抗草甘膦转基因大豆与内蒙古包头野大豆杂交F2适合度分析.pdf

本文旨在探究抗除草剂转基因大豆与野大豆基因流动后可能产生的生态风险 方方法法 以抗草甘膦转基因大豆(父本)和内蒙古包头野大豆(母本)人工杂交 的自交种 为对象研究 在农田土和荒地土 种土壤以及无杂草竞争和有杂草竞争 种种植条件下的适合度并观察不同硬实率的 自交种子的种皮结构 结结果果 的出苗率为.显著高于 但低于 对于单株结荚数、单株饱粒数 种种植方式下均显著低于 除在混种荒地土下低于 外其他条件均高于 或与 相当 的株高、百粒重以及地上部干生物量均显著高于 但低于 自交种子出现种皮色和硬实率的明显分化且种脐的开放程度及种皮表面是否有凹陷小孔是影响硬实率的关键因素 结结论论 均能完成生活史且产生饱满种子说明转基因大豆的花粉漂移到野大豆并产生杂交后代杂交后代在自然环境中有生存定植的可能性关键词:转基因大豆野大豆适合度硬实率中图分类号:.文献标志码:文章编号:()():.()().:.转基因大豆是世界四大转基因作物之一种植面积从 年 万 增至 年 万 占全球转基因作物种植面积的 其中抗除草剂是转基因大豆最主要的性状 目前中国农业农村部已颁发了 个抗除草剂转基因大豆的安全证书这为抗除草剂转基因大豆商业化种植奠定了基础转基因大豆商业化种植可能引起的生态风险之一是通过花粉向一年生野大豆(.第 期纪雪勤等:抗草甘膦转基因大豆与内蒙古包头野大豆杂交 适合度分析.)的基因流动 野大豆是栽培大豆的祖先对大豆的起源和进化研究具有重要价值 由于两者同属 染色体组染色体数相同()没有生殖隔离栽培大豆能通过花粉漂移与野大豆自然杂交且田间条件下抗除草剂转基因大豆花粉向野大豆漂移能产生抗性杂交后代 野大豆的遗传变异既发生在种群内也发生在不同地理种群之间其丰富的遗传变异使得转基因大豆向野大豆的基因流动风险更加复杂转基因大豆的基因能否渗入野大豆还取决于杂交后代的适合度 适合度是具有特定基因型的个体或者群体在不同生态环境条件下的适应程度转基因作物与野生种的杂交或回交后代的适合度受亲本基因组和基因型以及环境条件特别是选择压等的影响 野大豆资源在中国的分布范围很广遗传资源也非常丰富从黑龙江北部到广东、广西北部东起黑龙江西北到甘肃省景泰县西南到西藏自治区察隅县 一旦抗除草剂转基因大豆的基因渗入野大豆可能使杂交后代成为难以防除的杂草也会污染野大豆资源 因此转基因大豆商业化种植之前务必要进行转基因大豆向野大豆基因流动的安全性评价目前对杂交后代适合度的研究较少仅有少数研究表明野大豆与转基因大豆的杂交后代可以完成生命周期且农艺性状与杂交后代的适合度相当或高于野大豆 因此转基因大豆通过花粉有可能漂移至野大豆并在野生种群中持续存在本课题组 等测定了 种野大豆与抗草甘膦转基因大豆的亲和性并测定了 种 在单种和 种 在与杂草混种下的适合度发现其中 种 的适合度均显著低于野大豆自交种子同野大豆没有明显变化 但内蒙古包头野大豆的 适合度高于野大豆且该 自交产生的 种子的种皮颜色变浅、百粒重变大与其母本野大豆发生明显变化 造成这种差异可能的原因是母本野大豆基因型的差异目前对其 自交后代的 适合度有怎样的变化尚不明确因此有必要开展 适合度分析以全面了解转基因大豆基因通过花粉向内蒙古包头野大豆流动后可能产生的生态风险 材料与方法.试验地概况试验于南京农业大学牌楼教学科研基地的网室()进行在整个试验过程中无极端天气因素影响试验结果 试验地设围栏和边界标记并一直保留到所有试验结束四周 范围内无大豆种植符合国家相关规定 试验期间转基因大豆及杂交后代材料单收、单脱、单贮试验结束后除必要材料外剩余的转基因试验材料一律焚毁 整个试验过程由专人负责监管.试验材料供试的抗草甘膦转基因大豆品种(以下简称)由南京农业大学国家大豆改良中心提供野大豆(以下简称)种子收集于内蒙古包头市()由内蒙古大学提供 年以 为母本 为父本人工杂交获得 种子 年 植株自交产生 种子本试验以此 种子作为供试材料 杂交时将野大豆母本 株为 个试验单位 个重复共 株 从 株 种子随机选取因此供试材料具有一定的遗传多样性.试验方法.种子处理及材料播种分别从 株、以及 中的每个单株自交产生的种子中各随机选 粒饱满种子用于试验 用刻伤法破除 和 种皮硬实 将、种子单粒播种于直径 、高度.底部有孔的塑料杯中播种的基质为体积比为 的营养土与农田土 所有试验材料随机摆放在网室内进行正常的水分管理在自然光条件下培养期间温度为 杯为 个重复重复 次.出苗率及子叶真叶大小调查当植株子叶出土并完全变绿时(大约在播种后 周)统计、及 植株的出苗数 当植株的第 片复叶已经形成叶片皱缩但未完全展开时使用游标卡尺测定子叶与真叶的最长及最宽处 每个单株为 个重复每种材料随机选择 株测量.基因在 中的传递规律 在 植株第 片三出复叶展开后利用 基因特异性引物进行 检测方法参照文献 统计携带抗性基因植株和不携带抗性基因植株数使用卡方检验验证 代抗性分离比结果是否符合 的孟德尔遗传定律 公式如下:()/()()南 京 农 业 大 学 学 报第 卷式中:表示卡方值如.说明抗性基因在后代中的遗传规律符合孟德尔遗传定律表示携带抗性基因植株数表示不携带抗性基因植株数、分别代表孟德尔分离定律 中的 和 .种植条件及材料移栽 试验荒地土及农田土均采集于南京农业大学牌楼基地 把供试土壤各取 份委托南京钟鼎生物公司检测土壤理化性质(表)表 供试土壤的理化性质 土壤有机质含量/()全氮含量/()全磷含量/()全钾含量/()速效磷含量/()碱解氮含量/()荒地土 .农田土 .注:表示农田土与荒地土中差异显著(.):(.).种植条件设置:种土壤类型(荒地土和农田土)和 种种植条件(有杂草竞争和无杂草竞争)共 种种植方式分别为单种荒地土()、单种农田土()、与杂草混种的荒地土()和与杂草混种的农田土()从发芽率试验中选择生长一致的、及 各 株其中 为经过鉴定后携带 基因的植株在 种种植方式下分别移栽 株 单种时盆钵直径 、高 并在 和 的盆钵中插入竹竿供材料生长与杂草竞争条件在播种试验材料的同时于直径 、高 盆钵中均匀播种杂草种子其中狗尾草(.).、马唐(.).、光头稗(.).、牛筋草(.).不插竹竿.适合度指标的测定 在植株营养生长和生殖生长期调查适合度指标 在第 片复叶已经形成、叶片皱缩但未完全展开时利用游标卡尺测量子叶长度和宽度、真叶长度和宽度 在第 个三出复叶期利用直尺测量植株主茎顶端到子叶环的长度即株高在盛花期测定花粉萌发率和花器大小总和 随机采集植株上旗瓣高于萼片 的花蕾离体培养 显微镜下统计萌发花粉数(花粉管长度为花粉粒直径的 倍以上认为花粉萌发)、总花粉数计算花粉萌发率 花粉萌发率萌发花粉数/总花粉数 每种种植方式 次重复每次重复从 个单株随机选取 朵花蕾 随机采集植株中间部位完全开放的 朵花蕾(每株 朵)测量萼片、沟槽、花瓣外露、花柱、柱头大小花器大小总和为所测量的各花器性状的长度相加植株成熟收获后测量地上部干生物量、单株结荚数和单株饱粒数(种子形状规则表明无凹陷种皮不皱缩)以及百粒重和结实率 个单株为 次重复共 个重复 地上部干生物量在植物地上部分晒至恒重时称重每株随机选 粒饱满种子称重 个单株称量 次取平均数作为该单株的百粒重在每株中间部位随机选取 个荚统计单个荚的种子总粒数和饱粒数计算结实率 结实率每荚饱粒数/每荚总粒数杂草干生物量测定植株成熟收获后对盆钵中所有杂草地上部进行收割晾晒后称重 个盆钵的杂草为 次重复.种子硬实率及种皮结构的测定 选 所结种子较多的植株共 株每株随机选取 粒饱满种子置于培养皿中加入蒸馏水没过种子置于在 恒温培养箱中黑暗条件下培养 后统计未吸胀(种子大小未发生变化)的种子数量计算硬实率 计算公式:硬实率未吸胀种子数种子总数()在硬实率测定完成后擦干种子表面水分用刀片将剩余硬实的 及 代种子的种脊划破但不伤及胚再进行萌发率测定测定方法同硬实率培养 后统计种子发芽数当胚根长度长于种子长度一半以上视为发芽 发芽率计算公式:发芽率发芽种子数种子总数()第 期纪雪勤等:抗草甘膦转基因大豆与内蒙古包头野大豆杂交 适合度分析测定硬实率后从 植株中选取硬实率低(以下)、中(左右)、高(以上)各 株每株随机选择饱满种子共 粒随机分为 组测定硬实率及划种后发芽率进一步确定所选的 个植株的硬实率为低、中、高选择硬实率低、中、高植株各 株每株选取 粒颗粒饱满且种皮完整的种子供种皮结构观察及分析 用刀片沿种脐中心点对应的种脊处快速切开种子避免种脐处组织结构损伤用导电胶将划开后的种子粘在扫描电镜样品台上使用日立 型离子溅射仪喷金日立 型扫描电镜进行观察及拍照电镜加速电压为 利用(.)软件测量各结构的厚度 使用 射线能谱仪(公司)测定种皮中栅栏层结构的组成.数据统计及分析采用 .统计软件进行数据统计分析 采用单因素方差分析()中的 新复极差测验方法分析 及其亲本在 种种植方式下各适合度指标差异以及、和 在相同种植方式下的适合度指标差异(.)结果与分析.基因在 植株中传递规律对出苗后的 幼苗进行分子鉴定测定的 株 幼苗中有 株检测出抗性基因的目的条带()(图)卡方检验值为.此结果表明 中抗性植株与非抗植株的抗性分离比例符合 孟德尔遗传定律图 的 抗性筛选 :.转基因大豆.野大豆.植株、.未携带 基因植株:.及亲本的适合度.出苗率与子叶和真叶大小 播种后 周对出苗情况进行统计 结果表明:的出苗率为.显著高于(.)的出苗率与 的出苗率(.)差异不显著 的子叶长、子叶宽、真叶长和真叶宽分别为.、.、.和.的子叶长、子叶宽、真叶长和真叶宽分别为.、.、.和.的子叶长、子叶宽、真叶长和真叶宽分别为.、.、.和.均显著高于野大豆而显著低于.株高与花器大小总和 从图 可知:在 种种植方式下的株高为.显著高于(.)显著低于(.)三者的规律一致均表现为:在单种及混种条件下农田土和荒地土的株高差异不显著在农田土条件下单种的株高显著高于混种在荒地土条件下单种和混种的株高差异不显著 及其亲本花器大小总和在 种种植方式下均无显著差异且 花器大小总和为.显著高于(.)显著低于(.).花粉萌发率与结实率 从图 可知:在 种种植方式下的花粉萌发率为.显著低于(.)显著低于(.)及其亲本的花粉萌发率在 种种植方式下的规律基本相似表现为:单种条件下 在 种类型土壤下无显著差异但农田土 和 的花粉萌发率高于荒地土混种条件下荒地土中、和 的花粉萌发率均显著高于农田土并且在单种农田土下、和 的花粉萌发率显著高于混种农田土而在荒地土条件下、和 的花粉萌发率在单种和混种条件之间无显著差异 在单种条件下农田土 及亲本的结实率与荒地无显著差异在混种条件下农田土 及 的结实率显著低于荒地土 在 种土壤下的结实率无显著差异 农田土条件下南 京 农 业 大 学 学 报第 卷单种 和 的结实率显著高于混种 的结实率无显著差异荒地土 及亲本在单种和混种下的结实率均无显著差异 在相同种植方式下除在混种农田土条件下 的结实率与 的结实率无显著差异外另外 种条件下 的结实率显著高于(.)在混种农田土下 的结实率比 显著高.另 种种植方式下 与 的结实率无显著差异图 种种植方式下、转基因大豆和野大豆的株高及花器大小总和 :转基因大豆:野大豆:转基因大豆与野大豆杂交后代:单种荒地土:单种农田土:混种荒地土:混种农田土 同一供试材料不同小写字母表示在不同种植方式下差异显著(.)不同大写字母表示、以及 在相同种植方式下差异显著(.)下同:.(.)(.).图 种种植方式下、转基因大豆和野大豆的花粉萌发率及结实率 .单株结荚数与单株饱粒数 从图 可知:在单种条件下农田土 及亲本的单株结荚数均高于荒地土在混种条件下荒地土 及 的单株结荚数高于农田土但 的单株结荚数在 种土壤下无显著差异 在农田土条件下单种 及亲本的单株结荚数显著高于混种但在荒地土条件下单种和混种的单株结荚数无显著差异 在相同种植方式下的单株结荚数显著低于(.个)与 相比的单株结荚数仅在单种农田土条件下显著高于 单种荒地土和混种荒地土条件下无显著差异混种农田土条件下低于 单种条件下农田土 及亲本的单株饱粒数显著高于荒地土混种条件下农田土 和 的单株饱粒数显著低于荒地土 的单株饱粒数在两种土壤条件下无显著差异 农田土条件下单种、和 的单株饱粒数显著高于混种荒地土条件下和 在单种和混种下的单株饱粒数均无显著差异 在单种下的单株饱粒数显著高于混种 在相同种植方式下的单株饱粒数显著低于 与 相比单种农田土 的单株饱粒数显著高于 在单种荒地土和混种荒地土下无显著差异在混种农田土 的单株饱粒数显著低于 第 期纪雪勤等:抗草甘膦转基因大豆与内蒙古包头野大豆杂交 适合度分析图 种种植方式下、转基因大豆和野大豆的单株结荚数及单株饱粒数 .百粒重与地上部干生物量 从图 可知:及其亲本自交种子的百粒重在 种种植方式之间均无显著差异 自交种子的百粒重为.显著高于(.)显著低于(.)及其亲本的地上部干生物量在 种条件下的变化规律相似 在单种条件下农田土 及其亲本的地上部干生物量高于荒地土在混种条件下农田土 及其亲本的地上部干生物量显著低于荒地土 在农田土条件下单种 及亲本的地上部干生物量均显著高于混种在荒地土条件下单种和混种 及 的地上部干生物量无显著差异但单种 显著高于混种 在相同条件下的地上部干生物量显著低于(.)的地上部干生物量在混种农田土条件下与 无显著差异在另 种条件下显著高于(.)图 种种植方式下、转基因大豆和野大豆的百粒重及地上部干生物量 图 、转基因大豆和野大豆的杂草干生物量 不同小写字母表示、和 在农田土和荒地土下与杂草混种的杂草干生物量差异显著(.)(.).杂草干生物量 相同试验材料在荒地土条件下的杂草干生物量显著低于农田土的杂草干生物量 在农田土下的杂草干生物量与 无显著差异但显著高于 荒地土条件下分别与、的杂草干生物量无显著差异(图).及亲本自交种子性状 自交种子的种皮色全部为黄色 的自交种子种皮全部为黑色 自交产生的 种子中分离出了黄色、绿色、褐黄色、褐绿色、黑色 种种皮色单株产生的种皮色无明显差异 种种皮色分别占 个单株的.、.、.、.和.种子硬实性及种皮结构.种子硬实率 测定 株 自交种子硬实率选择硬实率高()、中()和低()植株各 株测定这 株的硬实率和划种后发芽率 从表 可见的南 京 农 业 大 学 学 报第 卷表 种子硬实率及划种后发芽率 材料硬实率 划种后发芽率 .注:高硬实率的种子:中硬实率的种子:低硬实率的种子 不同小写字母表示不同材料差异显著(.)下同:.(.).硬实率最高与 无显著差异的硬实率显著低于 和 但显著高于 和 的硬实率最低与 无显著差异 将未吸胀的种子进行划种处理划种后 种硬实植株 自交种子与 和 植株的种子活力均较高且无显著差异图 转基因大豆、野大豆及 种皮表层及种脐扫描电镜图 、为野大豆的种脐()和种皮表层()、为 自交种子的种皮表层()和种脐()、为 自交种子的种皮表层()和种脐()、为 自交种子的种皮表层()和种脐()、为转基因大豆的种脐()和种皮表层()为脐褥:()():()():()():()():()().种皮表层电镜观察 用扫描电子显微镜观察了、及不同硬实率的 类 自交种子的种皮表面及种脐结构如图 种皮表层有明显的凹坑凹坑的形状不规则(图)主要有 种类型:浅长坑、深圆坑、浅圆坑部分凹坑有.宽的裂缝表面几乎没有沉积物附着角质层直接暴露于外表(图)、(图)和(图)的种皮表层与 存在明显差别三者种皮表层没有凹坑种皮表层均未发现裂缝且均被一层厚厚的沉积物覆盖类似于盆地边缘的隆起整个种皮表面呈现蜂窝状 这些表面沉积物以不同密度附着在角质层上且其形状、大小及高度各不相同 硬实率接近 的(图)的种皮表面有蜂窝状角质层但出现了凹坑和裂缝 种脐的中缝是开放的其中缝中部宽 在中缝的两侧存在不规则走向的细微裂缝宽(图)硬实率接近 的(图)的种脐中缝开口同样较大其中缝中部宽 野大豆种脐中缝为封闭状态中部仅存在 条明显的凹痕未发现明显裂缝(图)但在封闭的中缝两侧存在着多条不规则裂缝宽度在 硬实率接近野大豆的(图)的种脐处也为封闭状态封闭的中缝两侧存在着多条不规则裂缝宽 硬实率处于中间状态的 自交种子的种脐中缝虽是开放状态(图)但其中缝中部宽 较 的开口小 供试材料在种脐边缘且靠近胚根一侧均存在栓状组织覆盖物即脐褥().种皮结构电镜观察及测量 转基因大豆、野大豆及 的种皮结构扫描电镜图见图 硬实率高、第 期纪雪勤等:抗草甘膦转基因大豆与内蒙古包头野大豆杂交 适合度分析中的 和 的栅栏层厚度与 和 无显著差异硬实率低的 的栅栏层厚度显著低于 和 类硬实率不同的 柱状细胞层厚度和薄壁细胞层厚度与 均无显著差异但均显著低于 且 类硬实率不同的 种皮总厚度与 均无显著差异但均显著低于(表)图 转基因大豆、野大豆及 种皮结构扫描电镜图 .种皮结构().转基因大豆种皮结构().种皮结构().种皮结构().种皮结构():薄壁细胞层:柱状细胞层:栅栏层:角质层.().().().().().:.表 种皮表层各结构的厚度 材料栅栏层 柱状细胞层 薄壁细胞层 种皮总厚度 .讨论.与亲本的适合度评估携带抗性基因的转基因作物与野生近缘种杂交或回交后代的适合度是转基因作物风险评估的重要环节 目前对于转基因大豆的生态风险研究主要集中在转基因大豆的自身杂草化及基因流动频率对于抗性基因流动至野生近缘种杂交后代的适合度研究较少更缺乏对杂交后代继续自交产生后代的持续研究 从目前的报道来看的适合度较野大豆有显著提高或接近于野大豆 因此有必要对抗除草剂转基因大豆向不同野大豆发生基因流动进行全面、深入研究分析杂交后代的生存适合度为转基因大豆基因流动的风险评价提供更多试验基础也为我国转基因大豆的安全释放提供理论依据前期研究表明采集于内蒙古包头的野大豆与抗草甘膦转基因大豆的 自交产生的种子 百粒重是野大豆的.倍这预示着该种子可能具有较高的出苗率 本研究结果证实:在破除种皮硬实后出苗率为.显著高于 较 的出苗率()有明显提高且 的子叶真叶也均显著大于 这说明一旦转基因大豆的花粉漂移到供试野大豆产生 自交能产生出苗率高的后代 因此转基因大南 京 农 业 大 学 学 报第 卷豆花粉一旦漂移到该野大豆产生 其自交产生的 就具有较高的在自然环境中定植的可能性 种皮硬实可帮助种子度过恶劣环境 由于 的种子较大推测其蛋白质、脂肪等营养含量较高易腐烂和遭受虫食因此 的硬实率及种子活力对其在自然环境中定植所产生的生态风险亦有影响同样有待研究杂交后代的营养生长及繁殖能力是判断适合度的最重要指标特别是繁殖能力产生更多的后代意味着其适合度更高 无论是单种还是与杂草混种条件下在荒地土和农田土中的单株结荚数和单株饱粒数显著均低于(.和.)尽管如此单株最少能产生 粒饱满种子这说明尽管在 种条件下 比 的生存定植能力弱但仍具有一定的生存定植能力有必要重视其可能引起的生态风险 一旦抗除草剂转基因大豆大规模种植含有抗性基因的杂交后代在种植抗除草剂转基因大豆田中有可能在目标除草剂选择压下存活不被目标除草剂杀死成为难以防除的杂草 因此在商业化种植抗除草剂转基因作物包括大豆时务必防范抗性基因向野生近缘种的基因流动 等报道 与野大豆的单株粒数相近在农田下能产生 多粒种子与本试验结果不同可能是亲本基因型和环境条件不同所致 前期研究中 在农田土下的单株饱粒数比 显著低.在此条件下的单株饱粒数比 显著低.虽有所降低但其饱满种子数达 粒 一旦转基因大豆的基因流动产生杂交后代就有在自然环境下生存定植的可能性因此防范初始杂交更为重要在 种种植方式下的花粉萌发率、单株结荚数、单株饱粒数均显著小于野大豆可能是来自双亲的基因组差异较大在减数分裂时仍出现较多异常导致花粉可育性降低单株结荚数、单株饱粒数也相应较低 的株高、百粒重以及地上部干生物量(除混种农田土条件下)均显著高于野大豆 低于野大豆的繁殖指标(单株结荚数、单株饱粒数)可能不利于 在野外大量、快速建立种群而高于野大豆的株高有利于 在苗期的生存竞争力 研究表明百粒重增加不利于种子在野外生存但百粒重和子叶大小与营养物质的多少有关大粒种子在萌发初期能提供更多营养物质有利于后代个体的定植和早期竞争 因此 百粒重的增加是否有利于种群在野外生存还有待于进一步研究 栽培作物的性状通常被认为不利于作物和野生种杂交后代的生存如对作物有利的驯化性状矮化、低落粒性和二次休眠性等但栽培向日葵的部分性状如快速生长能增强栽培种和野生种杂交后代在野外的生存能力 从本研究来看栽培大豆较低的结实数在 种种植方式下均降低了杂交后代的种群建成能力但栽培大豆的株高较高的特性可能会提高杂交后代苗期的生存竞争能力适合度与环境条件密切相关 在单种条件下及其亲本野大豆和转基因大豆的单株结荚数和单株饱粒数均为农田土大于荒地土而土壤理化性质的测定结果表明农田土的速效磷和碱解氮含量均显著高于荒地土养分充足使植株生长良好能产生更多的后代 在与杂草混种下和野大豆的表现一致均为荒地土的单株结荚数和单株饱粒数显著高于农田土这可能是由于农田土营养充足杂草生长迅速且总生物量显著高于荒地土又由于 的株型与野大豆相似它们的茎柔软匍匐蔓生大量的杂草遮盖 以及野大豆植株可能导致光合效率受到抑制生长及结实能力下降同时由于 及野大豆均有固氮能力即使在低氮条件下仍可通过固氮提供氮素供其生长及结实同时杂草生长较弱竞争能力下降导致 及野大豆在荒地土下竞争能力相对提高 与转基因大豆混种的荒地土杂草生物量显著低于农田土但荒地土转基因大豆的单株结荚数和单株饱粒数却与农田土无显著差异这可能是由于栽培大豆直立生长农田土下杂草对其影响较弱同时荒地土转基因大豆可能具有更强的固氮能力导致其在荒地土和农田土的适合度差异缩小 已有报道表明栽培大豆在土壤养分缺乏的情况具有更强的固氮能力以上结果说明环境极大影响了 及其亲本的适合度因此 在其他环境下的适合度有待于深入研究混种荒地土野大豆的单株饱粒数显著低于单种荒地土的而 的单株饱粒数在混种荒地土和单种荒地土下无显著差异可能是由于 在有杂草竞争下的固氮能力较野大豆提高所致 提高的固氮能力可能是来自转基因大豆较强的固氮能力 白子裕研究栽培型、半栽培型和半野生型大豆的根瘤结果表明在根瘤数和重、豆血红蛋白含量、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸脱氢酶活性上从大到小依次表现为栽培大豆、半栽培大豆、半野大豆在大豆驯化过程中根瘤的抗逆能力和结瘤特性逐渐提高栽培大豆的固氮能力较半栽培型和半野生型大豆明显增强 因此推测转基因大豆较强的固氮能力遗传给了 使 对土壤中氮元素利用能力更强不同亲本对 适合度的影响有待进一步研究 第 期纪雪勤等:抗草甘膦转基因大豆与内蒙古包头野大豆杂交 适合度分析.自交种与亲本的种皮色及硬实率大豆种皮色在从野大豆到栽培大豆的演变过程中逐渐从黑色变成黄色是重要的形态标记 本研究中自交产生的后代 种皮色出现了分离现象 自交产生的 种子全部为褐绿色种皮自交后种子分离为 种种皮颜色 大豆种皮颜色是一个受多遗传位点控制的中等复杂性状颜色的形成主要受、和 共 个遗传位点的控制其中、这 个遗传位点的不同等位基因组合导致大豆种皮形成不同的颜色 遗传位点 能控制花色苷和原花青素在大豆种皮中的分布与积累遗传位点 和 能够控制大豆种皮花色苷和原花青素的种类与含量共同作用使大豆种皮呈现出黑色、不完全黑色、棕色或浅黄色 出现种皮色的分离是 自交过程中出现了双亲不同等位基因的分离重组的复杂组合所致 在种皮硬实率的初步测定中发现:硬实率高的种子中深色种皮的比例较高但深色种皮也存在硬实率较低的种子浅色种皮也有硬实率较高的种子这是 自交种子表型可塑性强的体现其对后代适合度的影响有待于深入研究 种皮硬实率应是决定其生态风险的重要因素硬实率高虽不利于萌发但有利于种子顺利度过恶劣环境并长期存在于土壤种子库中在合适的环境发芽完成生活史内蒙古包头野大豆硬实率高于 种皮硬实率高是内蒙古包头野大豆长期维持种子休眠和种子活力的主要因素 种皮结构和成分特性均会影响种子硬实率种皮结构与角质层是否完整、角质层中泥膜的有无、栅栏层的厚度、种脐的开口程度有关成分特性则指种皮中矿质元素特别是钾、钙的含量栽培大豆驯化过程中人工选择出非硬实性的地方品种其硬实性唯一的主效基因 编码定位于细胞膜的钙调金属磷酸酯酶跨膜蛋白该基因主要在种皮的栅栏层表达并与种皮中的钙含量相关 该基因 个点突变的人工选择导致种皮从硬实性向吸胀性的转变 本研究中 自交种子出现硬实率的分化分析得出 自交种的种脐开放程度以及表皮上的凹陷小孔是决定其硬实率的关键因素这种分化也是双亲控制种脐开放程度和种皮结构凹陷小孔等的不同等位基因分离重组的复杂组合所致 自交后存在硬实率高的种子这些种子在自然环境下具有较强的生存能力因此具有建立种群的可能性.的适合度与生态风险在有杂草竞争和无杂草竞争的农田土及荒地土下均能完成生活史产生可育的后代虽然 的单株结荚数及单株饱粒数均低于野大豆但 单株最少能产生 粒饱满种子有在野外生存定植的可能性 在无杂草竞争单种农田土条件下的适合度最高在无杂草竞争和有杂草竞争的荒地土条件下适合度相当在有杂草竞争农田土条件下的适合度最低且与野大豆和转基因大豆在 种种植方式下的适合度的趋势一致说明土壤条件和有无杂草竞争对 适合度的影响来自亲本的遗传 自交种中存在硬实率较高的后代意味着其可以在自然环境中越冬并有可能度过恶劣环境并生存繁衍 因此抗除草剂转基因大豆向野大豆的基因流动可能导致抗除草剂杂交后代在自然环境中定植进而可能导致野大豆遗传多样性丧失参考文献:./:/.()./.():.()(.).():.:.():.齐广勋王英男袁翠平等.基于 标记的不同地理生态型野生大豆遗传多样性分析.大豆科学():.().():().:.陈宣钦刘怀攀罗庆云等.耐盐性不同的野大豆种子和幼苗对等渗水分和 胁迫的响应.南京农业大学学报():.:./.南 京 农 业 大 学 学 报第 卷.():().董英山庄炳昌赵丽梅等.中国野生大豆遗传多样性中心.作物学报():.():().():.().():.():.刘来盘刘标.耐除草剂转基因大豆对花粉生活力的影响.大豆科学():.():().():.刘成张雅轩陈先连等.野生大豆染色体片段代换系群体中与百粒重关联的野生片段及其候选基因.作物学报():.():().滕卫丽李悦郑立娜等.大豆硬实性 定位及上位性互作分析.东北农业大学学报():.():().张旗陶梦慧李丹等.盐碱胁迫对野生大豆种子萌发的影响.畜牧与饲料科学():.():().卢宝荣王磊王哲.转基因栽培稻基因漂移是否会带来环境生物安全影响?.中国科学:生命科学():.?.:():().().:.():.():.():.李向华王克晶.半野生大豆起源及野生大豆稀有性状来源的形态学证据.植物遗传资源学报():.():().():.().():.():.():.():.():.白子裕.半野生、半栽培和栽培大豆根瘤及根伤流特性的研究.长春:吉林农业大学.:().宋健郭勇于丽杰等.大豆种皮色相关基因研究进展.遗传():.():(第 期纪雪勤等:抗草甘膦转基因大豆与内蒙古包头野大豆杂交 适合度分析).():.():.():.():.潘丽蛟关文灵李懿航.濒危植物中甸刺玫种子休眠及其生态学意义.亚热带植物科学():.():().():.():.文婷婷王洋利站等.豌豆种皮结构和成分对种子透水性的影响.种子():.(.).():().():.责任编辑:刘怡辰