轉(zhuǎn)SCMRP基因大豆“中間試驗”農(nóng)藝性狀調(diào)查

朱延明，張 鳳，柏 錫，才 華，紀(jì) 巍，賈 蓓

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生物功能基因重點(diǎn)實(shí)驗室，哈爾濱 150030）

大豆是重要的糧食和油料作物，其蛋白質(zhì)含量可高達(dá)約40%[1]。提高大豆甲硫氨酸含量、改進(jìn)大豆品質(zhì)的一般途徑是常規(guī)有性雜交育種、誘變育種和改良栽培條件等，隨著植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)日趨成熟，在分子水平上對植物的某一重要功能基因改造或?qū)虻谋磉_(dá)水平加以調(diào)控已成為改良大豆品質(zhì)的重要手段[2]。在轉(zhuǎn)基因作物投放市場之前，都要對其進(jìn)行田間栽培試驗，以考查目的基因遺傳表達(dá)的穩(wěn)定性以及轉(zhuǎn)基因作物農(nóng)藝性狀表現(xiàn)和適應(yīng)性，為評估轉(zhuǎn)基因作物的食用及環(huán)境安全性提供重要科學(xué)數(shù)據(jù)[3]。本研究對前期研究中獲得的轉(zhuǎn)SCMRP基因高蛋氨酸大豆株系BX3-24和BX38-32的T7、T8代植株進(jìn)行產(chǎn)量、形態(tài)及品質(zhì)性狀等方面的農(nóng)藝性狀調(diào)查及統(tǒng)計學(xué)分析，為高蛋氨酸轉(zhuǎn)基因大豆環(huán)境安全性評價以及產(chǎn)業(yè)化研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

轉(zhuǎn)高甲硫氨酸基因大豆株系BX3-24、BX38-32及受體品種綏農(nóng)14（SN14）均由本實(shí)驗室擴(kuò)繁所得，本地栽培大豆合豐50（對照，HF50）購自黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院。

1.2 方法

試驗地點(diǎn)為黑龍江省哈爾濱市東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊實(shí)驗實(shí)習(xí)基地。田間試驗采取正常密度人工點(diǎn)播，每壟0.5 m，每四壟為一小區(qū)，按株系及品種分4區(qū)，播種時施足基肥。農(nóng)藝性狀調(diào)查與考種時每株系或品種隨機(jī)取10株為樣本。

1.3 調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)[4-7]

1.3.1 產(chǎn)量性狀的調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)

單株有效莢數(shù)：調(diào)查單株全部正常結(jié)實(shí)的莢數(shù)，每一株系考種3株，計算平均值。

百粒重：從單株正常結(jié)實(shí)粒中隨機(jī)選取100粒稱重，重復(fù)3次，計算平均值（g）。

1.3.2 形態(tài)性狀調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)

株高：指成熟時大豆植株從子葉節(jié)到主莖頂端生長點(diǎn)的長度（cm），每株系考種10株，計算平均值。

生育日數(shù)：指自大豆出苗翌日至正常成熟的天數(shù)（d）。

結(jié)莢習(xí)性：指植株開花結(jié)莢狀況，分無限型（I）、亞有限型（S）、有限型（D）三類。

花色：指花瓣的顏色，分紫色（P）和白色（W）兩類。

葉形：于開花盛期觀察植株中上部第8～10節(jié)的復(fù)葉中間小葉的形狀，分長葉（L）和圓葉（R）兩類。

1.3.3 品質(zhì)性狀的調(diào)查指標(biāo)

蛋白質(zhì)含量（%）：株系混合脫粒后，取50 g樣品由農(nóng)業(yè)部谷物及制品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心（哈爾濱）測定，以百分?jǐn)?shù)表示。

油分含量（%）：株系混合脫粒后，取50 g樣品由農(nóng)業(yè)部谷物及制品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心（哈爾濱）測定，以百分?jǐn)?shù)表示。

蛋脂總量（%）：一個株系的蛋白質(zhì)含量和油分含量的總和，以百分?jǐn)?shù)表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均按新復(fù)極差法進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)基因大豆產(chǎn)量性狀的調(diào)查與分析

對田間正常種植的T7代轉(zhuǎn)SCMRP基因大豆、受體品種及對照品種進(jìn)行產(chǎn)量性狀相關(guān)指標(biāo)的調(diào)查及分析，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。分析結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因株系BX3-24后代的單株有效莢數(shù)低于對照品種，而百粒重略高于對照品種，但都不存在顯著差異，株系BX38-32后代的單株有效莢數(shù)及百粒重與受體及本地栽培品種一致，也不存在顯著差異。研究結(jié)果證明轉(zhuǎn)基因大豆與對照相比在產(chǎn)量性狀上無明顯差異，外源基因沒有影響轉(zhuǎn)基因大豆的產(chǎn)量相關(guān)性狀。

表1 T7代轉(zhuǎn)SCMRP基因大豆產(chǎn)量性狀的調(diào)查結(jié)果與分析Table1 Investigation results and analysis on yield traits of the T7generation of transgenic soybean with SCMRP gene

2.2 轉(zhuǎn)基因大豆形態(tài)性狀的調(diào)查與分析

對田間正常種植的轉(zhuǎn)基因大豆兩個株系BX3-24及BX38-32的T7代植株、受體品種綏農(nóng)14和本地栽培品種合豐50的植株進(jìn)行形態(tài)性狀相關(guān)指標(biāo)的調(diào)查，結(jié)果見表2。調(diào)查結(jié)果表明，與受體及本地栽培品種相比，轉(zhuǎn)基因兩個株系的T7代植株在生育期、結(jié)莢習(xí)性、花色、葉形等方面表現(xiàn)一致，沒有明顯差異，但在株高方面存在顯著差異。株系BX3-24的株高在0.01水平下極顯著高于受體及對照品種；株系BX38-32的株高在0.05水平下顯著高于對照品種，在0.01水平下極顯著高于受體品種；轉(zhuǎn)基因株系之間在株高等形態(tài)性狀上都沒有差異。其結(jié)果初步表明外源基因的插入可能引起轉(zhuǎn)基因株高的增加，但由于當(dāng)代種植的受體品種和本地栽培品種之間的株高也有顯著差異，因此株高的變化也可能與當(dāng)?shù)卮筇锏脑耘鄺l件及環(huán)境條件有關(guān)，試驗結(jié)果還需要進(jìn)行田間重復(fù)試驗證明。但株高的增加對產(chǎn)量等其他農(nóng)藝性狀沒有不利影響，即轉(zhuǎn)基因大豆沒有導(dǎo)致產(chǎn)生不良形態(tài)性狀。

2.3 轉(zhuǎn)基因大豆品質(zhì)性狀的調(diào)查與分析

對轉(zhuǎn)基因株系BX3-24及BX38-32的T8代大豆及其受體品種綏農(nóng)14的成熟種子進(jìn)行品質(zhì)性狀的相關(guān)指標(biāo)調(diào)查，結(jié)果見表3。株系BX3-24與受體品種相比，蛋白含量低0.61%，油分含量低0.24%，蛋脂總量低0.85%；株系BX38-32與受體品種相比，蛋白含量低0.36%，油分含量高0.93%，但蛋脂總量基本不變。因為不同品種及不同植株間蛋白及油分的含量不同，而蛋白及油分的積累也和栽培條件和環(huán)境條件有直接相關(guān)。本研究結(jié)果顯示，蛋白、油分及蛋脂總量并沒有極大改變，沒有達(dá)到影響其品質(zhì)的結(jié)果，而對于這一性狀的微量改變原因，需要對下一代進(jìn)行重復(fù)試驗驗證。

表2 T7代轉(zhuǎn)SCMRP基因大豆形態(tài)性狀的調(diào)查結(jié)果與分析Table2 Investigation results and analysis on morphological traits of the T7generation of transgenic soybean with SCMRP gene

表3 T8代轉(zhuǎn)SCMRP基因大豆品質(zhì)性狀的調(diào)查結(jié)果與分析Table3 Investigation results and analysis on quality traits of the T8generation of transgenic soybean with SCMRP gene (%)

3 討論與結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，含高甲硫氨酸轉(zhuǎn)基因大豆株系BX3-24和BX38-32的T7代植株在單株莢數(shù)、百粒重、生育日數(shù)、結(jié)莢習(xí)性、花色、葉形等方面均未發(fā)生較大改變，但在株高等方面發(fā)生一些改變，而這些變化可能和栽培地區(qū)的溫度、濕度、光照及栽培管理方法等有關(guān)，也可能與轉(zhuǎn)基因引起的非預(yù)期效應(yīng)有關(guān)。林剛等對3個轉(zhuǎn)基因株系進(jìn)行兩次“中間試驗”，結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因小麥雖形態(tài)特性及個體發(fā)育正常，但是在株高、千粒重和產(chǎn)量方面均發(fā)生一些變化，尤其在千粒重和產(chǎn)量上明顯低于受體品種[5]。李鵬等對2個轉(zhuǎn)基因香石竹品系的農(nóng)藝性狀調(diào)查結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因品系與其受體品種僅在植株莖粗、葉片長度和花瓣數(shù)目等方面存在差異[6]。郭玉雙等在調(diào)查轉(zhuǎn)雙價抗真菌基因大豆的農(nóng)藝性狀時也發(fā)現(xiàn)，與對照相比，轉(zhuǎn)基因大豆的株高高于受體品種，蛋白含量有所下降而油分含量有所上升[7]。

轉(zhuǎn)SCMRP基因大豆株系在提高大豆含硫氨基酸含量的同時，雖然在某些方面與對照存在差異，但并沒有產(chǎn)生不良農(nóng)藝性狀。由于大豆是自花授粉作物，無論是轉(zhuǎn)基因大豆還是野生型其遺傳物質(zhì)均不能向其他植物、動物和微生物發(fā)生轉(zhuǎn)移，目前也未見報道。而通過對兩個株系的特異性PCR檢測、Southern blot和Western blot分析，證明目的基因在本世代可以穩(wěn)定遺傳、正常表達(dá)。

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