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抗蟲耐除草劑棉花生存競爭能力研究

2014-03-24 00:18:53李凡等
山東農業科學 2014年2期

李凡等

摘要:本試驗對抗蟲耐除草劑棉花639017、當地棉花冀棉106在兩種土壤類型條件下開展生存競爭能力研究。結果表明:正常播種條件下,抗蟲耐除草劑棉花和冀棉106在大壩沙壤土出苗率低于5%,在試驗基地壤土出苗率低于10%,兩種土壤類型下,棉花覆蓋度均遠低于雜草覆蓋度,棉花株高僅20 cm左右,未完成正常生長發育。在地表撒播試驗中,試驗棉花均未出苗。另外栽培地競爭試驗中,抗蟲耐除草劑棉花株高及產量均低于冀棉106,部分生育期差異顯著。表明:外源基因的導入并未增強抗蟲耐除草劑棉花的生存競爭能力,因此,抗蟲耐除草劑棉花無雜草化風險。

關鍵詞:抗蟲耐除草劑棉花;覆蓋度;生存競爭能力;雜草化風險

中圖分類號:S562.034文獻標識號:A文章編號:1001-4942(2014)02-0100-04

生物育種技術自誕生以來,由于其可以打破物種界限、克服有性雜交障礙,實現近緣物種間、遠緣物種間的基因轉移,甚至是人工合成的基因轉移,從而獲得新的性狀,擴大可利用的種質資源,快速有效地創造遺傳變異,培育新品種、創造新類型,大大縮短新品種育成時間,因而具有常規育種無可比擬的優勢[1]。經過幾十年的發展,目前轉基因植物在全球的推廣種植呈蓬勃發展之勢,種植面積逐年擴大,至2012年,全球轉基因作物種植面積達1.7億公頃,是1996年的100倍。其中,抗除草劑植物占主導地位,主要有抗除草劑大豆、玉米、油菜、棉花、甜菜和苜蓿,占全球轉基因作物種植面積的 60%以上[2]。我國轉基因作物種植面積居全球第六位,其中抗蟲棉種植面積最大。轉基因抗蟲棉花的推廣應用,大大減少了農藥使用量及勞動力支出,降低了棉花種植成本,有效控制了棉鈴蟲危害,其優勢顯而易見。近年來,轉基因作物發展趨勢是多基因復合性狀導入。抗蟲耐除草劑棉花同時含有抗蟲基因和耐除草劑基因,具有抗蟲、耐除草劑的特性。但是轉基因植物的大量釋放,除了引發人們對食品安全問題的憂慮,也引起對環境生態安全的擔憂。主要體現在轉基因植物向非轉基因植物及其野生近源種的逃逸而產生的風險、抗病蟲基因對環境中非靶標生物的影響等方面[3,4]。近年來,轉基因作物對農田生物多樣性,對土壤微生物、葉面微生物等方面的影響研究較為普遍[5,6],而對其生存競爭能力研究較少。對于耐除草劑作物,人們最大的擔心是耐除草劑基因逃逸到雜草中,增強其競爭性,從而產生普通除草劑難以去除的超級雜草。本研究在兩種不同農業生態類型下,研究抗蟲耐除草劑棉花的生存競爭能力,從而明確外源基因導入后,轉基因植物是否生存競爭能力增加,從而增加雜草化的風險。

1材料與方法

1.1試驗材料

轉基因抗蟲耐除草劑棉花639017(由中國農業科學院棉花研究所提供,以下簡稱639017)、當地棉花冀豐106。

1.2荒地生存競爭能力

試驗分別在濟南黃河大壩、山東省農業科學院植物保護研究所試驗基地兩個不同土壤類型的地點進行,前者土質為沙土、后者為壤土。4月27日在黃河大壩、5月27日在植物保護研究所試驗基地,分地表撒播和3 cm正常播種兩種方式播種轉基因抗蟲耐除草劑棉花639017和當地棉花冀豐106,另設不種植任何作物的空白處理區。小區面積6 m2(2 m×3 m),隨機排列,重復3次。每小區播種40粒,播種后不進行任何栽培管理。

兩個試驗地周圍200 m內均無棉花種植,周圍設圍墻或圍欄,有專人管理,以防轉基因材料丟失。

播前調查1次試驗小區內的雜草種類,按植株垂直投影面積占小區面積的比例估算出覆蓋度。于棉花播種后30 d開始,至棉花吐絮,每月調查1次棉花覆蓋度及雜草種類、覆蓋度。調查時采用對角線5點取樣,每點調查0.25 m2。

1.3栽培地生存競爭能力

4月27日在植保所試驗基地,按當地棉花常規播種方式和播種量播種抗蟲耐除草劑棉花及當地對照棉花冀豐106,按當地常規耕作管理模式進行管理。小區面積為25 m2(5m×5m),每處理重復4次。在棉花苗期(4~6片真葉期)、現蕾期、花鈴期及吐絮期,按對角線5點取樣方法,每小區調查5個樣點,每點調查10株棉花的株高。在成熟期每小區收獲50個棉鈴,比較抗蟲耐除草劑棉花639017及當地對照棉花冀豐106在種子產量方面的差異,并于來年5月份對收獲的種子按GB/T 3543.4 規定的方法進行發芽率檢測。

1.4荒地試驗自生苗產生率

1.2試驗調查結束后,不進行收獲,保持其自然狀態,并保留試驗地邊界標記。當年和第二年不再種植棉花。在種植后第二年5月和6月,各調查1次前一年試驗小區內自生苗情況,記錄小區自生苗的數量,如產生自生苗,則對其進行生物學測定或分子檢測,然后將棉花自生苗清除。

2結果與分析

2.1荒地生存競爭結果

2.1.1大壩荒地生存競爭黃河大壩為沙土,土壤呈堿性,一共調查到20種雜草,優勢雜草主要有堿蓬、馬唐、狗尾草、豬毛菜、牛筋草、莎草、馬齒莧、反枝莧等,其他如竹節草、狗牙根、葎草、旋花苦菜等數量較少,覆蓋度較低??傮w看來雜草數量較多,但由于黃河大壩土壤為沙土,較干旱,因此雜草生長勢較差,覆蓋度較低,各試驗小區雜草種類基本相同,不同小區間由于分布位置不同略有差異。

在3 cm正常播種情況下,639017及冀豐106出苗率均非常低,分別為4.17%和5.00%,且由于干旱,棉花長勢非常差,株高及長勢明顯降低。試驗區棉花覆蓋度見圖1,在5月27日~6月27日棉花覆蓋度增加明顯,達到4%以上,6月27日~8月27日基本無變化,棉株高度僅為20 cm左右,無開花及結鈴現象。之后由于干旱及溫度降低,棉花長勢衰減,覆蓋度減少,最終干枯。雜草覆蓋度見圖2,各處理發展趨勢一致。4月27日~5月27日雜草生長明顯,覆蓋度提高較快,之后一直到8月27日,覆蓋度緩慢增加,由于沙土比較旱,雜草長勢相對較弱,最高覆蓋度在80%左右。顯著性檢驗證明三處理之間差異不顯著??傮w來看,棉花長勢非常弱,未能完成正常生長發育。endprint

撒播條件下,未見棉花出苗,由此可見棉花野外生存能力較差。

2.1.2試驗基地生存競爭由于土質、周圍環境與黃河大壩不同,試驗基地雜草種類與大壩雜草有明顯區別。試驗中共調查到18種雜草,優勢雜草有馬唐、狗尾、牛筋、反枝莧、馬齒莧、旋花、苦菜,其它雜草有決明、小飛蓬、牽牛、鐵莧菜等。正常播種、撒播及空白對照區雜草種類基本相同。

在3 cm正常播種情況下,試驗基地,639017和冀棉106 出苗率分別為7.5%和8.3%。試驗區棉花覆蓋度見圖3,兩個棉花品種覆蓋度發展趨勢基本一致。 6月27日低于4%,之后至8月27日,覆蓋度緩慢增加,達到6%~7%。棉花長勢非常弱,植株細矮,株高約20 cm,部分植株由于缺乏光照及養分而死亡。之后棉花逐漸衰亡,覆蓋度降低。雜草覆蓋度見圖4,各處理發展趨勢一致。5月27日~7月27日雜草生長明顯,覆蓋度提高較快,雜草覆蓋度基本達到100%。之后一直到8月27日,覆蓋度基本穩定,接近100%。隨后由于降雨減少,溫度降低,雜草長勢衰減,覆蓋度降低至80%左右。顯著性檢驗證明三處理之間差異不顯著。總體來看,棉花植株非常細弱,無法完成正常生長發育。

地表撒播情況下,同樣未見棉花出苗,進一步證明了棉花野外生存能力較差。

2.2栽培地生存競爭結果

由表1知, 冀豐106無論在株高還是產量方面均高于轉基因抗蟲耐除草劑棉花639017,株高除苗期、吐絮期無差異外,其他生育期差異顯著;抗蟲耐除草劑棉花50個鈴重低于冀豐106,差異顯著。

2.4自生苗

經第二年5月份及6月份兩次觀察,1.2試驗中大壩出苗棉花未開花結鈴,試驗基地兩種棉花出苗植株零星結鈴,但棉鈴未成熟即干枯,所有試驗處理小區內未見棉花自生苗萌發。表明棉花野外生存能力差。

3小結與討論

對于耐除草劑轉基因作物,人們所關注的生態安全性問題主要是:耐除草劑基因導入后,會不會使得棉花成為超級雜草,即成為具有比普通雜草更具競爭力的雜草??祹X生等[7]對高油酸轉基因大豆 HOA80生存競爭能力的研究結果發現:正常播種條件下,高油酸轉基因大豆的生存競爭能力、繁育能力等方面與受體大豆相一致;在地表撒播條件下,3 個大豆品種均不能成苗;高油酸轉基因大豆未增強其自身生存能力和繁育能力,也沒有與雜草相競爭的優勢,對農業環境生態安全無影響。張興華等[8]對轉雙價雙 BT 抗蟲基因(CRY1AC+CRY2AB) 棉和轉雙價抗蟲、抗除草劑基因(CRY1AC+EPSPS) 棉的棉花出苗率、株高、生育進程、棉吐絮瓣數、絮瓣脫落率、自生苗等生存競爭能力進行比較發現,上述各項指標的競爭能力總體上未表現顯著優勢,因此認為轉基因棉在荒地條件下生長無雜草化風險。陳小文等[9]研究了轉CRY1AC基因玉米及受體非轉基因玉米( 鄭 58) 在野外自然條件及模擬野外條件下的生存能力,結果表明:生存競爭能力非轉基因玉米<轉基因玉米<雜草,轉抗蟲玉米雖然在與雜草的競爭中優于非轉基因受體,其種子也能越冬,但在試驗條件下不會演變成超級雜草。本試驗在兩種土壤類型中對抗蟲耐除草劑棉花639017和冀豐106進行了荒地生存競爭能力測試,在3 cm正常播種的情況下,由于不進行任何澆灌等管理活動,大壩試驗棉花種子出苗率低于5%,試驗基地種子出苗率低于10%。同時,抗蟲耐除草劑棉花和對照棉花覆蓋度遠遠低于雜草,植株生長緩慢,無法完成正常的生長發育。在地表撒播條件下,轉基因抗蟲耐除草劑棉花與對照棉花一樣,均無法出苗,且第二年均未見自生苗產生,說明棉花野外生存能力差。栽培地株高及產量結果表明,抗蟲耐除草劑棉花639017株高與產量低于冀棉106,無明顯性狀改變。以上試驗結果表明:外源基因的導入,并未增強棉花的發芽能力及與雜草的競爭能力。與雜草相比,本試驗中的轉基因抗蟲耐除草劑棉花在發芽出苗及生長方面沒有任何競爭性,不具備成為超級雜草的可能性。

參考文獻:

[1]徐文君,周瑋,徐春祥. 國內外轉基因作物及其安全性評價進展[J].江蘇農業科學,2012,40(8):277-279.

[2]Clive J. 2012年全球生物技術/轉基因作物商業化發展態勢[J].中國生物工程雜志,2013,33(2):1-8.

[3]盧寶榮,夏輝. 轉基因植物的環境生物安全:轉基因逃逸及其潛在生態安全風險的研究和評價[J].生命科學,2011,23(2):186-194.

[4]李明.轉基因技術與生物安全[J]. 濱州職業學院學報,2011,8(1):42-46.

[5]李凡,孫紅煒,趙維,等. 抗除草劑轉基因大豆對田間節肢動物群落多樣性的影響[J].山東農業科學,2013,45(7):83-86.

[6]張林森,楊正友,孫紅煒. 轉植酸酶玉米生育期及秸稈還田期根際微生物數量和細菌菌群多樣性[J].山東農業科學,2013,45(3):71-75.

[7]康嶺生,楊向東,王玉民,等.高油酸轉基因大豆 HOA80生存競爭能力檢測[J].吉林農業科學,2010,35(6):1-3.

[8]張興華,田紹仁,張天玉,等. 轉CRY1AC+CRY2AB 基因棉與轉 CRY1AC+EPSPS基因棉荒地的生存競爭能力[J].生物安全學報,2012,21(2):119-124.

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

撒播條件下,未見棉花出苗,由此可見棉花野外生存能力較差。

2.1.2試驗基地生存競爭由于土質、周圍環境與黃河大壩不同,試驗基地雜草種類與大壩雜草有明顯區別。試驗中共調查到18種雜草,優勢雜草有馬唐、狗尾、牛筋、反枝莧、馬齒莧、旋花、苦菜,其它雜草有決明、小飛蓬、牽牛、鐵莧菜等。正常播種、撒播及空白對照區雜草種類基本相同。

在3 cm正常播種情況下,試驗基地,639017和冀棉106 出苗率分別為7.5%和8.3%。試驗區棉花覆蓋度見圖3,兩個棉花品種覆蓋度發展趨勢基本一致。 6月27日低于4%,之后至8月27日,覆蓋度緩慢增加,達到6%~7%。棉花長勢非常弱,植株細矮,株高約20 cm,部分植株由于缺乏光照及養分而死亡。之后棉花逐漸衰亡,覆蓋度降低。雜草覆蓋度見圖4,各處理發展趨勢一致。5月27日~7月27日雜草生長明顯,覆蓋度提高較快,雜草覆蓋度基本達到100%。之后一直到8月27日,覆蓋度基本穩定,接近100%。隨后由于降雨減少,溫度降低,雜草長勢衰減,覆蓋度降低至80%左右。顯著性檢驗證明三處理之間差異不顯著??傮w來看,棉花植株非常細弱,無法完成正常生長發育。

地表撒播情況下,同樣未見棉花出苗,進一步證明了棉花野外生存能力較差。

2.2栽培地生存競爭結果

由表1知, 冀豐106無論在株高還是產量方面均高于轉基因抗蟲耐除草劑棉花639017,株高除苗期、吐絮期無差異外,其他生育期差異顯著;抗蟲耐除草劑棉花50個鈴重低于冀豐106,差異顯著。

2.4自生苗

經第二年5月份及6月份兩次觀察,1.2試驗中大壩出苗棉花未開花結鈴,試驗基地兩種棉花出苗植株零星結鈴,但棉鈴未成熟即干枯,所有試驗處理小區內未見棉花自生苗萌發。表明棉花野外生存能力差。

3小結與討論

對于耐除草劑轉基因作物,人們所關注的生態安全性問題主要是:耐除草劑基因導入后,會不會使得棉花成為超級雜草,即成為具有比普通雜草更具競爭力的雜草??祹X生等[7]對高油酸轉基因大豆 HOA80生存競爭能力的研究結果發現:正常播種條件下,高油酸轉基因大豆的生存競爭能力、繁育能力等方面與受體大豆相一致;在地表撒播條件下,3 個大豆品種均不能成苗;高油酸轉基因大豆未增強其自身生存能力和繁育能力,也沒有與雜草相競爭的優勢,對農業環境生態安全無影響。張興華等[8]對轉雙價雙 BT 抗蟲基因(CRY1AC+CRY2AB) 棉和轉雙價抗蟲、抗除草劑基因(CRY1AC+EPSPS) 棉的棉花出苗率、株高、生育進程、棉吐絮瓣數、絮瓣脫落率、自生苗等生存競爭能力進行比較發現,上述各項指標的競爭能力總體上未表現顯著優勢,因此認為轉基因棉在荒地條件下生長無雜草化風險。陳小文等[9]研究了轉CRY1AC基因玉米及受體非轉基因玉米( 鄭 58) 在野外自然條件及模擬野外條件下的生存能力,結果表明:生存競爭能力非轉基因玉米<轉基因玉米<雜草,轉抗蟲玉米雖然在與雜草的競爭中優于非轉基因受體,其種子也能越冬,但在試驗條件下不會演變成超級雜草。本試驗在兩種土壤類型中對抗蟲耐除草劑棉花639017和冀豐106進行了荒地生存競爭能力測試,在3 cm正常播種的情況下,由于不進行任何澆灌等管理活動,大壩試驗棉花種子出苗率低于5%,試驗基地種子出苗率低于10%。同時,抗蟲耐除草劑棉花和對照棉花覆蓋度遠遠低于雜草,植株生長緩慢,無法完成正常的生長發育。在地表撒播條件下,轉基因抗蟲耐除草劑棉花與對照棉花一樣,均無法出苗,且第二年均未見自生苗產生,說明棉花野外生存能力差。栽培地株高及產量結果表明,抗蟲耐除草劑棉花639017株高與產量低于冀棉106,無明顯性狀改變。以上試驗結果表明:外源基因的導入,并未增強棉花的發芽能力及與雜草的競爭能力。與雜草相比,本試驗中的轉基因抗蟲耐除草劑棉花在發芽出苗及生長方面沒有任何競爭性,不具備成為超級雜草的可能性。

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[6]張林森,楊正友,孫紅煒. 轉植酸酶玉米生育期及秸稈還田期根際微生物數量和細菌菌群多樣性[J].山東農業科學,2013,45(3):71-75.

[7]康嶺生,楊向東,王玉民,等.高油酸轉基因大豆 HOA80生存競爭能力檢測[J].吉林農業科學,2010,35(6):1-3.

[8]張興華,田紹仁,張天玉,等. 轉CRY1AC+CRY2AB 基因棉與轉 CRY1AC+EPSPS基因棉荒地的生存競爭能力[J].生物安全學報,2012,21(2):119-124.

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

撒播條件下,未見棉花出苗,由此可見棉花野外生存能力較差。

2.1.2試驗基地生存競爭由于土質、周圍環境與黃河大壩不同,試驗基地雜草種類與大壩雜草有明顯區別。試驗中共調查到18種雜草,優勢雜草有馬唐、狗尾、牛筋、反枝莧、馬齒莧、旋花、苦菜,其它雜草有決明、小飛蓬、牽牛、鐵莧菜等。正常播種、撒播及空白對照區雜草種類基本相同。

在3 cm正常播種情況下,試驗基地,639017和冀棉106 出苗率分別為7.5%和8.3%。試驗區棉花覆蓋度見圖3,兩個棉花品種覆蓋度發展趨勢基本一致。 6月27日低于4%,之后至8月27日,覆蓋度緩慢增加,達到6%~7%。棉花長勢非常弱,植株細矮,株高約20 cm,部分植株由于缺乏光照及養分而死亡。之后棉花逐漸衰亡,覆蓋度降低。雜草覆蓋度見圖4,各處理發展趨勢一致。5月27日~7月27日雜草生長明顯,覆蓋度提高較快,雜草覆蓋度基本達到100%。之后一直到8月27日,覆蓋度基本穩定,接近100%。隨后由于降雨減少,溫度降低,雜草長勢衰減,覆蓋度降低至80%左右。顯著性檢驗證明三處理之間差異不顯著。總體來看,棉花植株非常細弱,無法完成正常生長發育。

地表撒播情況下,同樣未見棉花出苗,進一步證明了棉花野外生存能力較差。

2.2栽培地生存競爭結果

由表1知, 冀豐106無論在株高還是產量方面均高于轉基因抗蟲耐除草劑棉花639017,株高除苗期、吐絮期無差異外,其他生育期差異顯著;抗蟲耐除草劑棉花50個鈴重低于冀豐106,差異顯著。

2.4自生苗

經第二年5月份及6月份兩次觀察,1.2試驗中大壩出苗棉花未開花結鈴,試驗基地兩種棉花出苗植株零星結鈴,但棉鈴未成熟即干枯,所有試驗處理小區內未見棉花自生苗萌發。表明棉花野外生存能力差。

3小結與討論

對于耐除草劑轉基因作物,人們所關注的生態安全性問題主要是:耐除草劑基因導入后,會不會使得棉花成為超級雜草,即成為具有比普通雜草更具競爭力的雜草。康嶺生等[7]對高油酸轉基因大豆 HOA80生存競爭能力的研究結果發現:正常播種條件下,高油酸轉基因大豆的生存競爭能力、繁育能力等方面與受體大豆相一致;在地表撒播條件下,3 個大豆品種均不能成苗;高油酸轉基因大豆未增強其自身生存能力和繁育能力,也沒有與雜草相競爭的優勢,對農業環境生態安全無影響。張興華等[8]對轉雙價雙 BT 抗蟲基因(CRY1AC+CRY2AB) 棉和轉雙價抗蟲、抗除草劑基因(CRY1AC+EPSPS) 棉的棉花出苗率、株高、生育進程、棉吐絮瓣數、絮瓣脫落率、自生苗等生存競爭能力進行比較發現,上述各項指標的競爭能力總體上未表現顯著優勢,因此認為轉基因棉在荒地條件下生長無雜草化風險。陳小文等[9]研究了轉CRY1AC基因玉米及受體非轉基因玉米( 鄭 58) 在野外自然條件及模擬野外條件下的生存能力,結果表明:生存競爭能力非轉基因玉米<轉基因玉米<雜草,轉抗蟲玉米雖然在與雜草的競爭中優于非轉基因受體,其種子也能越冬,但在試驗條件下不會演變成超級雜草。本試驗在兩種土壤類型中對抗蟲耐除草劑棉花639017和冀豐106進行了荒地生存競爭能力測試,在3 cm正常播種的情況下,由于不進行任何澆灌等管理活動,大壩試驗棉花種子出苗率低于5%,試驗基地種子出苗率低于10%。同時,抗蟲耐除草劑棉花和對照棉花覆蓋度遠遠低于雜草,植株生長緩慢,無法完成正常的生長發育。在地表撒播條件下,轉基因抗蟲耐除草劑棉花與對照棉花一樣,均無法出苗,且第二年均未見自生苗產生,說明棉花野外生存能力差。栽培地株高及產量結果表明,抗蟲耐除草劑棉花639017株高與產量低于冀棉106,無明顯性狀改變。以上試驗結果表明:外源基因的導入,并未增強棉花的發芽能力及與雜草的競爭能力。與雜草相比,本試驗中的轉基因抗蟲耐除草劑棉花在發芽出苗及生長方面沒有任何競爭性,不具備成為超級雜草的可能性。

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