轉基因抗除草劑油菜與十字花科植物間的基因流研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、近年來,轉基因抗除草劑作物在全球范圍內大量種植。與此同時,也帶來了一定的生態(tài)風險,主要風險之一是抗性轉基因通過花粉漂流轉移到野生近緣植物,導致這些植物產生抗性,從而形成“超級雜草”。本試驗通過苯胺藍熒光法觀察、人工雜交、混合花粉蒙導授粉并結合人工授粉后代的分子鑒定,研究了甘藍型抗草甘膦油菜Q3與15種十字花科植物(包括蕓薹屬油料作物的3個種、5種蔬菜作物和7種野生雜草,共16個材料)間的雜交親和性、自然授粉條件下Q3與這些材料間的基因流

2、頻率以及抗除草劑基因在污染植株中的遺傳傳遞能力,以期為轉基因抗除草劑油菜的生態(tài)安全性評價提供科學依據。主要研究結果如下: (1)熒光顯微鏡觀察結果表明,甘藍型油菜(B.napus)、白菜型油菜(B.campestris)、芥菜型油菜(B.juncea)、二倍體小白菜(B.chinensis)、四倍體小白菜(B.chinensis)、大白菜(B.pekinensis)、雪里蕻(B.unceavarmulticeps)、甘藍(B.o

3、leraceavar.capitata)和野芥菜(B.juncea)授以Q3花粉后24h,均可見有一定數量的花粉管通過珠孔進入胚珠;而遏藍菜(Thlaspiarvense)、播娘蒿(Descurainiasophia)、薺菜(Capsellabursa-pastoris)、碎米薺(Cardaminehirsuta)、諸葛菜(Orychophragmusviolaceus)和風花菜(Rorippapalustris)6種雜草授Q3花粉后雜

4、交不親和,花粉管生長受阻,分別停滯在上述雜草的柱頭表面或花柱上部1/3處。本結果說明Q3的抗除草劑基因有可能通過基因流逃逸到與其親緣關系較近的油菜、蔬菜和野芥菜中,而逃逸到遏藍菜、播娘蒿、薺菜、碎米薺、諸葛菜和風花菜中的風險則較小。 (2)人工雜交和雜交后代的分子鑒定結果表明,甘藍型油菜品種“揚油4號”、“寧油10號”(作母本)與Q3(作父本)雜交的親和指數最高,分別為16.15、12.77;白菜型油菜品種“揚油3號”、芥菜型油

5、菜品種“G11”、二倍體小白菜品種“豐抗80”、四倍體小白菜品種“揚州青1號”、大白菜品種“淄白8號”、“揚州雪里紅”、野芥菜等蕓薹屬近緣植物(作母本)與Q3(作父本)雜交的親和指數其次,居于0.85~2.37之間;甘藍品種“YZS-1”與Q3雜交的親和指數較低,為0.09;上述所有雜交組合的F1代植株抗草甘膦基因的PCR檢測均為陽性;而遏藍菜、播娘蒿、薺菜、碎米薺、諸葛菜、風花菜6種雜草(作母本)與Q3(作父本)雜交親和指數為0,這與

6、熒光顯微鏡的觀察結果相一致。本結果進一步說明了Q3的抗除草劑基因有可能通過基因流逃逸到甘藍型油菜、白菜型油菜、芥菜型油菜、大白菜、小白菜、雪里蕻、甘藍和野芥菜中,而轉移到遏藍菜、播娘蒿、薺菜、碎米薺、諸葛菜和風花菜中的可能性則很小,基因流風險的大小順序為:種內品種間>種間>屬間。 (3)混合花粉蒙導授粉及其后代的分子鑒定研究結果表明,當遏藍菜、播娘蒿、薺菜、碎米薺、諸葛菜和風花菜6種雜草分別授以混合花粉(自花花粉與Q3花粉)蒙導

7、后,與各自的自交相比,混合花粉在受體植物柱頭上的萌發(fā)表現出花粉粒大量粘合、萌發(fā)快、伸進花柱與子房的花粉管數量多等特點。授粉后24~48h,各蒙導組合均可觀察到一部分花粉管已經通過珠孔進入胚珠,但所有蒙導后代植株抗草甘膦基因的PCR檢測均表現陰性。本結果進一步說明了遏藍菜、播娘蒿、薺菜、碎米薺、諸葛菜、風花菜與Q3雜交高度不親和,Q3的抗除草劑基因不能通過基因流轉移到這6種雜草中。 (4)鄰近間隔種植和自然授粉條件下,Q3與上述1

8、5種十字花科植物(共16個材料)間的基因流頻率研究結果,Q3與同類型的甘藍型油菜品種“揚油4號”、“寧油10號”間的基因流頻率最高,達2.3278%、2.1487%;與白菜型油菜品種“揚油3號”、芥菜型油菜品種“G11”、二倍體小白菜品種“豐抗80”、四倍體小白菜品種“揚州青1號”、大白菜品種“淄白8號”、雪里蕻品種“揚州雪里紅”、野芥菜等蕓薹屬近緣植物間的基因流頻率其次,居于0.8638%~1.0615%之間;與甘藍品種“YZS-1”

9、間的頻率較低,為0.1103%;而Q3與遏藍菜、播娘蒿、薺菜、碎米薺、諸葛菜、風花菜6種雜草間的基因流頻率為0?;蛄黝l率的高低順序為:種內品種間>種間>屬間,這與通過雜交親和性評估的結果完全一致,表明基因流頻率與雜交親和性高度相關。 (5)對大田篩選出的上述10種十字花科蕓薹屬近緣植物的基因污染植株進行育性觀察,并通過與相應的未污染植株回交,研究了抗草甘膦基因在污染植株中的遺傳傳遞能力。結果表明,白菜型油菜、芥菜型油菜、大白菜

10、、小白菜、雪里蕻、甘藍和野芥菜的基因污染植株(雜種F1代)生殖競爭優(yōu)勢較弱,抗草甘膦基因的遺傳傳遞能力較差,但經與親本回交后抗性基因能夠完成一定的滲入;而抗草甘膦基因在甘藍型油菜品種“揚油4號”、“寧油10號”的基因污染植株中的遺傳傳遞能力較強,無親和性障礙。 第二章抗除草劑油菜花粉在十字花科受體植物柱頭上的萌發(fā) 本實驗通過苯胺藍熒光法觀察了甘藍型抗草甘膦油菜Q3的花粉在15種十字花科植物(共16個材料)柱頭上的萌發(fā)情況

11、,初步研究了Q3與這些植物間的雜交親和性。本結果說明Q3的抗除草劑基因有可能通過基因流逃逸到上述3種類型的油菜、5種蔬菜和野芥菜中,而逃逸到遏藍菜、播娘蒿、薺菜、碎米薺、諸葛菜和風花菜中的風險則較小。 第三章抗除草劑油菜與十字花科受體植物人工雜交的結實情況 本實驗通過人工雜交并結合雜交后代的分子鑒定,進一步研究了甘藍型抗草甘膦油菜Q3與前文中15種十字花科植物間的雜交親和性,來評估Q3與這些植物間的基因流。結果表

12、明,甘藍型油菜品種“揚油4號”、“寧油10號”(作母本)與Q3(作父本)雜交的親和指數最高,分別為16.15、12.77;白菜型油菜品種“揚油3號”、芥菜型油菜品種“G11”、二倍體小白菜品種“豐抗80”、四倍體小白菜品種“揚州青1號”、大白菜品種“淄白8號”、“揚州雪里紅”、野芥菜等蕓薹屬近緣植物(作母本)與Q3(作父本)雜交的親和指數其次,居于0.85~2.37之間;甘藍品種“YZS-1”與Q3雜交的親和指數較低,為0.09;上述所

13、有雜交組合的F1代植株抗草甘膦基因的PCR檢測均為陽性;而遏藍菜、播娘蒿、薺菜、碎米薺、諸葛菜、風花菜(作母本)與Q3(作父本)雜交親和指數為0,這與熒光顯微鏡的觀察結果(見第二章)相一致。本結果進一步說明了Q3的抗除草劑基因逃逸到甘藍型油菜、白菜型油菜、芥菜型油菜、二倍體小白菜、四倍體小白菜、大白菜、雪里蕻、甘藍和野芥菜中的成功率較大,而轉移到遏藍菜、播娘蒿、薺菜、碎米薺、諸葛菜和風花菜中的可能性則很小,基因流風險的大小順序為:種內品

14、種間>種間>屬間。 第四章蒙導授粉條件下抗除草劑油菜與6種十字花科野生雜草間的雜交親和性 本實驗根據苯胺藍熒光法觀察和混合花粉蒙導授粉的結實情況,并結合蒙導后代的分子鑒定,研究了蒙導條件下甘藍型抗草甘膦油菜Q3與遏藍菜、播娘蒿、薺菜、碎米薺、諸葛菜、風花菜6種十字花科雜草間的雜交親和性,來進一步評估Q3與這些雜草間的基因流。結果表明,當遏藍菜、播娘蒿、薺菜、碎米薺、諸葛菜和風花菜分別授以混合花粉(自花花粉與Q3花

15、粉)蒙導后,與各自的自交相比,混合花粉在受體植物柱頭上的萌發(fā)表現出花粉粒大量粘合、萌發(fā)快,伸進花柱與子房的花粉管數量多等特點。 第五章自然授粉條件下抗除草劑油菜與十字花科植物間的基因流 前面三章的研究表明,十字花科許多植物表現為異花授粉并具有較高的種間雜交親和性,這些生殖特征喻示著外源基因在該科植物間存在潛在的逃逸風險。本實驗通過鄰近間隔種植的方式,研究了在自然授粉條件下,甘藍型抗草甘膦油菜Q3與前文中15種十字花科植物

16、間的基因流頻率。 第六章抗除草劑基因在污染植株中遺傳傳遞能力 本實驗對10種蕓薹屬近緣植物基因污染植株進行了育性觀察,并以基因污染植株為母本,相應的未污染植株為父本進行回交,初步研究了抗草甘膦基因在污染植株中的遺傳傳遞能力。結果表明,白菜型油菜、芥菜型油菜、二倍體小白菜、四倍體小白菜、大白菜、雪里蕻、甘藍和野芥菜的基因污染植株(雜種F1代)生殖競爭優(yōu)勢較弱,抗草甘膦基因在這些污染植株后代的遺傳傳遞能力較差,但經與親本回交

17、后抗性基因能夠完成一定的滲入;而抗草甘膦基因在甘藍型油菜品種“揚油4號”、“寧油10號”基因污染植株中的遺傳傳遞能力較強,無親和性障礙。 綜上所述,轉基因抗除草劑油菜與十字花科植物間存在不同程度的基因流,基因流頻率與雜交親和性高度相關。在自然授粉條件下,甘藍型轉基因油菜Q3的抗草甘膦基因能夠通過基因流逃逸到甘藍型油菜、白菜型油菜、芥菜型油菜、二倍體小白菜、四倍體小白菜、大白菜、雪里蕻、甘藍和野芥菜中,并且抗草甘膦基因在污染植株中

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