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.

转基因抗虫水稻矮秆突变体的品质性状分析

对转cry1Ab基因抗虫水稻矮秆突变体的品质性状与原亲本秀水11进行了对比分析,发现在最高粘度、热浆粘度和冷胶粘度等RVA谱特征值上两者有显著差异,而在外观品质、碾磨品质、表观直链淀粉含量、胶稠度和淀粉粘滞特性的崩解值、消减值等淀粉食用品质方面基本相同,在蛋白、脂肪、灰分、矿物质和氨基酸等关键营养成分上也不存在显著差异,在蒸煮后的矮杆突变体米粒中也未检测到Cry1Ab杀虫蛋白。

转基因抗虫水稻的研发与应用及在我国的发展策略

转基因抗虫水稻的研发和应用为害虫的防治提供了新策略。目前,全球已培育出近50个转基因抗虫水稻品系,大部分均已进入田间试验阶段,鉴于其环境安全性及食品安全性,还未进行商业化种植。本文在对全球转基因抗虫水稻研发和应用现状综述的基础上,分析了我国转基因抗虫水稻发展面临的机遇及所存在的问题,并结合我国水稻生产的实际情况,提出了目前我国转基因抗虫水稻的发展策略,以期为转基因抗虫水稻的研发、应用及安全监管提供科学依据。

转基因抗虫水稻矮秆突变体与其亲本子粒品质的比较分析

对转cry1Ab基因抗虫水稻矮秆突变体与原亲本秀水11的稻米理化特性和关键营养成分进行了比较,发现在最高粘度,热浆粘度和冷胶粘度等RVA谱特征值上两者有显著差异,而在外观与碾磨品质性状、表观直链淀粉含量、胶稠度和淀粉粘滞特性的崩解值、消减值等淀粉食用品质方面基本相同,在粗蛋白、粗脂肪、灰分、矿物质和氨基酸等关键营养成分上也不存在显著差异,在蒸煮后的矮秆突变体米粒中未检测到Cry1Ab杀虫蛋白。本研究表明该矮秆突变体的子粒品质性状未发生明显变化,是可以安全利用的新种质。

转基因抗虫水稻中Bt蛋白表达量的研究

[目的]对转基因抗虫水稻中Bt蛋白表达量进行研究。[方法]应用酶联免疫吸附测定法(ELISA)定量检测转基因抗虫水稻生相同生长时期不同部位的Bt蛋自表达量。[结果]转基因水稻灌浆期不同组织中Bt蛋白表达绝对含量的高低顺序为:叶片>未成熟种子及颖壳>根>茎杆;在水稻不同的生长发育(分蘖期、抽穗期和灌浆期)阶段,转基因Bt水稻中Bt蛋白的含量有一些变化;一般在水稻生长后期Bt蛋白的浓度有所下降,但幅度不大,对其抗性不会造成太大影响。[结论]该试验对田间害虫的防治以及转基因水稻的育种都具有重要意义。

转基因抗虫水稻的生态风险和治理对策

本文综述了转基因抗虫水稻外源抗虫基因的种类和作用机制,探讨了种植转基因抗虫水稻潜在的生态风险,主要包括基因漂移和杂草化、对靶标害虫抗性的影响、对非靶标生物的影响以及对土壤微生态系统的影响,并提出一些相关的治理对策。

转基因抗虫水稻‘HD2’不同生长发育阶段cry2A^(*)基因表达量

本研究旨在探究转cry2A^(*)基因抗虫水稻‘HD2-1’等独立系在田间生长发育过程中cry2A^(*)基因表达量及糙米Bt蛋白含量(BPC)。利用qRT-PCR方法和酶联免疫吸附法(ELISA)检测水稻‘HD2-1’等独立系田间不同生长发育阶段组织器官及糙米的cry2A^(*)基因表达量。结果显示,不同水稻独立系cry2A^(*)基因表达量及糙米BPC明显不同,叶片、茎鞘及幼穗cry2A^(*)基因表达量在不同生长发育阶段间往往呈正相关,cry2A^(*)基因mRNA表达量和对应的BPC呈极显著的正相关,糙米BPC和各生长发育阶段各器官cry2A^(*)基因表达量存在正相关趋势。水稻‘HD2’cry2A^(*)基因表达量不同生长发育阶段间及其和糙米BPC间呈正相关。cry2A^(*)基因转录表达越高,BPC越高。

“转基因抗虫水稻品种培育”在华中农大启动

近日，涉及上亿元资金的国家重大科技专项“转基因抗虫水稻新品种培育”课题在华中农大启动。

抗虫转基因水稻及其杂交水稻对土壤微生物群落多样性与组成的影响

微生物是土壤物质循环与肥力演变的驱动者,其群落组成关系到土壤微生态系统的稳定与可持续性。对抗虫转基因水稻土壤微生物群落变化的研究是其环境安全性评价的重要内容。本研究基于细菌16S rRNA基因和真菌ITS基因的高通量测序,分析了田间试验中抗虫转基因水稻‘MFB’及其转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’与非转基因常规水稻‘闽恢3301’及杂交水稻‘天优华占’的土壤微生物群落多样性与组成的差异,并得出以下结果。首先,与两个非转基因水稻品种相比,抗虫转基因水稻及转基因杂交水稻均能显著增产(P<0.05)。同时,高通量测序结果表明,除水稻成熟期的土壤真菌群落外,与‘闽恢3301’相比‘MFB’的土壤细菌或真菌群落的α-多样性指数Chao1、Observed_species和Shannon均有所提高,且分别在水稻成熟期或分蘖期达到显著性水平(P<0.05);水稻齐穗期转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤细菌及真菌群落的多样性指数Shannon均介于‘MFB’与‘天优华占’之间;微生物群落β-多样性分析结果表明,本田间试验中不同品种水稻土壤细菌或真菌的群落组成均没有显著差异。但与‘闽恢3301’相比,稻田土壤细菌中丰度最高的变形菌门的相对丰度在‘MFB’土壤中明显增加,且在水稻分蘖期及成熟期达显著水平(P<0.05),而土壤真菌中丰度最高的子囊菌门的相对丰度在‘MFB’土壤中明显减少,且在水稻分蘖期及齐穗期差异显著(P<0.05);水稻齐穗期‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤变形菌门或子囊菌门的相对丰度也均介于‘MFB’与‘天优华占’之间。此外,通过对微生物群落的功能组成预测可见,随水稻生长,‘MFB’与‘闽恢3301’的土壤细菌群落功能组成间差异存在增大的趋势。综上所述,本研究田间试验中,抗虫转基因水稻及其转基因杂交水稻在增产的同时提高了稻田土壤细菌或真菌群落的多样性,改变了主要细菌或真菌种类的相对丰度,但对细菌或真菌的群落及功能组成的影响不显著。

应用多重PCR技术快速检测抗虫转基因水稻

通过优化PCR扩增体系中缓冲液的浓度、退火温度、引物的组合及其浓度等参数,建立了转基因水稻及其加工品中几种外源基因成分的多重PCR检测体系。利用该体系检测CaMV35S、NOS、Cry1Ac或Cry1Ab的三重PCR条件为:缓冲液工作浓度2.0x、引物各为0.2μM、退火温度为58℃,循环数为35个。缓冲液工作浓度为1.5x,其他条件不变,可进行CaMV35S、NOS、Bt和CpTi的四重PCR检测。缓冲液工作浓度为1.0x,其他条件不变,可进行CaMV35S、NOS、Bt和hpt的四重PCR检测。该多重PCR检测体系具有特异性好、简便、快速、准确等优点,能够有效地检测出转基因水稻质量百分比含量(w/w)0.1%的转基因成分。

转基因抗虫水稻HD1不同生长发育阶段cry1C*基因表达量

以水稻‘空育131’为受体,利用根瘤农杆菌介导法,创制了转cry1C*基因的抗虫水稻HD1-1等独立系。为了研究水稻HD1-1等在田间生长发育过程中cry1C*基因表达量及糙米Bt蛋白含量,将水稻HD1-1等独立系种植在田间,利用RT-qPCR方法检测分蘖期、抽穗期和灌浆期叶片、茎鞘及幼穗的cry1C*基因mRNA表达量,同时利用酶联免疫吸附法(ELISA)检测各器官及糙米Bt蛋白含量。分析cry1C*基因表达量不同生长发育阶段间的关系,分析糙米Bt蛋白含量与生长发育时cry1C*基因表达量的关系。结果显示,不同水稻独立系cry1C*基因表达量及糙米Bt蛋白含量明显不同,叶片、茎鞘及幼穗中cry1C*基因表达量不同生长发育阶段间往往呈正相关,cry1C*基因mRNA表达量和对应的Bt蛋白含量呈极显著的正相关,糙米Bt蛋白含量和各生长发育阶段各器官cry1C*基因表达量存在正相关趋势。水稻HD1 cry1C*基因表达量在不同生长发育阶段间及其和糙米Bt蛋白含量间呈正相关或正相关趋势。cry1C*基因转录水平越高,Bt蛋白含量越高。

抗虫转基因水稻对非靶标害虫褐飞虱取食与产卵行为影响的评价

比较测定褐飞虱在转cry1Ab基因籼稻(B1、B6)和转SCK基因杂交稻恢复系(MSA)及各自亲本对照上的取食与产卵行为。在自由选择寄主植株条件下,褐飞虱于转cry1Ab基因籼稻和转SCK基因杂交稻恢复系上的着虫比率、产卵选择性和产卵量与各自对照嘉早935和明恢86相比均无显著差异,但取食总痕数除B1外则均显著高于对照。在非自由选择寄主植株条件下,褐飞虱不论于转cry1Ab基因籼稻上还是于转SCK基因杂交稻恢复系上,其取食总痕数均显著多于各自对照,而取食24 h后排泄的蜜露则恰反之。综合可见,3个供试抗虫转基因水稻材料对褐飞虱取食是不利的,而对产卵则无显著的影响。

利用回交转育培育黄淮稻区抗虫转基因水稻新品系

利用黄淮稻区主栽品种圣稻13、圣稻15、镇稻88为受体亲本,选择以籼稻明恢63为背景的转基因抗虫材料TT51(cry1Ab/1Ac)、T2A-1(cry2A)、T1C-19(cry1C)和以粳稻中花11为背景的转基因抗虫材料RJ-5(cry1C)为供体,分别进行杂交和多代回交。每一世代后代单株,通过涂抹Basta抗性筛选,结合PCR鉴定跟踪抗虫目的基因以及田间抗虫性鉴定、农艺性状选择,培育出来源于TT51带有cry1Ab/1Ac基因的抗虫稳定株系3个,来源于T2A-1带有cry2A基因的稳定株系2个,来源于T1C-19带有cry1C基因的稳定株系3个,来源于RJ-5带有cry1C基因的抗虫稳定株系2个。这些株系于田间均表现出很好的抗虫性状和优质丰产性状,为黄淮稻区抗虫转基因水稻育种奠定了基础。

福建省转基因抗虫稻田节肢动物群落多样性研究

试验研究转MH86CpTI基因抗虫水稻和转MH86CpTI+Bt双价基因抗虫水稻稻田节肢动物群落的多样性,结果表明:转基因稻田节肢动物群落可分为先锋群落、郁闭未稳定群落和郁闭稳定群落3个阶段;在水稻灌浆期到蜡熟期,转基因水稻稻田中每次采得的节肢动物的物种数为CK>MH86CpTI>MH86CpTI+Bt,个体数量大小为CK>MH86CpTI>MH86CpTI+Bt,总体多样性指数与均匀性指数均为CK>MH86CpTI>MH86CpTI+Bt;转基因水稻稻田节肢动物群落的多样性与常规稻相比未见明显差异。在水稻生育前期与后期,转基因抗虫水稻田害虫优势度最高的分别为电光叶蝉和褐飞虱。

转基因抗虫水稻品种培育在华中农大启动

国家重大科技专项“转基因抗虫水稻新品种培育”课题已在华中农业大学启动。据课题组负责人林拥军教授介绍，目前已培育成功的“转BT抗虫水稻”，其转入的基因由苏云金芽胞杆菌（BT）的细菌中分离出来，对螟虫等鳞翅目害虫具有天然且专一的毒杀作用，而对人体安全无毒。

Bt转基因抗螟虫粳稻新品系研究

自上世纪80年代以来，国内外转基因抗虫水稻育种研究发展迅猛。并逐步提高了转基因水稻的抗虫水平。1995年原浙江农业大学运用农杆菌介导法将密码子经优化的杀虫晶体蛋白基因crylAb导入水稻中，育成了对二化螟、三化螟、稻纵卷叶螟等表现高抗的R5代转基因水稻品系——“克螟稻（KMD）”。然而，KMD虽然具有良好的抗虫性，但其农艺性状明显变劣，难以在生产中直接利用。本课题组以KMD作为起始种质，通过常规杂交、分子标记及花药培养等技术，把Bt基因转育到当前生产上大面积推广种植的优质、高产、

基于代谢组学的转基因水稻生物安全评价方法研究

代谢组学因其全面无偏向性、非靶标轮廓分析的技术优势,成为目前转基因生物安全评价技术研究的热点。以转基因抗虫水稻及其非转基因受体为研究对象,采用基于超高效液相色谱-四级杆-飞行时间串联质谱(UPLC-QTOF/MS)分析的转基因作物代谢组评价技术流程,对代谢组提取方法、数据处理方法、分析平台等进行了探索。结果表明,应用80%甲醇水能有效提取水稻苗期叶片中的代谢物;经UPLC分离、QTOF/MS分析、正交校正的偏最小二乘辨别分析(OPLS-DA)等计算方法,能够有效发现转基因水稻及其受体之间的差异代谢物。本研究建立的完整的转基因水稻代谢组分析方法具有分辨率高、易掌握的优点。本研究丰富了现有的转基因生物安全评价的内容和方法,为转基因生物安全管理提供技术支撑。

转cry1Ab+cry1C双价抗虫水稻对二化螟的抗性评价

为明确转cry1Ab+cry1C双价抗虫水稻对二化螟的抗性及其杀虫蛋白的时空表达,本研究采用离体水稻组织生测法系统评价了cry1Ab、cry1C、正交cry1Ab+cry1C和反交cry1C+cry1Ab 4种抗虫水稻品系对二化螟的杀虫效果,并用ELISA方法测定了Cry1Ab、Cry1C蛋白在各个抗虫水稻品系中的表达情况。结果显示,二化螟在不同生育期的4种转基因抗虫水稻上取食的叶面积显著低于非转基因对照亲本明恢63。4个转基因抗虫水稻品系在生长前期(苗期、分蘖和拔节期)对二化螟表现极高的杀虫效果,生长后期(孕穗期和成熟期)杀虫效果有所下降。两双价抗虫水稻杀虫效果最好,其次为转cry1Ab和cry1C水稻。Bt蛋白表达水平随着抗虫水稻生育期的变化而变化,且差异显著;Cry1Ab的蛋白表达量在水稻整个生长期均显著高于Cry1C。Cry1Ab蛋白在单价抗虫水稻叶片和茎杆中均表现出随生育期先升高后下降的趋势,但在双价抗虫水稻中表现出随生育期逐渐下降的趋势。Cry1C蛋白在单、双价抗虫水稻的叶片组织中均表现出逐渐升高的趋势。与单价抗虫水稻相比,双价抗虫水稻中的Cry1Ab、Cry1C的蛋白表达水平并没有表现出显著的降低。因此,双价抗虫水稻不仅能高效防治害虫,还能延缓害虫抗性,在生产上表现出良好的应用前景。该研究结果可望为转Bt基因抗虫作物的环境安全评价提供科学数据和理论依据。

我国转基因水稻、玉米重获农业部安全证书

华中农业大学研发的2个转基因抗虫水稻与中国农业科学院生物技术研究所培育的1个转基因玉米品种，再次获得我国农业转基因生物安全证书。