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转基因水稻的研发和商品化应用将为我国的水稻生产能力进一步提高提供新的机遇。但是转基因水稻的大规模环境释放和商品化生产可能会带来一定的环境生物安全问题,处理不好就会影响转基因水稻的进一步研究和发展。抗除草剂转基因水稻田间释放带来的生态问题之一,就是抗性基因通过基因流漂移到野生/杂草近缘种中,从而给当地的生物多样性造成威胁。因此,在释放前对其潜在的风险做出评估十分重要。转基因水稻与野生/杂草近缘种间花粉的基因漂移有杂交、回交以及持续这种方式所产生的后代的适合度问题,这些是本文所关注重点。2006至2007年,在温室条件下,对抗除草剂转基因水稻Y0003和99-1与马来西亚杂草稻(WRl)和国内安徽塘稻(WR2)人工授粉获得的携带抗性基因的杂交一代、二代与相应杂草稻回交,得到回交代,统计回交结实率和携带抗性基因的比例,并对携带抗性基因的杂交/回交代的适合度进行了测定,综合判断抗性基因漂移的风险。研究表明,在人工授粉的条件下,携带抗性基因的杂交代都能和相应的杂草稻回交并结实,结实率在15-60%之间。正反杂交一代的种子绝大多数都表现出了良好的抗性,杂交二代和回交代分别表现为3:1和1:1的抗性分离比例,分离比例都符合孟德尔遗传规律。适合度的研究表明杂交代和回交代和相应的杂草稻相比没有明显差异,大多数的杂交种的适合度和回交代的相差不大,个别杂交代的适合度没有回交代的高。以上研究结果表明转基因水稻的抗性基因有可能通过杂交和回交发生漂移。2007年至2009年,在网室和大田通过人工杂交和天然异交等试验来研究转基因水稻和国内15种典型杂草稻间的亲和性和异交率,为揭示产生不同异交率的关键原因。结果表明,转基因水稻和杂草稻间的人工杂交结实率在31.82%-82.68%之间,不同组合间萌发的供体花粉量和进入杂草稻子房的花粉管数量的显著性差异直接导致不同的杂交结实率。粘着到杂草稻柱头上的水稻花粉数量与杂草稻柱头的形态学特征有明显关系。杂交结实率与水稻和杂草稻间的遗传距离显著负相关,遗传距离越大,杂交结实率越低。转基因水稻与杂草稻间天然异交率变化范围为0-6.66%0。株高和穗高对异交率影响很大。水稻Y0003的株高(144.8cm)高于绝大多数杂草稻种群。远高于水稻Y0003的湛江和昆明杂草稻,远低于水稻Y0003的内蒙古和黑龙江杂草稻以及与水稻Y0003高度适中的连云港杂草稻均未得到任何异交结果。与水稻高度相似的广德、金华和芜湖杂草稻的异交率结果最高。穗高对异交率的影响类似。花期重叠由始花时间、终花时间、盛花时间、花期持续时间和相遇批次决定,它是影响天然异交率的关键因素。研究发现,盛花时间、终花时间、花期持续时间以及杂草稻与转基因水稻的相遇批次直接影响两者间的异交率,而穗长和有效分蘖数对其影响不大。大多数杂草稻种群的盛花时间出现在上午8:20-10:20,而异交率第二高的芜湖杂草稻盛花时间在10:20-11:30,与水稻Y0003开花时间从10:00到13:35,其盛花时间为11:10到12:20相比,花时重叠最长达到20分钟。围绕杂草稻的多棵转基因水稻的花期相遇批次与异交率有显著关系。花期相遇批次主要取决于水稻及杂草稻的花期持续时间,异交率最高的广德杂草稻是由于花期最长,与四批水稻花期全部相遇。水稻与不同杂草稻间的遗传距离也影响到杂交结实率。遗传距离代表着亲和性,从本质上是由柱头形态学特征决定的花粉萌发量及进入子房的花粉管数量决定了水稻和杂草稻间不同的异交率。总之,这些因素相辅相成,共同影响了异交率。但是,转基因水稻和杂草稻之间的基因漂移主要由花期同步性决定,其次取决于遗传亲和性和株高的差异性等形态学特征。2009年在网室以抗除草剂转基因水稻(oryza sativa)Y0003和4种杂草稻(O. sativa f. spontanea)金华(JH)、广德(GD)、扬州(YZ)、芜湖(WH)以及两者杂交所得的携带有抗性基因的杂交一代(F1)为研究对象,研究子代与亲本在田间不同栽培方式、混种比例和除草剂处理下的适合度成分,包括株高、分蘖数、茎直径、剑叶长度,剑叶宽,剑叶面积等营养指标;花粉活力、圆锥花序、小穗数/花序、单株饱粒数、单穗饱粒数、自交结实率、穗长、落粒率、百粒重、种子休眠性等生殖指标。结果表明,栽培方式、杂草稻种群及除草剂处理对F1与亲本各指标的差异影响显著。栽培方式对杂交F1的分蘖数、剑叶长度、茎直径等营养指标及圆锥花序、单株饱粒数、落粒数等生殖指标影响显著。喷药使杂交F1的产量降低。混种主要影响了杂交Fl的生殖生长。扬州、广德、金华及芜湖4种杂草稻,除了对杂交F1的株高、剑叶面积、花粉活力、单穗饱粒数及结实率与两亲本的关系无显著影响外,对其它各指标的影响比较显著。在没有选择压(不喷药及单种)时,杂草稻及杂交F1的总适合度均与水稻持平,差异不显著。但是设定选择压(喷药,混种,栽培方式)后,杂交F1的总适合度均显著低于水稻亲本,但是与杂草稻没有显著性差异。混种比例和栽培方式对水稻、杂草稻及杂交F1的休眠性没有任何影响。2009年在大田以抗除草剂转基因水稻Y0003和广德杂草稻及其杂交F1为研究对象,研究这些亲本及Fl在大田条件下不同栽培方式和除草剂选择压下的适合度,测量指标包括株高、分蘖数、茎直径、剑叶面积等营养指标及圆锥花序、小穗数/花序、穗长、单穗饱粒数、单株饱粒数、自交结实率、落粒率、百粒重、花粉活力、种子休眠性等生殖指标。结果表明,江浦大田与牌楼小区试验中,混种比例与栽培方式对GDF1与亲本各指标的差异影响显著。在江浦试验中,混种比例对GD F1与水稻Y0003的分蘖数、穗长、茎直径、圆锥花序、单株饱粒数及百粒重差异影响显著;栽培方式对二者的剑叶面积、小穗数、落粒率及百粒重差异影响显著。而在牌楼小区试验中,混种比例对GD F1与水稻亲本的穗长影响显著;栽培方式对二者的株高、分蘖数、圆锥花序及单株饱粒数影响显著。在喷药情况下,不管以何种栽培方式及混种比例,江浦及牌楼两处GD F1的株高、茎直径、小穗数及百粒重均显著高于水稻亲本,其花粉活力、单株饱粒数、单穗饱粒数及自交结实率等生殖指标均显著低于水稻亲本。随着GD F1在混种中的比重上升,它的剑叶面积均从与亲本无差异到显著高于亲本。两处GD F1的休眠性均远高于水稻Y0003。综上所述,转基因水稻向杂草稻的基因漂移可能存在,但是,不同杂草稻种群的基因漂移频率差异明显,主要受两者间花期相应程度决定,遗传距离决定的亲和性以及株高等形态特征影响到基因漂移频率。尽管杂交后代及回交后代的适合度并未比亲本提高,而且存在适宜的选择压(不同的栽培方式、混种比例及除草剂处理)时,杂交后代的适合度显著低于水稻亲本,但是与杂草稻亲本差异不显著。当然还需要更进一步的研究这些杂交后代及回交后代的生态适合度变化,从而为转基因水稻的环境安全性做出评价。