转基因大豆向野生大豆基因漂移研究进展

随着转基因作物在全球范围内大规模的商业化种植,转基因作物向其野生近缘种基因漂移及其引起的环境风险成为转基因生物安全领域的新课题。野生大豆是我国最重要的生物遗传资源之一。目前,我国不但大量进口转基因大豆,而且具有自主知识产权的转基因大豆已经具备了商业化种植的技术条件,然而转基因大豆向野生大豆基因漂移及其对野生大豆物种资源的影响已成为转基因大豆在我国进行商业化种植必须解决的核心问题。从转基因大豆与野生大豆之间的基因漂移、转基因大豆与野生大豆杂交后代的适合度等方面综述了国内外在转基因大豆向野生大豆基因漂移领域的研究进展,指出了包括转基因大豆与野生大豆杂交后代适合度评价研究方面存在的问题和不足,并提出了转基因大豆向野生大豆基因漂移研究方面的未来发展趋势。     

大豆栽培种和野生种豆类胰岛素的基因分析

以栽培大豆和野生大豆的基因组ＤＮＡ为材料,利用ＰＣＲ技术扩增并克隆了豆类胰岛素基因,分析了两者的ＤＮＡ序列．结果表明,测定的ＤＮＡ序列分别为８４１ｂｐ和９０３ｂｐ,有４个核苷酸差异;在信号肽编码区域内各存在一个内含子,大小分别为３６８和３７０个核苷酸;在ＯＲＦ范围内,与前人报导的ｃＤＮＡ序列分别有１个和２个位点的核苷酸差异,从而导致相应位点的氨基酸发生变化．Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交表明,栽培大豆和野生大豆的豆类胰岛素基因分别以单拷贝和多拷贝形式存在于基因组中     

大豆栽培和野生种豆类胰岛素的基因分析

以栽培大豆和野生大豆的基因组ＤＮＡ为材料,利用ＰＣＲ技术扩增并克隆了豆类胰岛素基因,分析了两者的ＤＮＡ序列,结果表明,测定的ＤＮＡ序列分别为８４１ｂｐ和９０３ｂｐ有４个核苷酸差异,在信号肽编码区域内各存在一个内含子,大小分别为３６８和３７０个核苷酸;在ＯＲＦ范围内,与前人报导的ｃＤＮＡ序列分别了１个或２个位点的核苷酸差异,从而导致相应位点的氨基酸发生变化,Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交表明,栽培大豆和野生大     

温度、水分和盐度对转基因耐草甘膦大豆种子萌发和幼苗生长的影响

为了探明转CP4-EPSPS(5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合成酶)基因是否会对大豆种子及幼苗的抗逆性产生影响,进而为转基因耐草甘膦大豆的环境安全评价提供科学依据,通过室内试验研究了温度、水分和盐度对转基因耐草甘膦大豆ARG、受体大豆n-ARG及我国传统栽培大豆苏豆3号种子萌发与幼苗生长的影响。结果表明:在种子萌发阶段,ARG对高温胁迫和水分胁迫的抗性显著低于n-ARG和苏豆3号;ARG对盐分胁迫的抗性与n-ARG没有显著差异,但抗性明显弱于苏豆3号。幼苗生长阶段,在温度胁迫(高温40℃,低温15℃)和水分胁迫(渍水和干旱)条件下,ARG在株高增长量和生物量方面都没有表现出优势,相反,在某些方面反而抗性更弱。例如,在轻度干旱胁迫(相对含水量55%)条件下,ARG地上部干重明显小于n-ARG。ARG对盐分胁迫的抗性也弱于n-ARG及我国传统栽培大豆苏豆3号。总之,与非转基因受体大豆n-ARG和我国传统栽培大豆苏豆3号相比,转基因耐草甘膦大豆ARG在温度、水分和盐度逆境条件下的竞争性和入侵性不强。     

转Cry1Ie基因玉米和转CP4-剧SPS基因大豆对斑马鱼的生态毒性

为评估转Cry1Ie基因抗虫玉米和转CP4-EPSPS基因耐除草剂大豆对鱼类的生态毒理效应,以斑马鱼(Danio rerro)为受试动物,配制4种分别含有转基因玉米、转基因大豆以及相应非转基因亲本的试验饲料,并以商业饲料为对照,通过98 d喂养实验,调查斑马鱼的摄食、生长、繁殖和抗氧化酶活性,分析不同喂养阶段斑马鱼的组织病理和敏感蛋白mRNA表达水平.结果 表明:抗虫转基因玉米和耐除草剂转基因大豆对斑马鱼的生长表现、肝脏、肠道和性腺的组织病理、产卵量和受精卵孵化率均无显著影响.转基因大豆组斑马鱼肝脏中的超氧化物歧化酶(SOD)活性显著高于非转基因大豆组和商业饲料组,且雄鱼显著高于雌鱼(P＜0.05).斑马鱼脏器组织中敏感蛋白mRNA的表达水平,没有随时间呈现明显的规律性变化,喂养时间与组别和性别之间存在显著的交互作用.试验饲料组斑马鱼的生长表现、肝脏中SOD活性以及mRNA表达量与商业饲料组相比有显著差异,可能与饲料的适口性和营养成分上的差异有关.总体上看,转Cry1Ie基因抗虫玉米和转CP4-EPSPS基因耐除草剂大豆对斑马鱼没有明显的生态毒性效应.     

基因污染与生态环境安全

论述了基因污染可能对生态环境安全造成的影响。转基因作物有可能污染天然物种的基因库；有可能破坏传统农作物品种的遗传多样性，加速作物种植品种的单一化及基因资源的流失；使抗除草剂作物的基因向野生或半野生植物漂移的可能性加大，有可能创造出“超级杂草”；带有病毒型转基因作物的基因重组，有可能创造出新的植物病毒，导致新的病害；BT转基因抗虫作物分泌的毒素，在食物链中传递，很难加以控制，对非目标生物造成危害，并最终破坏自然生态系统的平衡。文章还从不同角度分析了基因污染的严重性。     

不同虫压下转Bt基因水稻与非转基因水稻生态适合度差异

为了解转基因水稻的基因扩散效率和潜在生态风险,以转Bt抗虫水稻Bt63、R1、R2和非转基因常规水稻Ⅱ优838为试材,采用高、低两个不同虫害胁迫水平和转基因与非转基因水稻相间种植方式,通过观察水稻植株营养生长、结实以及对螟虫危害的抗性表现等差异,研究比较了Bt外源基因插入后对水稻植株适合度的影响.结果表明:在低虫害胁迫条件下,转Bt基因水稻在植株分蘖数、生物量鲜重等营养生长指标方面与非转基因对照品系间无明显差异,但株高、穗长、穗重等指标不及对照,且R2和Bt63与对照间差异显著;在高虫害胁迫条件下,3个转Bt基因水稻品系的分蘖数、穗长、穗重等指标明显高于对照.而不同转基因品系株高适合度效应不同,这可能与受体本身的特性相关.3种转基因水稻的单株结实粒数、千粒重与对照在两种虫害胁迫条件下均无显著性差异,Bt基因对受体植株的结实影响不明显.在高虫害胁迫条件下,3种转Bt基因水稻的抗虫能力均显著优于非转基因水稻,表明Bt基因对受体植株的抗虫性影响显著.同时,本研究结果还表明转Bt基因水稻的适合度代价较小,预示了抗虫转基因水稻外源Bt基因在一定环境条件下具有逃逸的可能,但这种风险比较小.     

转Osepsps抗草甘膦水稻不同生境适合度及对稻田杂草的影响北大核心CSCD

携带适合度优势基因的转基因作物如果长期存活于栽培系统之外,抗性基因可能转移到野生近缘种并带来生态问题.以转Osepsps基因水稻EP为材料,以非转基因受体"明恢86"为对照,通过田间定位试验,研究半野生生境下转Osepsps基因水稻的营养生长、繁殖能力以及稻田杂草的种类、频度和密度等指标变化,分析转Osepsps基因在半野生生境中的生态适合度以及对稻田杂草群落的影响.连续2年试验的结果显示:在常规栽培和半野生生境下,转基因稻与非转基因稻的株高、分蘖数、单株穗数、单株总粒数、单株实粒重和千粒重等指标没有显著差异;但结实率显著受环境影响,半野生生境下转基因水稻2年结实率为50.33%和17.72%,相比对照的68.82%和30.27%均显著下降(P<0.05);2012年转基因稻单株实粒数为335粒,显著少于非转基因对照的548粒(P<0.05).转基因稻与非转基因稻稻田的杂草种类均为9科9属9种;栽培稻田杂草密度和频度显著低于半野生稻田;相同生境下转基因稻与非转基因稻稻田杂草频度、密度总体上没有差异.本研究表明,与非转基因对照相比,转epsps基因稻生态适合度没有显著提高,在半野生生境下有所下降,其生态风险不高于栽培稻.     

基于分子信标探针的荧光定量PCR方法检测转基因食品

选择了内源基因大豆植物凝集素(lectin)、玉米转化酶(invertase)和外源基因花椰菜花叶病毒35S(CaMV35S)启动子的分子信标探针,确定了探针浓度和镁离子浓度等反应条件,分别对转基因大豆和转基因玉米系列标准品进行内源基因和外源基因的荧光PCR扩增,在PCR反应过程中分别以两种荧光通道信号分别追踪同一样品DNA内源基因和外源基因的扩增动力学变化,并依此绘制了循环阈值与转基因食品百分比含量之间的标准曲线,建立了转基因大豆和转基因玉米的分子信标探针-荧光定量PCR检测方法,该方法具有特异性强、敏感性高的特点,实现了对转基因食品的定量分析.图7表1参11     

过量表达水稻OsP5CS1和OsP5CS2基因提高烟草脯氨酸的生物合成及其非生物胁迫抗性(英文)

为了解水稻OsP5CS基因在非生物胁迫中的生物学功能及其生理生化作用,将P5CS基因的两个水稻同源基因OsP5CS1和OsP5CS2同时构建到植物表达载体pHB上,并通过农杆菌介导的遗传转化法转入烟草,经过鉴定转基因植株,成功获得9个独立的转基因阳性植株.选取野生型和其中的3个转基因植株后代,分别测定它们在不同的胁迫条件下幼苗的根长、鲜重以及脯氨酸、过氧化氢和丙二醛的含量.结果显示:在200 mmol/L NaCl、300 mmol/L甘露醇(Mannitol)、300μmol/L CuSO4胁迫条件下转基因植株的平均根长、平均鲜重、平均脯氨酸、平均过氧化氢含量和平均丙二醛的含量分别为野生型的1.3-2.3、1.9-3.9、1.8-3.2、51%-61%和62%-76%.因此在烟草中过表达OsP5CS基因,可以显著增加脯氨酸含量,降低烟草在非生物胁迫条件下的氧化损伤.图6参31     

转WYMV-Nib8基因抗黄花叶病小麦花粉漂移研究

随着转基因作物的大规模商业化种植,转基因作物的花粉漂移所引起的生物安全问题倍受关注.以抗小麦黄花叶病毒(WYMV)转基因冬小麦品种N12-1为花粉供体材料,连续2 a在江苏省徐州市转基因作物环境安全实验基地进行可控的农田试验.为了研究风向对转基因小麦花粉漂移的影响,采用同心圆设计,在花粉供体周围8个方向不同距离处检测小麦花粉密度,结果显示8个方向上转基因小麦花粉密度均随与花粉源距离的增加而显著下降,但不同方向小麦花粉密度的衰减速率有显著差异,下风向转基因小麦花粉密度的衰减速率相对较慢.同时,为了研究花粉源大小对转基因小麦花粉漂移的影响,平行设置2块不同面积(100和400 m2)的花粉源,在其下风向检测小麦花粉密度,结果显示花粉源面积增大可以在一定范围内减缓转基因小麦花粉密度的衰减速率.研究结果表明,风向、风速和距离是影响转基因小麦花粉漂移的主要因素.     

转双价抗真菌病害基因大豆对根际土壤微生物群落结构的影响

采用传统的平板计数法和变性梯度凝胶电泳技术,对转chi+rip(几丁质酶和核糖体失活蛋白)双价抗真菌基因大豆转基因G0431以及其亲本非转基因大豆黑农35种植后的根部土壤可培养细菌(含芽胞杆菌、产荧光假单胞菌)、真菌、放线菌进行平板计数及细菌和真菌的群落结构分析.结果表明,二者根部土壤可培养细菌(含芽胞杆菌和产荧光假单胞)、真菌和放线菌的数量并无显著差异;此外,变性梯度凝胶电泳图谱的聚类分析结果显示,时间变化是造成根部土壤细菌和真菌群落结构变化的主要因素,而同一时间内转基因G0431和黑农35根部土壤的细菌和真菌群落结构之间并无显著不同.在大豆的整个生长期内,根部土壤细菌群落多样性指数为5.32～5.37,群落分布均匀度指数为0.91~0.95;根部土壤真菌群落多样性指数为4.78～4.91,群落分布均匀度指数为0.81～0.89.以上结果说明,几丁质酶和核糖体失活蛋白双价基因的导入并没有对大豆根际可培养细菌(含芽胞杆菌和产荧光假单胞)、真菌和放线菌的数量以及细菌和真菌的群落结构产生显著影响.图4表2参22     

花粉源大小及花粉竞争对抗病毒转基因小麦基因漂移的影响

转基因小麦基因漂移的研究有助于建立防止外源基因逃逸以及小麦品种间种质污染。以抗小麦黄花叶病毒(WYMV)转基因冬小麦品种N12-1为花粉供体,以扬麦158和矮杆败育小麦为花粉受体,平行设置2种不同面积(100和400 m~2)的花粉源,通过调查距花粉源不同距离处转基因小麦的基因漂移频率,研究了花粉源大小及不同品种对转基因小麦基因漂移的影响。结果表明,花粉源大小对小麦基因漂移频率没有显著影响;不同花粉受体材料中的基因漂移频率有显著差异,在0和2 m处矮杆败育小麦中的基因漂移频率显著偏高;小麦的基因漂移频率随着距花粉源距离的增加显著下降,5 m以后降为0。研究结果表明花粉竞争是影响转基因小麦基因漂移的主要因素,距离隔离是控制小麦花粉介导的基因漂移的最有效措施之一。     

转Bt基因抗虫棉对土壤微生物群落生物多样性的影响

设置非转基因抗虫棉棉田以及分别种植7和10 a转Bt基因抗虫棉的棉田3个处理,于2007--2008年棉花苗期、蕾期、花铃期和吐絮期采样测定了土壤中5个微生物种类的数量,以监测长期种植转Bt基因抗虫棉对土壤微生物群落生物多样性的影响.结果表明,3种类型棉田土壤细菌、真菌、固氮菌、反硝化细菌、亚硝化细菌数量以及微生物多样性指数在整个棉花生长期内变化趋势基本一致,其中,在棉花蕾期各种微生物数量达到高峰.与种植非转基因抗虫棉相比,不同种植年限转Bt基因抗虫棉对土壤细菌、真菌、固氮菌、反硝化细菌、亚硝化细菌数量和微生物多样性指数都无显著影响,但随着采样时间的不同,3种类型棉田土壤各类微生物数量和多样性指数都呈明显季节变化.     

转bar及NIa基因白菜的田间生物学及经济性状调查

对转入除草剂抗性基因bar及来自病毒TuMV的／VIa基因的不结球白菜纯合株系二代进行了田问生物学性状调查,结果表明，转基因白菜的植物学性状与其未转基因对照材料相比，无明显差别；但在涉及其生存竞争力的一些生物学性状，如发芽势、花粉活力、种子库存力等方面，比对照材料弱，其经济性状也比对照稍差．获得的转基因性状——除草剂抗性，能稳定遗传，并在田间很好表达；NIa基因介导的TuMV抗性在露地开放栽培条件下，不能很好表达，转基因株染病较重．对产生以上现象的原因进行了分析讨论．图3表5参16     

四川地区结瘤大豆根际土壤中紫云英、苜蓿和三叶草根瘤菌的多样性分析

为了解四川地区结瘤大豆根际土壤是否存在与紫云英、苜蓿和三叶草共生结瘤的根瘤菌及其多样性,从四川盆地采集不同种植模式下结瘤大豆根际土壤样品31份,利用紫云英、苜蓿和三叶草进行盆栽捕获试验以获得共生根瘤,从根瘤中分离纯化出根瘤菌,对其进行表型和分子鉴定;并将根瘤菌回接到紫云英、苜蓿、三叶草和大豆根际以检测根瘤菌的寄主范围.在捕获实验中,苜蓿和三叶草分别在6个土壤样品中共生结瘤,而紫云英只在2个土样中共生结瘤,并从共生根瘤中分离出14株根瘤菌;16S r DNA基因序列的相似性分析表明这14株根瘤菌均属于根瘤菌属(Rhizobium),且16S r DNA基因的系统发育树揭示它们分属于根瘤菌属的不同种;这14株根瘤菌在回接实验中都只能让捕获豆科植物结瘤,而不能让其他3种豆科植物结瘤.本研究结果表明,四川地区结瘤大豆根际土壤中的紫云英根瘤菌(Rhizobium astragali)、苜蓿根瘤菌(R.meliloti)和三叶草根瘤菌(R.leguminosarum var.trifolii)资源较少,其与大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)分属于不同的属,且根瘤菌的回接实验进一步证明了根瘤菌的寄主专一性.     

抗除草剂转基因油菜与野芥菜的杂交1代与5种常规栽培油菜回交后代的适合度

抗除草剂转基因油菜(Brassica napus)的抗性基因具有向野芥菜(Wild B.juncea)漂移的可能性,为了解野芥菜接受抗性油菜的花粉形成携带抗性基因的F1后,再接受常规栽培油菜的花粉可能产生的影响,以2种F1(野芥菜为母本、抗草甘膦和抗草丁膦转基因油菜分别为父本获得)为母本,5种常规栽培油菜(B.napus)为父本进行回交,统计了回交后每角果的饱满种子粒数和角果长,测定了回交1代(BC1)、回交1代子1代(BC1F1)的萌发率以及抗性基因在后代中的传递频率,并在温室条件下测定了携带抗性基因的BC1以及BC1F1的适合度.结果显示,2种F1和5种常规栽培油菜回交后每角饱满粒数都很少,平均都不超过1粒;BC1以及BC1F1代间出苗率没有显著差异,但都显著低于亲本野芥菜.两种抗性基因在BC1以及BC1F1中都能以49%-62%和52%-64%的频率传递下去.温室条件下各BC1的总适合度没有显著差异,但都显著低于野芥菜,主要原因是各BC1的有效角果数少和每角饱满粒数显著少于野芥菜.从BC1F1的总适合度来看,携带不同抗性基因的F1和同种常规油菜的BC1F1的总适合度没有明显差异,各BC1F1的总适合度和野芥菜也没有显著差异,但繁殖能力还是显著低于亲本野芥菜.相比BC1,其自交产生的BC1F1的繁殖能力有所提高,主要表现在有效角果数和每角饱满种子粒数有较为明显的增加.研究表明转基因油菜的抗性基因通过花粉漂移到野芥菜产生F1后,携带了抗性基因的F1在有大量常规栽培油菜的环境下,存在和常规油菜通过回交产生携带抗性基因的种子的可能性,尽管BC1以及BC1F1的繁殖能力弱,但都能产生后代;常规栽培油菜的基因型对携带抗性基因的F1接受常规栽培油菜的花粉后可能产生的生态风险有一定影响.总之,野芥菜接受转基因油菜的花粉产生F1后又接受常规油菜的花粉而造成的抗性基因逃逸风险较小,但值得关注.     

转基因抗虫水稻生态安全性研究进展

我国转基因抗虫水稻的商业化种植已成为国内外广泛关注的热点问题.本文系统综述了转基因抗虫水稻的遗传转化、基因漂流、靶标害虫的抗性风险、对非靶标生物和稻田节肢动物群落的影响以及B t杀虫蛋白在土壤中的残留等方面的研究进展.现有研究表明,B t水稻对二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟等主要靶标害虫具有较高的抗性水平,对稻飞虱、叶蝉、捕食性天敌等非靶标生物的生长发育和稻田节肢动物群落的稳定性无明显影响.靶标害虫的抗性和转基因水稻与杂草稻、野生稻之间的基因漂移风险是转基因抗虫水稻商业化种植的主要环境安全问题.参60     

红壤地区大豆根系的耐酸铝生理特性

红壤地区的酸铝影响是限制植物生长的重要因素,为了研究酸铝作用下大豆根系在短时间下的生理特性变化,以大豆(Glycine max(L.)Merrill)(029-289,浙春2号)为实验材料,在水培条件下,用不同的酸铝处理(T1,0 mmol·L-1 pH 3;T2,0 mmol·L-1 pH 4;T3,0 mmol·L-1 pH 5;T4,0.5 mmol·L-1 pH 5;T5,l mmol·L-1 pH 5;T6,1 mmol·L-1 pH 3),在处理2 h、4h、6h、12 h、24 h下,测定根系生理特性相关指标.结果表明:在酸铝处理2h后,大豆根系生理特性受到影响.随着溶液pH降低.直根和侧根的生长受到抑制,对植物的生长造成阻碍;而在pH不变下,随铝浓度的变化,根系长度和根系活力先增大后减小.在T6下,对大豆根系的抑制作用在各酸铝处理下最明显,根系活力最小,质膜透性最大.比较不同时间下大豆根系生理特性值的大小,质膜透性浙春2号在6 h,029-289在4 h达到最小;与之相反,根系活力值浙春2号在4 h,029-289在6 h达到最大值.苏木精染色结果显示:T6下,2 h的酸铝胁迫就可检测到铝的存在,不同根段的铝含量大小分别是0～0.3 cm>0.6～0.9 cm>0.3～0.6 cm.因此,根长、根质最、质膜透性和根系活力均可作为植物根系受酸铝影响的鉴定指标,苏木精染色亦可有效的评价大豆的铝耐性.     

大豆根系分泌物和根细胞壁对难溶性磷的活化

探讨了不同磷效率大豆品种根系细胞壁和根分泌物对难溶性铝磷的活化与吸收能力。结果表明，砂培条件下，磷高效品种(巴西10号)对难溶性铝磷的吸收显著高于磷低效品种(本地2号)。铝磷处理条件下，根系总表面积巴西10号是本地2号的131％，而钾磷处理二者没有明显差异。根系细胞壁对铝磷的活化表明，大豆苗期根系细胞壁对铝磷的活化量显著高于成熟期。苗期、成熟期巴西10号对铝磷的活化量为本地2号的119％、176％。不同栽培方式根系细胞壁对铝磷的活化量表现为水培大于砂培，水培条件下两个大豆基因型对铝磷的活化量没有差异。不同生育时期、栽培方式根分泌物对铝磷的活化量表现为，成熟期大于苗期，砂培大于水培。巴西10号根分泌物对铝磷的活化量比本地2号分别高出69．3％(成熟期)和40．1％(砂培)。上述研究结果表明，大豆根分泌物和根细胞壁对难溶性铝磷的溶解具有促进作用，有利于大豆对铝磷的吸收。