水稻的基因飘流研究

2013-08-01 | 作者: | 标签: 水稻 基因飘流


泰国香米种植。图flickr.com
 
水稻的基因飘流备受关注,这是因为首先水稻是世界和中国最重要的粮食作物,民以食为天,食品安全关系重大;其次,中国是亚洲栽培稻的起源中心之一,有丰富的野生稻资源;再次,中国又是一个杂交稻生产大国,需要详细研究向不育系的基因飘流规律,以便积累充分的科学数据;另外,抗虫转基因水稻已在中国获得安全证书,其他性状的转基因水稻也已进入田间试验和环境释放阶段。

中国是水稻栽培种起源中心之一。一般认为,水稻栽培种是从普通野生稻衍变而来。

中国有三种野生稻:普通野生稻、药用野生稻及疣粒野生稻。除普通野生稻可与栽培稻杂交外,药用野生稻及疣粒野生稻与栽培稻之间未见有天然杂交的报道,它们之间用人工杂交也很难成功,一般需采用胚抢救法才能得到极少数杂种种子,其种间杂种的育性很低。

宋小玲等研究了药用野生稻和转bar基因(抗除草剂)水稻花粉杂交的基因飘流,发现转基因水稻花粉能在药用野生稻柱头上正常萌发生长,并能释放内容物,但杂交后结实率为0,表明转基因水稻和药用野生稻杂交不亲和。刘琳莉等采用荧光显微镜技术观察转基因水稻花粉在药用野生稻柱头上的萌发及在花柱内的生长过程,发现药用野生稻与栽培稻杂交不亲和,其原因是花粉管在花柱中停止生长,不能进入胚囊完成受精。因而在自然条件下转基因栽培稻不存在向药用野生稻和疣粒野生稻基因飘流的可能性。

水稻为自花授粉植物,其天然异交率一般在1%以下,最高可达5%。水稻为圆锥花序,开花顺序为先从主轴上开花,其次是上部的枝梗开花,然后从上向下,各枝梗依次开花。在正常情况下,一般在上午9:00开始开花,中午最盛,16:00以后开花较少。一朵花开放时,从稃片张开到闭合,大约需要1.5~ 2小时。水稻花期一般为7~10天,花粉寿命较短,栽培稻品种的花粉在适宜的温湿度下从花药散出后的存活时间仅为3~5分钟,野生稻的花粉在离开花药后最长可达9分钟。柱头的生活力在去雄后可维持6天左右,去雄后1~2天内授粉,结实率最高。花粉以风媒传播。

水稻基因飘流研究

目前国际上主要有3个实验室进行该项研究,包括西班牙的M esseguer 研究组、上海复旦大学的卢宝荣研究团队和中国农业科学院生物技术研究所的贾士荣研究团队。

研究发现:基因飘流频率随受体材料的异交结实率而异,向不育系的基因飘流>普通野生稻> 常规稻和杂交稻品种;基因飘流频率随距离增加呈负线性指数下降,并与风速、风向有关; 基因飘流的最大距离因不同受体材料、不同地点开花期的风速而有明显差异。

栽培稻品种为自花授粉作物,天然异交率很低,在相邻种植时的最大异交率一般不超过1%。按水稻基因飘流模型预测,尽管中国南方稻区各地气候差别很大,但在1%阈值下的最大基因飘流距离均小于1米,0.1%阈值下的最大基因飘流距离均不超过5米。

由于不育系不产生有活力的花粉,异交结实率明显高于常规稻品种,但不同的不育系异交结实率差别很大。

普通野生稻与栽培稻具有相同的AA基因组,亲缘关系近,生殖隔离水平低。而且普通野生稻与栽培稻具有一定程度的花期相遇。在自然条件下,如果转基因水稻与普通野生稻具有地理分布重叠,花期花时相遇,它们之间就会发生基因飘流。

在目前农业转基因生物安全监管配套规章中,推荐的水稻隔离距离为100米。鉴于在相邻种植时向不育系和向栽培稻品种的基因飘流率有数量级的差异,向普通野生稻的飘流率介于前两者之间,三者最远的飘流距离也有明显差别,显然对这三种类型的水稻应采用分类管理和阈值管理的原则。

转基因水稻与栽培稻和杂交稻品种的阈值距离,实测结果小于3~ 5米,模型预测结果小于5米。与不育系繁殖和杂交稻制种的阈值距离大田基因飘流的实测值为广州小于30米,杭州小于50米,三亚小于75米和150米。与普通野生稻的阈值距离,实测结果在广州为20米和50米, 三亚为75米。

作者王志兴、王旭静、贾士荣,原标题《主要农作物转基因飘流频率和距离的数据调研与分析2. 水稻》,中国农业科技导报,2011.见附件。有删改。

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