论文部分内容阅读
抗除草剂转基因大豆(Glycine max，2n=40)商业化种植在带来经济和社会效益的同时也存在一定的生态风险，其中重要的风险之一就是抗性基因通过花粉漂移到近缘种野生大豆(Glycine soya，2n=40)中。外源转基因一旦漂移到野生大豆，可能会提高野生大豆的适合度，给生态环境造成威胁，还会污染野生大豆资源。为了系统地分析抗草甘膦转基因大豆向我国不同地理来源的野生大豆种群基因漂移的风险，采用南京农业大学国家大豆改良中心提供的抗草甘膦转基因大豆T14R1251-70作为父本，全国13个不同地理来源的野生大豆种群作为母本，评价了抗草甘膦转基因大豆和不同种群野生大豆的亲和性;对其中4个野生大豆的F1代与抗草甘膦转基因大豆的回交亲和性进行了检测;同时对这4种F1代在不同环境下的适合度进行了系统研究。测定了全国不同野生大豆种群对草甘膦的耐性，并探究了耐性不同的野生大豆种群在施用草甘膦后叶绿素荧光参数的差异，提出了利用叶绿素荧光参数快速测定野生大豆对草甘膦耐性的方法，为后期研究草甘膦耐性不同的野生大豆接受抗性基因的差异奠定了试验基础。主要结果如下:
1.抗草甘膦转基因大豆T14R1251-70与13个种群野生大豆的杂交亲和性
利用人工杂交的方法对父本抗草甘膦转基因大豆T14R1251-70与黑龙江巴彦-21(BY-21)、黑龙江巴彦-19(BY-19)、吉林白城-1(BC-1)、吉林白城-2(BC-2)、辽宁铁岭(TL)、辽宁沈阳(SY)、河北邯郸(HD)、河北保定(BD)、山东东营(DY)、JT(JT)、安徽安庆(AQ)、浙江海宁(HN)、湖南郴州(CZ)13个野生大豆种群的亲和性进行研究，结果表明:13个不同野生大豆种群与抗草甘膦转基因大豆人工杂交的成英率介于4.9％～18％，除BY-21、BC-1、CZ种群由于结英数量过少没有统计外，结实率介于8.6％～37.2％，都显著低于相应野生大豆自交的结果，与自交的成英率相差80％～94.1％，结实率相差29％-78％。
2.抗草甘膦转基因大豆T14R1251-70与4种F1代的回交亲和性
利用人工杂交的方法以抗草甘膦转基因大豆T14R1251-70作父本，4种F1代(BY-21F1、BC-1F1、TL F1、JT F1)作母本进行回交。结果表明:4种F1代与抗草甘膦转基因大豆回交的成荚率介于5.4％～7.4％，结实率介于16.67～30.56％，都显著低于相应F1代自交的结果，与F1自交的成英率相差86.6％-90％，结实率相差11.8％～60.7％。
3.无竞争条件下4种F1代的适合度
在无竞争条件下研究了F1代(BY-21F1、BC-1F1、TLF1、JTF1)与其母本(野生大豆种群BY-21、BC-1、TL、JT)、父本(抗草甘膦转基因大豆T14R1251-70)及受体大豆南农NJR44-1的营养生长及生殖生长适合度。结果表明:4种F1代的出苗率介于29.65％之间，显著低于其野生大豆和转基因大豆及受体大豆，但出苗的F1代都能完成生活史。营养生长性状中，4种F1代的株高(3个复叶期)都显著低于其野生大豆、转基因大豆及受体大豆;BY-21F1和JT F1的地上部干生物量与其野生大豆相似。但BC-1F1和TL F1代的地上部干生物量显著低于其野生大豆。生殖生长性状中，4种F1代的单株结英数、单株英重、单株种子重量、单株饱满种子重量、单株饱粒数、每荚饱粒数都显著低于其野生大豆。4种F1代单株英重、单株种子重量、单株饱粒数、每英饱粒数和结实率都显著低于转基因大豆和受体大豆，但4种F1的单株结荚数显著高于或相当于转基因大豆和受体大豆。尽管如此，但4种F1代单株能产生73.405粒饱满种子。因此在无竞争条件下，4种F1代具有较高的生存和繁殖能力。
4.与杂草竞争下BC-1F1与其父本、母本、及受体大豆的适合度
在与杂草竞争条件下研究了F1代(BC-1F1)与其父本(抗草甘膦转基因大豆T14R1251-70)、母本(野生大豆种群BC-1)、及受体大豆南农NJR44-1四种材料的营养生长及生殖生长适合度性状的差异，结果表明:BC-1F1的营养性状中英宽与母本野生大豆无显著差异、每美粒数与父本转基因大豆及受体大豆无显著差异、种子长度厚度与母本无显著差异，其余适合度性状F1代都显著低于亲本及受体大豆。比较无竞争条件及与杂草有竞争条件下的适合度差异，发现在与杂草与杂草竞争下，BC-1F1单株种子重、单株饱粒重、每英粒数、种子大小、百粒重显著低于无竞争条件下的结果。说明竞争条件下，BC-1F1的适合度下降。尽管如此，在竞争条件下，BC-1F1单株平均能产生60粒饱满种子，因此也具有生存定植的可能性。
5.野生大豆对草甘膦的耐性筛选及施用草甘膦后叶绿素荧光参数的变化
在温室条件下测定了17个不同地理位置种群野生大豆幼苗对草甘膦的耐性，从中筛选出了对草甘膦耐性最高、较高、较低以及最低的种群，测定了这4个种群在喷施草甘膦后叶绿素荧光参数的变化。结果表明，根据ED50值，湖南郴州(CZ)种群耐性最低，TL(TL)种群耐性较低，安徽舒城(SC)种群耐性较高，JT(JT)种群耐性最高，耐性指数为分别为1、1.78、2.17、3.17。在施用不同剂量草甘膦后两天，4个种群的PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光合效率(Y(Ⅱ))、表观电子传递效率(ETR)、光化学荧光淬灭系数(qP)总体上均随着草甘膦剂量的增加而降低。非光化学淬灭系数(NPQ)呈现不同的变化趋势，JT种群NPQ随着草甘膦剂量的增加而逐渐升高，SC、TL及CZ种群则呈现先增加后下降的趋势。总体上耐性越高的种群Fv/Fm、Y(Ⅱ)、ETR、qP在草甘膦处理后下降幅度越小，NPQ越能够维持稳定上升。在施用1.2～2.4、O.6、O.6～1.8、0.6～1.2kg·hm-2有效剂量草甘膦后，JT种群Fv/Fm、Y(Ⅱ)、ETR、qP分别显著高于其它种群。
1.抗草甘膦转基因大豆T14R1251-70与13个种群野生大豆的杂交亲和性
利用人工杂交的方法对父本抗草甘膦转基因大豆T14R1251-70与黑龙江巴彦-21(BY-21)、黑龙江巴彦-19(BY-19)、吉林白城-1(BC-1)、吉林白城-2(BC-2)、辽宁铁岭(TL)、辽宁沈阳(SY)、河北邯郸(HD)、河北保定(BD)、山东东营(DY)、JT(JT)、安徽安庆(AQ)、浙江海宁(HN)、湖南郴州(CZ)13个野生大豆种群的亲和性进行研究，结果表明:13个不同野生大豆种群与抗草甘膦转基因大豆人工杂交的成英率介于4.9％～18％，除BY-21、BC-1、CZ种群由于结英数量过少没有统计外，结实率介于8.6％～37.2％，都显著低于相应野生大豆自交的结果，与自交的成英率相差80％～94.1％，结实率相差29％-78％。
2.抗草甘膦转基因大豆T14R1251-70与4种F1代的回交亲和性
利用人工杂交的方法以抗草甘膦转基因大豆T14R1251-70作父本，4种F1代(BY-21F1、BC-1F1、TL F1、JT F1)作母本进行回交。结果表明:4种F1代与抗草甘膦转基因大豆回交的成荚率介于5.4％～7.4％，结实率介于16.67～30.56％，都显著低于相应F1代自交的结果，与F1自交的成英率相差86.6％-90％，结实率相差11.8％～60.7％。
3.无竞争条件下4种F1代的适合度
在无竞争条件下研究了F1代(BY-21F1、BC-1F1、TLF1、JTF1)与其母本(野生大豆种群BY-21、BC-1、TL、JT)、父本(抗草甘膦转基因大豆T14R1251-70)及受体大豆南农NJR44-1的营养生长及生殖生长适合度。结果表明:4种F1代的出苗率介于29.65％之间，显著低于其野生大豆和转基因大豆及受体大豆，但出苗的F1代都能完成生活史。营养生长性状中，4种F1代的株高(3个复叶期)都显著低于其野生大豆、转基因大豆及受体大豆;BY-21F1和JT F1的地上部干生物量与其野生大豆相似。但BC-1F1和TL F1代的地上部干生物量显著低于其野生大豆。生殖生长性状中，4种F1代的单株结英数、单株英重、单株种子重量、单株饱满种子重量、单株饱粒数、每荚饱粒数都显著低于其野生大豆。4种F1代单株英重、单株种子重量、单株饱粒数、每英饱粒数和结实率都显著低于转基因大豆和受体大豆，但4种F1的单株结荚数显著高于或相当于转基因大豆和受体大豆。尽管如此，但4种F1代单株能产生73.405粒饱满种子。因此在无竞争条件下，4种F1代具有较高的生存和繁殖能力。
4.与杂草竞争下BC-1F1与其父本、母本、及受体大豆的适合度
在与杂草竞争条件下研究了F1代(BC-1F1)与其父本(抗草甘膦转基因大豆T14R1251-70)、母本(野生大豆种群BC-1)、及受体大豆南农NJR44-1四种材料的营养生长及生殖生长适合度性状的差异，结果表明:BC-1F1的营养性状中英宽与母本野生大豆无显著差异、每美粒数与父本转基因大豆及受体大豆无显著差异、种子长度厚度与母本无显著差异，其余适合度性状F1代都显著低于亲本及受体大豆。比较无竞争条件及与杂草有竞争条件下的适合度差异，发现在与杂草与杂草竞争下，BC-1F1单株种子重、单株饱粒重、每英粒数、种子大小、百粒重显著低于无竞争条件下的结果。说明竞争条件下，BC-1F1的适合度下降。尽管如此，在竞争条件下，BC-1F1单株平均能产生60粒饱满种子，因此也具有生存定植的可能性。
5.野生大豆对草甘膦的耐性筛选及施用草甘膦后叶绿素荧光参数的变化
在温室条件下测定了17个不同地理位置种群野生大豆幼苗对草甘膦的耐性，从中筛选出了对草甘膦耐性最高、较高、较低以及最低的种群，测定了这4个种群在喷施草甘膦后叶绿素荧光参数的变化。结果表明，根据ED50值，湖南郴州(CZ)种群耐性最低，TL(TL)种群耐性较低，安徽舒城(SC)种群耐性较高，JT(JT)种群耐性最高，耐性指数为分别为1、1.78、2.17、3.17。在施用不同剂量草甘膦后两天，4个种群的PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光合效率(Y(Ⅱ))、表观电子传递效率(ETR)、光化学荧光淬灭系数(qP)总体上均随着草甘膦剂量的增加而降低。非光化学淬灭系数(NPQ)呈现不同的变化趋势，JT种群NPQ随着草甘膦剂量的增加而逐渐升高，SC、TL及CZ种群则呈现先增加后下降的趋势。总体上耐性越高的种群Fv/Fm、Y(Ⅱ)、ETR、qP在草甘膦处理后下降幅度越小，NPQ越能够维持稳定上升。在施用1.2～2.4、O.6、O.6～1.8、0.6～1.2kg·hm-2有效剂量草甘膦后，JT种群Fv/Fm、Y(Ⅱ)、ETR、qP分别显著高于其它种群。