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水稻作为一种重要的粮食作物在全球广泛种植,科学评估转基因水稻的生态风险很有必要。本文通过田间调查和室内分析,研究了转Bar基因抗除草剂籼稻Bar68-1对稻田杂草和节肢动物群落组成和多样性的影响、病害发生规律、外源基因飘移、生存竞争能力检测、分子特征和遗传稳定性等内容,为客观合理地评价转Bar基因抗除草剂水稻Bar68-1的环境安全性提供了科学依据。
1.本文调查了转基因抗除草剂籼稻Bar68-1稻田的杂草群落,用物种累积曲线(SACs)、等级丰盛度曲线(RACs)、多样性指数、丰富度/生物量对比曲线(ABC曲线)分析了杂草群落特征的变化。在抗除草剂水稻Bar68-1和非转基因对照D68稻田中,按个体丰度排序的前四个杂草种类均为:鸭舌草、陌上菜、异型莎草和水莎草；而按相对鲜重排序则两者稍有不同:Bar68-1稻田中为鸭舌草、稻稗、异型莎草和千金子,D68稻田中为鸭舌草、稻稗、空心莲子草和稗。SACs图显示Bar68-1和D68稻田杂草的平均丰度随取样数的增加而趋于一致,当小区数为36时,分别为13.94和13.97。RACs图显示Bar68-1和D68稻田杂草的物种丰度是相同的,但Bar68-1稻田杂草的物种分布比D68的略为均匀。无论是物种数(S)、Shannon-Wiener指数(H)、Pielou均匀度指数(J)还是Simpson多样性指数(D)和均匀度指数(E),杂草群落的多样性指数在两者间比较其差异均不显著(P>0.05)。ABC曲线的生物量和丰度曲线的相互位置可以推断出群落的受干扰程度,图中的ABC曲线均表明群落为“未受污染”状态,统计值W也验证了此结果。结果表明转基因抗除草剂水稻Bar68-1对稻田杂草的群落组成和多样性的影响与其非转基因亲本对照D68相似,抗除草剂水稻本身对稻田杂草多样性尚未发现造成危害。
2.对转Bar基因抗除草剂籼稻Bar68-1和非转基因对照D68稻田叶冠层节肢动物群落的结构和特征进行调查、比较,结果显示,转基因水稻和非转基因对照间的节肢动物各亚群落中相对丰盛度高的物种(科)具有较大的相似性,但在相对丰盛度低的科上有所差别；除2007年不喷药处理区天敌亚群落的Simpson指数(D)有差异外,转基因和非转基因对照稻田之间的叶冠层节肢动物群落、亚群落的多样性指数(物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson优势集中性指数)差异不显著；在水稻分蘖中期、分蘖末期、齐穗期和乳熟期等4个发育时期的稻田节肢动物群落主要参数的品种间差异大部分不显著,占全部计算参数的95.3％。研究结果表明转Bar基因抗除草剂水稻Bar68-1对稻田叶冠层节肢动物的群落组成和多样性无明显影响。
3.对转.Bar基因抗除草剂籼稻Bar68-1和非转基因对照D68稻田的两种常见刺吸性害虫和两种天敌在水稻分蘖中期、分蘖末期、齐穗期和乳熟期等4个时期的种群密度进行了调查和比较。结果显示,抗除草剂水稻与对照稻田的飞虱、叶蝉、盲蝽、蜘蛛的发生密度,除不喷药处理区的2007年水稻乳熟期和2008年分蘖中期的盲蝽科的发生密度差异显著外,其余均无显著差异。试验结果表明,转基因抗除草剂水稻Bar68-1对包括飞虱、叶蝉、盲蝽、蜘蛛等类群在内的稻田非目标生物的田间自然种群的影响与非转基因水稻基本相同。
4.以稻纵卷叶螟为指示物种,调查其在抗除草剂转基因籼稻Bar68-1稻田与非转基因亲本对照D68稻田的种群密度、发育进度以及水稻的受害程度,研究抗除草剂水稻对非目标生物的影响。结果表明:在转基因和非转基因稻田中,除2007年水稻乳熟期外,稻纵卷叶螟幼虫的发生密度无显著差异；稻纵卷叶螟不同龄期幼虫比例在转基因稻田与非转基因稻田之间表现出较高的一致性；除2007年分蘖末期外,处理与对照间的单株受害叶片数和卷叶率差异均不显著；转基因水稻与对照植株的卷叶指数表现基本一致。研究结果表明转基因抗除草剂水稻Bar68-1对非目标物种稻纵卷叶螟不造成显著影响。
5.田间试验结果显示,转基因抗除草剂水稻Bar68-1作为父本向两系杂交水稻雄性不育系香125S和非转基因亲本对照D68传粉,其异交率分别为16.08％-19.39％和0.21％-0.36％。转基因抗除草剂水稻Bar68-1的外源基因向其非转基因亲本对照D68的最远飘移距离为5 m,最大基因飘移频率为0.458％。
6.除了剑叶宽、穗长和穗粒数外,转基因水稻Bar68-1的株高、主穗秆长、主穗秆粗、剑叶长、剑叶宽、结实率、谷粒长、谷粒宽、谷粒长宽比、糙米长、糙米宽、糙米长宽比、产量、分蘖和再生力动态、地上生物量、穗部重量、株有效穗和千粒重等性状与非转基因亲本对照D68相比差异不显著。而按照国家标准衡量,两品种的剑叶宽、穗长和穗粒数属于同一等级,可认为此统计学差异不具有生物学意义。两水稻品种的收获指数有显著差异。
7.转Bar基因水稻Bar68-1的外源基因能以PCR、Southern杂交、RT-PCR等方法快速检测,边界序列分析表明外源基因插入没有影响水稻重要功能基因。蛋白质稳定试验表明,转Bar基因水稻与非转基因水稻的蛋白质均能在模拟消化液条件下快速、完全消化。经检测证实转Bar基因水稻的外源基因能稳定遗传并在转录、翻译水平上稳定表达。
综上所述,转基因抗除草剂水稻Bar68-1的生态风险属于可接受、可控制范围。