抗虫转基因玉米荒地生存竞争力评价

陈小文, 李吉崇, 郭玉海, 董学会

(1.中国农业大学作物化学控制研究中心,北京 100193; 2.中国农业大学中药材研究中心,北京 100193)

陈小文,李吉崇,郭玉海，等. 抗虫转基因玉米荒地生存竞争力评价[J]. 杂草科学，2012，30(1)：31-34.

抗虫转基因玉米荒地生存竞争力评价

陈小文1, 李吉崇1, 郭玉海2, 董学会1

(1.中国农业大学作物化学控制研究中心,北京 100193; 2.中国农业大学中药材研究中心,北京 100193)

研究了转Cry1Ac基因玉米及受体非转基因玉米(郑58)在野外自然条件及模拟野外条件下的生存能力,比较玉米与杂草的竞争力及玉米自身成为杂草的可能性,为转抗虫基因玉米的环境生态安全评价提供理论基础。结果表明,生存竞争能力非转基因玉米<转基因玉米<杂草,转抗虫玉米虽然在与杂草的竞争中优于非转基因受体,其种子也能越冬,但在试验条件下不会演变成超级杂草。

转基因； 杂草； 覆盖率； 玉米

抗虫转基因玉米自开始研究以来,已有部分品种实现了商业化种植,而且产业化发展速度很快。我国境内虽尚未有转基因玉米的商业化生产,但随着我国转基因玉米研究进展加快,一些转Bt蛋白基因玉米已进入生产性试验阶段。转基因作物的生态安全性是人们关注的焦点之一。为此,分析了转抗虫Cry1Ac基因玉米和非转基因玉米(郑58)在荒地条件下与杂草竞争能力的差异,探讨转抗虫基因玉米变为超级杂草的可能性,从而为建立转抗虫基因玉米安全评价标准提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

转Cry1Ac基因玉米(Bt 3265株系)及其受体对照郑58自交系,均由国家玉米改良中心提供。

1.2 试验设计

1.2.1 试验地概述 野外自然条件(2010年)：在中国农业大学上庄试验站荒地进行,试验地三面均种植2 m宽以上柽柳,另一面种植棉花,与500 m以内种植的玉米错开花期达30 d以上。

人工模拟条件(2011年)：试验在中国农业大学上庄试验站进行。选取人工栽培地作为试验点,播种玉米前人工撒播杂草种子以模拟荒地。播种的杂草种类有马齿苋、反枝苋、龙葵、狗尾草、莎草。试验地周围均有栅栏围护,与500 m以内种植的玉米错开花期达30 d以上。

1.2.2 试验方法 采用随机区组设计,小区面积6 m2(2 m×3 m),4次重复。从 5月中旬至6月中旬,分期播种3次(地表撒播1次和5 cm深度播种2次),每次播种50粒/区,每小区共播种150粒,播种后不进行任何栽培管理。玉米播后30 d至玉米成熟,每月调查1次整个小区的玉米数量,同时采用对角线5点取样,调查试验小区的杂草种类、数量,杂草调查每点0.25 m2,按植株垂直投影面积占小区面积的比例估算出覆盖率。在种植后第二年5月和6月,各调查一次前一年种植转基因玉米的试验小区内自生苗情况,记录每小区自生苗的数量,并对自生苗进行生物学测定或分子生物学检测,然后人工将转基因玉米自生苗完全清除。

整个试验严格按《农业转基因生物安全评价管理办法》的要求操作。

2 结果与分析

2.1 转基因玉米及其受体与杂草的长势比较

转基因玉米及其亲本与杂草的生存能力竞争见图1。2010年玉米整个生育期降水量少,整体出苗率不足20%,后期玉米植株多因干旱死亡,仅有少数存活。2011年前期播种时降水量少,播种的玉米整体出苗率都很低,后期降雨次数较多且降水量充足,在5 cm播深情况下转基因品种出苗较早,且出苗率达到80%,但其亲本郑58在深播时出苗相对较晚,出苗率也较低,最高的出苗率也仅达到40%。两年试验撒播条件下,由于天气干旱、鸟类取食等原因,几乎没有出苗。

2.2 田间玉米统计

野外荒地(2010年)中杂草的覆盖率较高,对玉米的调查带来一定难度,试验过程中仅在8月份对整个试验地生存的玉米总量进行了调查,结果显示,转基因各个小区的玉米数量分别为28、21、15、6株，郑58各个小区的的数量分别为8、7、6、28株,此时的玉米已经进入吐丝期,但基本呈现无花粉或花期不遇,整个试验田中花期相遇的各仅有1株。

人工模拟荒地条件(2011年)下,玉米的数量如表1所示。转基因玉米的数量显著增加,受体玉米数量相对较少,随着种植时间的增加,数量呈减少趋势,主要与田间玉米的长势及调查过程中人为损伤有关。此外,9月份调查的数据虽然转基因玉米存活植株相对较多,一共有60株,但是结实的仅有边行的6株。

2.3 田间杂草统计

野外自然条件下杂草种类以葎草、打碗花、荠菜、灰藜、牛津草、狗尾草为主，少有苦苣菜、蒲公英、风花菜,且杂草数量较多,覆盖度较大(表2)。试验表明,转基因玉米出苗率较其亲本对照高,但在与杂草的竞争力方面也无显著差异,竞争能力均显著低于杂草。

表1 不同调查时期各小区玉米数量(2011年)

表2 野外条件下杂草生长情况(2010年)

人工模拟荒地杂草种类以龙葵、打碗花、反枝苋、灰藜、马唐为主，少有苦苣菜、蒲公英、风花菜、莎草,虽杂草数量不多,但杂草长势好,覆盖率较大,6月份杂草覆盖率基本超过80%,7月以后覆盖率均达到100%,长势及覆盖率显著超过玉米(表3)。

表3 人工模拟荒地条件下杂草生长情况(2011年)

2.4 玉米自然结实能力及植株残体越冬再生能力

杂草在长势及覆盖率上均呈递增趋势,玉米则植株矮小,长势缓慢。随着时间的推移,玉米均被杂草所覆盖,并有逐步死亡的趋势。2010年仅有2株玉米结实(转基因、受体各1株),2011年5月田间调查发现仅有自生苗1株。2011年玉米结实数量增加,但也仅局限于边行有6株转基因玉米结实。

3 讨论与结论

转基因作物的目的基因可以通过基因漂移使得作物的野生亲缘种具有选择优势的潜在可能,尤其是抗除草剂基因漂入野生近缘种或近缘杂草可能产生“杂草”,难以控制[1],因而转基因作物的生态安全性深受人们关注。近年来,研究者对转基因作物展开了大量的田间试验,表明转基因棉花、马铃薯、水稻、玉米、亚麻等植株在生长势、种子活力及越冬能力等方面与普通植株的差别不大,不太可能演变成为农田杂草[2-5]。

本试验中,野外自然条件下造成玉米花期不遇,几乎无结实。模拟荒地条件下转基因玉米出苗率显著高于其亲本对照,气候条件适宜玉米野外生长的同时,也利于杂草生长,两种玉米在与杂草的竞争力方面无显著差异,竞争能力均显著低于杂草,造成玉米存活率也较低,产量不高。两年的试验结果均表明荒地条件下不利于玉米种子在第二年的大面积繁殖。此外,玉米为一年生作物,生育期较长,且只能通过种子繁殖,植株易于辨识铲除,因而玉米衍生为“超级杂草”的可能性不大。

综上所述,外源抗虫基因的导入,虽增加了玉米的生存竞争能力,但与杂草相比竞争能力仍很差,并没有演变成杂草的趋势,且在试验过程中没有发现转基因玉米对试验区内及周围植物种类有影响作用,因而转抗虫玉米在荒地条件下对生态无影响。

[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]贾士荣. 转基因植物的环境及食品安全性[J]. 生物工程进展,1997,117(6)：36-42.

[3]王国英. 转基因植物的安全性评价[J]. 农业生物技术学报,2001,9(3)：205-207.

[4]王振宇,蒋媛媛,马奇祥,等. 转抗病基因棉花荒地生存竞争能力研究[J]. 河南农业科学，2010(10)：51-52.

[5]康岭生,杨向东,王玉民,等. 高油酸转基因大豆HOA80生存竞争能力检测[J]. 吉林农业科学，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

转基因生物新品种培育重大专项(编号：2011ZX08011-003)。

陈小文,博士研究生。 E-mail：yucan@163.com。

董学会,博士,副教授,主要从事器官发育与次生代谢的调控研究。Tel：(010)62733790； E-mail：xuehuidong@cau.edu.cn。