抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米荒地生存競爭力評價

陳小文, 李吉崇, 郭玉海, 董學(xué)會

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)作物化學(xué)控制研究中心,北京 100193; 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材研究中心,北京 100193)

陳小文,李吉崇,郭玉海，等. 抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米荒地生存競爭力評價[J]. 雜草科學(xué)，2012，30(1)：31-34.

抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米荒地生存競爭力評價

陳小文1, 李吉崇1, 郭玉海2, 董學(xué)會1

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)作物化學(xué)控制研究中心,北京 100193; 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材研究中心,北京 100193)

研究了轉(zhuǎn)Cry1Ac基因玉米及受體非轉(zhuǎn)基因玉米(鄭58)在野外自然條件及模擬野外條件下的生存能力,比較玉米與雜草的競爭力及玉米自身成為雜草的可能性,為轉(zhuǎn)抗蟲基因玉米的環(huán)境生態(tài)安全評價提供理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明,生存競爭能力非轉(zhuǎn)基因玉米<轉(zhuǎn)基因玉米<雜草,轉(zhuǎn)抗蟲玉米雖然在與雜草的競爭中優(yōu)于非轉(zhuǎn)基因受體,其種子也能越冬,但在試驗條件下不會演變成超級雜草。

轉(zhuǎn)基因； 雜草； 覆蓋率； 玉米

抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米自開始研究以來,已有部分品種實現(xiàn)了商業(yè)化種植,而且產(chǎn)業(yè)化發(fā)展速度很快。我國境內(nèi)雖尚未有轉(zhuǎn)基因玉米的商業(yè)化生產(chǎn),但隨著我國轉(zhuǎn)基因玉米研究進(jìn)展加快,一些轉(zhuǎn)Bt蛋白基因玉米已進(jìn)入生產(chǎn)性試驗階段。轉(zhuǎn)基因作物的生態(tài)安全性是人們關(guān)注的焦點之一。為此,分析了轉(zhuǎn)抗蟲Cry1Ac基因玉米和非轉(zhuǎn)基因玉米(鄭58)在荒地條件下與雜草競爭能力的差異,探討轉(zhuǎn)抗蟲基因玉米變?yōu)槌夒s草的可能性,從而為建立轉(zhuǎn)抗蟲基因玉米安全評價標(biāo)準(zhǔn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

轉(zhuǎn)Cry1Ac基因玉米(Bt 3265株系)及其受體對照鄭58自交系,均由國家玉米改良中心提供。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 試驗地概述 野外自然條件(2010年)：在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)上莊試驗站荒地進(jìn)行,試驗地三面均種植2 m寬以上檉柳,另一面種植棉花,與500 m以內(nèi)種植的玉米錯開花期達(dá)30 d以上。

人工模擬條件(2011年)：試驗在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)上莊試驗站進(jìn)行。選取人工栽培地作為試驗點,播種玉米前人工撒播雜草種子以模擬荒地。播種的雜草種類有馬齒莧、反枝莧、龍葵、狗尾草、莎草。試驗地周圍均有柵欄圍護(hù),與500 m以內(nèi)種植的玉米錯開花期達(dá)30 d以上。

1.2.2 試驗方法 采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,小區(qū)面積6 m2(2 m×3 m),4次重復(fù)。從 5月中旬至6月中旬,分期播種3次(地表撒播1次和5 cm深度播種2次),每次播種50粒/區(qū),每小區(qū)共播種150粒,播種后不進(jìn)行任何栽培管理。玉米播后30 d至玉米成熟,每月調(diào)查1次整個小區(qū)的玉米數(shù)量,同時采用對角線5點取樣,調(diào)查試驗小區(qū)的雜草種類、數(shù)量,雜草調(diào)查每點0.25 m2,按植株垂直投影面積占小區(qū)面積的比例估算出覆蓋率。在種植后第二年5月和6月,各調(diào)查一次前一年種植轉(zhuǎn)基因玉米的試驗小區(qū)內(nèi)自生苗情況,記錄每小區(qū)自生苗的數(shù)量,并對自生苗進(jìn)行生物學(xué)測定或分子生物學(xué)檢測,然后人工將轉(zhuǎn)基因玉米自生苗完全清除。

整個試驗嚴(yán)格按《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評價管理辦法》的要求操作。

2 結(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)基因玉米及其受體與雜草的長勢比較

轉(zhuǎn)基因玉米及其親本與雜草的生存能力競爭見圖1。2010年玉米整個生育期降水量少,整體出苗率不足20%,后期玉米植株多因干旱死亡,僅有少數(shù)存活。2011年前期播種時降水量少,播種的玉米整體出苗率都很低,后期降雨次數(shù)較多且降水量充足,在5 cm播深情況下轉(zhuǎn)基因品種出苗較早,且出苗率達(dá)到80%,但其親本鄭58在深播時出苗相對較晚,出苗率也較低,最高的出苗率也僅達(dá)到40%。兩年試驗撒播條件下,由于天氣干旱、鳥類取食等原因,幾乎沒有出苗。

2.2 田間玉米統(tǒng)計

野外荒地(2010年)中雜草的覆蓋率較高,對玉米的調(diào)查帶來一定難度,試驗過程中僅在8月份對整個試驗地生存的玉米總量進(jìn)行了調(diào)查,結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)基因各個小區(qū)的玉米數(shù)量分別為28、21、15、6株，鄭58各個小區(qū)的的數(shù)量分別為8、7、6、28株,此時的玉米已經(jīng)進(jìn)入吐絲期,但基本呈現(xiàn)無花粉或花期不遇,整個試驗田中花期相遇的各僅有1株。

人工模擬荒地條件(2011年)下,玉米的數(shù)量如表1所示。轉(zhuǎn)基因玉米的數(shù)量顯著增加,受體玉米數(shù)量相對較少,隨著種植時間的增加,數(shù)量呈減少趨勢,主要與田間玉米的長勢及調(diào)查過程中人為損傷有關(guān)。此外,9月份調(diào)查的數(shù)據(jù)雖然轉(zhuǎn)基因玉米存活植株相對較多,一共有60株,但是結(jié)實的僅有邊行的6株。

2.3 田間雜草統(tǒng)計

野外自然條件下雜草種類以葎草、打碗花、薺菜、灰藜、牛津草、狗尾草為主，少有苦苣菜、蒲公英、風(fēng)花菜,且雜草數(shù)量較多,覆蓋度較大(表2)。試驗表明,轉(zhuǎn)基因玉米出苗率較其親本對照高,但在與雜草的競爭力方面也無顯著差異,競爭能力均顯著低于雜草。

表1 不同調(diào)查時期各小區(qū)玉米數(shù)量(2011年)

表2 野外條件下雜草生長情況(2010年)

人工模擬荒地雜草種類以龍葵、打碗花、反枝莧、灰藜、馬唐為主，少有苦苣菜、蒲公英、風(fēng)花菜、莎草,雖雜草數(shù)量不多,但雜草長勢好,覆蓋率較大,6月份雜草覆蓋率基本超過80%,7月以后覆蓋率均達(dá)到100%,長勢及覆蓋率顯著超過玉米(表3)。

表3 人工模擬荒地條件下雜草生長情況(2011年)

2.4 玉米自然結(jié)實能力及植株殘體越冬再生能力

雜草在長勢及覆蓋率上均呈遞增趨勢,玉米則植株矮小,長勢緩慢。隨著時間的推移,玉米均被雜草所覆蓋,并有逐步死亡的趨勢。2010年僅有2株玉米結(jié)實(轉(zhuǎn)基因、受體各1株),2011年5月田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)僅有自生苗1株。2011年玉米結(jié)實數(shù)量增加,但也僅局限于邊行有6株轉(zhuǎn)基因玉米結(jié)實。

3 討論與結(jié)論

轉(zhuǎn)基因作物的目的基因可以通過基因漂移使得作物的野生親緣種具有選擇優(yōu)勢的潛在可能,尤其是抗除草劑基因漂入野生近緣種或近緣雜草可能產(chǎn)生“雜草”,難以控制[1],因而轉(zhuǎn)基因作物的生態(tài)安全性深受人們關(guān)注。近年來,研究者對轉(zhuǎn)基因作物展開了大量的田間試驗,表明轉(zhuǎn)基因棉花、馬鈴薯、水稻、玉米、亞麻等植株在生長勢、種子活力及越冬能力等方面與普通植株的差別不大,不太可能演變成為農(nóng)田雜草[2-5]。

本試驗中,野外自然條件下造成玉米花期不遇,幾乎無結(jié)實。模擬荒地條件下轉(zhuǎn)基因玉米出苗率顯著高于其親本對照,氣候條件適宜玉米野外生長的同時,也利于雜草生長,兩種玉米在與雜草的競爭力方面無顯著差異,競爭能力均顯著低于雜草,造成玉米存活率也較低,產(chǎn)量不高。兩年的試驗結(jié)果均表明荒地條件下不利于玉米種子在第二年的大面積繁殖。此外,玉米為一年生作物,生育期較長,且只能通過種子繁殖,植株易于辨識鏟除,因而玉米衍生為“超級雜草”的可能性不大。

綜上所述,外源抗蟲基因的導(dǎo)入,雖增加了玉米的生存競爭能力,但與雜草相比競爭能力仍很差,并沒有演變成雜草的趨勢,且在試驗過程中沒有發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因玉米對試驗區(qū)內(nèi)及周圍植物種類有影響作用,因而轉(zhuǎn)抗蟲玉米在荒地條件下對生態(tài)無影響。

[1]Qian Y Q,Ma K P. Progress in the studies on genetically modified organisms and the impact of its release on environment[J]. Acta Ecol Sin,1998，18：1-9.

[2]賈士榮. 轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境及食品安全性[J]. 生物工程進(jìn)展,1997,117(6)：36-42.

[3]王國英. 轉(zhuǎn)基因植物的安全性評價[J]. 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報,2001,9(3)：205-207.

[4]王振宇,蔣媛媛,馬奇祥,等. 轉(zhuǎn)抗病基因棉花荒地生存競爭能力研究[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010(10)：51-52.

[5]康嶺生,楊向東,王玉民,等. 高油酸轉(zhuǎn)基因大豆HOA80生存競爭能力檢測[J]. 吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010,35(6):1-3.

AssessmentofSurvivalCompetitivenessinWastelandforTransgenicBtMaize

Chen Xiao-wen1, Li Ji-chong1, Guo Yu-hai2, Dong Xue-hui1

(1.Centre of Crop Chemical Control,China Agriculture University,Beijing,100193 China; 2.Centre of Chinese Herbal Medicine Research,China Agriculture University,Beijing,100193 China)

In order to better understand the survival capacity of the transgenicBtmaize and its receptor parent plant (Zheng 58),we compared the survival competitiveness between weeds and maize separately and explored the possibility of maize evolved into weeds under field condition and artificial wasteland condition,which could provide theory basis for security assessment of transgenicBtcorn in ecological environment. The results showed that the transgenicBtmaize was more competitive than its receptor parent plant,but less competitive than weeds. The seeds of transgenicBtmaize also could live through the winter. Nonetheless,the trangenicBtmaize could not evolve into weeds in our test condition.

transgene； weed； coverage percent； maize

Q948.1

A

1003-935X(2012)01-0031-04

2011-11-01

轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項(編號：2011ZX08011-003)。

陳小文,博士研究生。 E-mail：yucan@163.com。

董學(xué)會,博士,副教授,主要從事器官發(fā)育與次生代謝的調(diào)控研究。Tel：(010)62733790； E-mail：xuehuidong@cau.edu.cn。