绿素相对含量、净光合速率极显著低于对照,15d左右内油菜单株鲜重、单株叶面积极显著低于对照,20 d左右内油菜株高极显著低于对照,但药后1个月左右均超过对照.密度间、密度与除草剂交互作用差异显著,密度间以高密度的平均产量最高,除草剂间以草铵膦处理的平均产量最高.草铵膦处理后,油菜全株角果数有所下降,但角粒数、千粒重提高.转基因杂交油菜对草铵膦有较强的抗性,草铵膦对转基因杂交油菜安全并能稳定增加其产量,可应用于生产.     

子叶期喷施草铵膦对转基因抗草铵膦棉花生长发育的影响

转基因抗除草剂棉花的种植扩大了除草剂的应用范围,但其对靶标除草剂的耐受性及安全性问题需进行综合评价。本研究在转基因抗草铵膦棉花的子叶期喷施农药登记推荐剂量的中剂量（900 g·hm^－2）、2 700 g·hm^－2、8 100 g·hm^－2的草铵膦,系统地评价了草铵膦对转基因抗草铵膦棉花生长发育的影响。结果表明,喷施8 100 g·hm^－2草铵膦后短期内对转基因抗草铵膦棉花叶片叶绿素相对含量（SPAD）值和苗期蚜虫发生数量有一定影响,但随着棉花恢复正常生长,喷施14 d后转基因抗草铵膦棉花叶片SPAD值、Cry1Ac蛋白含量、苗期蚜虫数量与对照无显著差异,后期棉花的生长发育、产量及纤维品质所受影响不大。因此,转基因抗草铵膦棉花在子叶期对草铵膦的耐受性较高。     

抗除草剂转基因水稻对稻田杂草种群的影响

草铵膦作为抗除草剂转基因水稻的专用除草剂,对千金子、节节菜、陌上菜、丁香蓼、鳢肠、双穗雀稗、四叶萍和水竹叶表现出优良防效,但不能有效防治牛筋草、牛毛毡、矮慈姑、野荸荠和空心莲子草。在田间使用草铵膦可以有效防治早期出苗的无芒稗,但不能防治中后期出苗的莎草科和阔叶类杂草。与常规稻秀水11相比,转基因水稻99 1的每穗实粒数显著高于秀水11,从而获得了更高产量。转基因水稻嘉禾201与亲本丙94 02比较,对稻田主要杂草密度和生物量的影响差异不显著。转基因水稻99 1和嘉禾201对无芒稗的影响因子R显著大于化感潜力品种地谷,但与非化感品种秀水11相当,表明99 1和嘉禾201无化感竞争优势。     

利用种子萌发法快速检测抗草铵膦转基因大豆

转基因后代植株遗传存在不稳定性,能够快速有效地筛选后代阳性植株成为转基因研究工作的重点。通过在培养基中添加不同浓度的草铵膦进行种子萌发试验,结果普通受体大豆品种东农50在大于5.0 mg.L-1草铵膦筛选压力下,种子萌发率显著降低,植株根系生长受到抑制,基本不能完成正常的生活史;携带bar基因的Southern拷贝T2代转基因大豆种子在添加5.0 mg.L-1草铵膦的MS培养基中34.7%能正常萌发生长,利用CaMV35S和bar 2对引物对5.0 mg.L-1草铵膦筛选得到的转基因植株进行检测,能扩增出正确的条带,结果均为阳性。研究表明应用种子萌发法能够快速检测草铵膦转基因大豆。     

20％草铵膦AS对棉田杂草的防效

20％草铵膦AS按照有效成分用量450～1800g·hm^-2进行棉花行间定向喷雾处理,其对棉田杂草的田间防效优于对照药剂41％草甘膦异丙胺盐AS1230g·hm^-2。该药剂不仅除草速度快,而且持效期长,能有效防除棉田多种常见杂草,且对棉花幼苗无不良影响。     

草铵膦对转Bar基因马铃薯的药害及田间杂草的防治效果

为评价草铵膦对转Bar基因马铃薯的药害及田间杂草的防治效果,在‘陇薯3号’及其转Bar基因株系苗期和现蕾期的地块,用草铵膦对所有马铃薯植株和杂草进行叶面喷施。通过观察统计,发现药后3 d时,转基因株系的所有植株叶色浓绿,长势良好;未转基因植株‘陇薯3号’和所有杂草的叶片表面出现枯斑并萎蔫变黄。苗期药后9 d时,所有转基因植株仍然叶色浓绿,长势良好;未转基因植株‘陇薯3号’和所有杂草全部干枯,完全死亡。现蕾期药后9 d时,转基因植株和未转基因植株‘陇薯3号’与苗期药后9 d时状态一致,绝大部分杂草干枯死亡,但少数杂草仍保持绿色。苗期药后25和35 d时,未转基因植株‘陇薯3号’和绝大部分杂草仍处于完全死亡状态,极少数残存杂草正常生长,但此时转基因马铃薯的长势已远远强于这些杂草,其生长基本不受残存杂草的影响。现蕾期药后25 d时,残存杂草的种类和数量较苗期增多,并且长势对马铃薯的生长造成了一定的影响。     

抗草铵膦棉花材料的田间筛选

采用行间定向喷雾技术,用草铵膦对不同地域的7份棉花材料进行了田间鉴定和筛选。结果显示:用200 g.L-1草铵膦40~60倍液(3.3×103~5.0×103mg.L-1)筛选比较合适;抗性材料的筛选在5~7 d即可完成,速度快而且可靠,经济有效。     

转基因水稻食用安全性评价内容与主要争论问题分析

介绍了中国转基因水稻食用安全性评价的政策依据,并以实例为基础介绍了食用安全性评价的主要内容、检测标准:新表达物质毒理学评价、新表达物质致敏性评价、关键营养成份与抗营养因子检测、新表达物质含量(表达量)检测、新表达物质热稳定性和可消化性检测、全食品安全性检测等.针对转基因水稻螟虫不能吃,人是否能吃,是否能长期吃,实质等同性原则是否存在逻辑错误、偏袒大公司等问题进行了分析.对中国转基因水稻的发展前景进行了评论,认为前期需要有一个渐进、积累的过程,但之后将快速覆盖、急剧增长.     

转基因水稻B2花粉活力的温度模型

 以含bar基因的抗Basta转基因粳稻B2为材料,分别在5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃下进行处理,用2,3,5-氯化三苯基四氮唑（TTC）染色法测定了不同温度处理下转基因水稻B2花粉离体0、1、2、3、4、5、6、8、12、14 min后的活力。B2花粉离体后活力呈现“S”型下降,用Logistic模型可精确模拟两者的关系; 其次, B2花粉离体后活力随着温度先升后降,花粉活力的最适温度范围是20℃~30℃,25℃时活力最强,高温对花粉活力的胁迫作用更大。采用指数方程和Logistic方程分段函数,建立B2花粉活力的温度模型,可精确预测花粉存活时间和寿命,为进一步准确估算转基因水稻基因飘移距离提供依据。     

抗除草剂转基因水稻基因漂移至常规栽培稻的频率研究初报

以抗除草剂草铵膦转基因bar水稻99-1作为花粉供体,四周种植常规栽培稻为花粉受体,观察抗性基因漂移频率。在距离转基因水稻2m以内,基因漂移频率为0.0193%～0.3960%,均在1%以下,但转bar基因抗除草剂水稻基因漂移至不同品种上的频率存在明显差异。     

转Pi-d2基因水稻对稻瘟病的抗性分析

对由pCB6.3kb、pCB5.3kb和pZH01-2.72kb三个不同表达载体转化的转稻瘟病抗性基因Pi-d2水稻株系进行稻瘟病抗性分析。结果表明,转Pi-d2基因水稻的9个高代株系对来自四川的39个稻瘟病菌株表现不同的抗性,抗病频率最高达91.7%;4个转基因早代纯合株系对来自中国农业科学院的58个菌株中的81.48%以上菌株表现抗性,具有广谱抗性特点。稻瘟病菌粗毒素筛选结果表明,来自转基因植株的幼胚愈伤组织诱导率随培养基中粗毒素浓度提高而降低,粗毒素浓度达到40%时,幼胚愈伤诱导率为49.33%,受体对照幼胚愈伤组织诱导率为5%。田间诱发条件下,转基因株系在大田的穗瘟发病率为0%～50%,抗性较受体对照大幅度提高。     

转基因水稻外源蛋白检测技术研究进展

 随着转基因水稻研究及其向产业化的发展,检测转基因水稻中存在的外源蛋白成为该领域的研究热点。阐述了目前检测转基因水稻外源蛋白(EPTR)采用的技术手段,并列举了一些可能用于EPTR检测的潜在蛋白检测技术,初步分析了EPTR检测技术需要解决的问题,并预测了EPTR检测技术的发展趋势。     

温室条件下抗除草剂转基因水稻与杂草稻杂交和回交后代的适合度分析

在温室条件下,将抗除草剂转基因水稻Y0003和99-1与马来西亚杂草稻和国内安徽塘稻人工授粉获得的携带抗性基因的F1、F2与相应杂草稻回交,统计回交结实率和携带抗性基因的比例,并对携带抗性基因的杂交/回交代的适合度进行了测定,综合判断抗性基因漂移的风险。研究表明,在人工授粉的条件下,携带抗性基因的杂交代都能与相应的杂草稻回交并结实,结实率为15%～60%。F1的种子绝大多数都对草丁膦表现出了良好的抗性,F2和回交代分别表现为3∶1和1∶1的抗性分离比例,符合孟德尔遗传规律。适合度研究表明,杂交代、回交代与相应的杂草稻相比没有明显差异,大多数的杂交种的适合度和回交代相差不大,个别杂交代的适合度没有回交代高。以上研究结果表明在无除草剂选择压下,携带转基因水稻Y0003和99-1的抗性基因的2种杂草稻的杂交和回交后代有在适宜环境条件下生存定植的可能性。     

转mtlD/gutD基因稻米对大鼠性腺毒性的实验研究

研究了转mtlD/gutD双价基因稻米对大鼠的性腺毒性。通过对大鼠90 d喂养观察及对各组动物的睾丸和卵巢进行组织切片检查,未见有意义的病理改变。比较雌性大鼠的性成熟、雄性大鼠的精子畸变率及雌雄大鼠的性激素水平,各实验组与对照组均无显著差异(P＞0.05)。结果初步表明用转mtlD/gutD双价基因水稻秀水11品系T18 7 8 1稻米喂养大鼠90 d对大鼠性腺器官的结构和功能无明显影响。     

转Bar基因抗除草剂稻谷喂养小鼠的食用安全性评价

以转Bar基因抗除草剂水稻品种Bar 68 -1及其受体品种D68(CK)为材料,将其稻谷配制饲料后饲喂体重在18～24 g的SPF级昆明小鼠,喂养90 d后分别检测小鼠腿肌、肝脏、肾脏、脾脏、小肠中是否含有Bar基因片段及其表达蛋白磷丝菌素乙酰转移酶(PAT),同时检测了小鼠消化道内外源蛋白的消化降解和小肠线粒体基因组(mtDNA)的突变情况.结果表明:饲喂转Bar基因稻谷的实验组小鼠各脏器组织中没有检测到Bar基因片段和其表达的PAT蛋白;外源蛋白PAT在小鼠胃肠道内无耐受性,能够被机体完全消化;小鼠小肠mtDNA的测序结果无异常,没有发现突变位点.说明转基因成分没有在小鼠体内残留或发生转移,也没有导致小鼠肠道基因突变.     

专利分析:谁是中国转基因水稻的真正主人?

针对绿色和平组织提出中国转基因水稻存在专利纠纷的问题,从绿色和平组织列出的171件专利中筛选8件在中国申请的专利进行重点分析,发现中国即将商业化的转基因水稻不存在专利侵权的问题,提出了从基因专利、安全证书、品种审定证书、转化事件专利、新品种权等方面保护中国转基因水稻权益的策略.     

体外试验评价转基因大米Bt63的安全性

 用不同体外实验评价了转基因大米Bt63的细胞毒性和遗传毒性。分别以200、100、50、25、12.5 μg/mL转基因大米Bt63全蛋白作用于人淋巴细胞,并各培养1.5、6、24 h。然后用彗星试验检测DNA损伤,用微核试验检测染色体畸变,用CCK 8及中性红试验检测细胞毒性损伤。在经过不同的培养时间后,阳性对照组淋巴细胞的遗传及细胞损伤指标与对照组相比存在显著差异。其中,CCK 8试验、中性红试验测得细胞存活率存在着明显的损伤作用时间 效应关系。转基因大米Bt63全蛋白暴露组淋巴细胞遗传及细胞损伤指标与非转基因大米全蛋白暴露组相比无明显差异,且与对照差异不显著。转基因大米Bt63与非转基因大米两者在遗传毒性及细胞毒性上性状相似,实质等同。转基因大米Bt63对人淋巴细胞无明显遗传毒性及细胞毒性作用。另外,该实验体系与传统的毒理学方法相比,经济、简便、快速,具有较高的实用价值。