轉(zhuǎn)bar基因抗草銨膦油菜對草銨膦抗性的評價

魯軍雄，陳社員，官春云，劉忠松，王國槐，肖 剛

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)/國家油料改良中心湖南分中心，長沙410128)

草銨膦是德國艾格福公司開發(fā)的有機(jī)磷類滅生性除草劑[1]，具有殺草譜廣、高效、低毒、易分解、低殘留、對環(huán)境相對安全等優(yōu)點，得到廣泛應(yīng)用[2]。比利時PGS公司和德國艾格福公司先后應(yīng)用生物技術(shù)將從潮濕鏈霉菌中分離得到抗草銨膦的bar基因?qū)胗筒?，使油菜獲得草銨膦抗性[3]，從而使草銨膦由苗前滅生性除草劑變?yōu)槊绾筮x擇性除草劑。在北美，轉(zhuǎn)基因抗除草劑油菜的種植產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，為油菜田的雜草防除樹立了全新的概念[2]。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)于2002年將bar基因?qū)胂嬗?5號、742分別育成抗草銨膦油菜15A、742R，并于2006年批準(zhǔn)進(jìn)入中間試驗。隨后，通過轉(zhuǎn)育育成抗草銨膦的雜交油菜品系7748。陳浩等[4]對轉(zhuǎn)bar基因油菜742R的抗性特點研究表明，742R在苗期就具有極強(qiáng)的草銨膦抗性，為草銨膦的安全使用提供了依據(jù)。普惠明等[3]對從加拿大引進(jìn)的轉(zhuǎn)基因抗草銨膦的雜交油菜組合HCN－19的抗性研究表明，油菜苗4～5葉期噴施有效濃度為0.15%的草銨膦750 kg/hm2，未發(fā)現(xiàn)死苗和藥害現(xiàn)象，抗性效應(yīng)明顯。董云等[5]對3個引進(jìn)的抗草甘膦油菜品種 Conquest、Quest、Lg3295進(jìn)行了性狀的鑒定研究，結(jié)果表明，引進(jìn)的抗除草劑油菜比對照品種隴油5號減產(chǎn)26%以上，在甘肅省不能直接推廣應(yīng)用，應(yīng)通過各種育種手段將其抗除草劑的性狀導(dǎo)入當(dāng)?shù)刂髟云贩N。本研究擬對湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)自主研發(fā)的抗草銨膦的雜交油菜品系7748的草銨膦抗性特征、豐產(chǎn)性、品質(zhì)性狀等進(jìn)行評價與鑒定，為抗草銨膦雜交油菜在生產(chǎn)上推廣與應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

轉(zhuǎn)bar基因抗草銨膦雜交油菜7748，種子由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)油料所提供。

1.2 試驗藥劑

13.5%草銨膦，商品名巴斯達(dá)，由臺灣巴斯夫股份有限公司生產(chǎn);油力1+1，有效成分及含量為10%丙酯草醚+10.8%精喹禾靈，山東僑昌化學(xué)有限公司產(chǎn)品;10.8%高效氟吡甲禾靈，商品名蓋草能，美國陶氏益農(nóng)公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

試驗于2011年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行。前茬為水稻，每公頃施復(fù)合肥(16∶16∶16)600 kg。其它管理同一般大田。試驗設(shè)置除草劑(A)、密度(B)兩個因素，A因素有4個水平，分別為巴斯達(dá)(A1)、油力1+1(A2)、蓋草能(A3)、清水對照(A4);B因素有2個水平，分別為37.5萬株/hm2(B1)、22.5萬株/hm2(B2)。試驗共8個處理，4次重復(fù)，32個小區(qū)，小區(qū)面積20 m2(2 m×10 m)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，各處理見表1。試驗參照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《田間藥效試驗準(zhǔn)則(一)除草劑防治油菜類作物雜草(GB/T 17980.45－2000)》和國務(wù)院頒布《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理條例》執(zhí)行。

表1 試驗設(shè)計Table 1 Treatments in this experiment

1.4 觀測內(nèi)容與方法

每處理隨機(jī)取6株油菜，藥后每5 d調(diào)查1次，共調(diào)查8次，記載油菜單株鮮重、株高、單株葉面積動態(tài)(葉長、葉寬、葉面積)。

采用LI－6400型便攜式光合作用儀測定凈光合速率，于藥后每4 d調(diào)查1次，共調(diào)查8次，每處理每次觀測5片油菜葉，重復(fù)3次。

采用SPAD－502型便攜式葉綠素儀測定油菜SPAD值，于藥后每5 d觀測1次，共調(diào)查8次，每處理每次測10片油菜葉，重復(fù)3次。

油菜成熟前1 d各處理取10株進(jìn)行考種;油菜成熟后，各小區(qū)單打單收，記載各小區(qū)產(chǎn)量。

采用NIR system－5000型近紅外品質(zhì)分析儀初步分析油菜品質(zhì)，4次重復(fù)。脂肪酸組成采用Agilent 6400型氣相色譜儀檢測，1次重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單株鮮重

由表2可知，在B1水平下，與對照相比，A1處理5 d后油菜單株鮮重顯著降低，10 d后達(dá)到極顯著水平，但15 d后開始恢復(fù)，30 d后極顯著高于對照;A2處理5 d后油菜單株鮮重極顯著降低，40 d后極顯著高于對照;A3處理10 d后單株鮮重顯著降低，40 d后極顯著高于對照。在B2水平下，與對照相比，A1處理5 d、10 d、15 d后油菜單株鮮重極顯著降低，30 d后極顯著高于對照;A2處理5 d、10 d、15 d后油菜單株鮮重極顯著降低，30 d后極顯著高于對照;A3處理10 d、15 d后油菜單株鮮重極顯著降低，30 d后極顯著高于對照。

表2 不同處理油菜單株鮮重(g)動態(tài)Table 2 The fresh weight of different treatments in different stages

2.2 株高

從表3可見，在B1水平下，A1處理5 d、10 d、15 d、20 d后株高極顯著低于對照，但30 d后顯著高于對照;A2 處理5 d、10 d、15 d、20 d、25 d 極顯著低于對照，40 d后恢復(fù)到對照水平;A3處理30 d內(nèi)與對照無顯著差異，40 d后顯著高于對照。在B2水平下，A1 與 A2 處理 5 d、10 d、15 d、20 d、25 d 極顯著低于對照，30 d后恢復(fù)到對照水平;A3處理10 d后顯著低于對照，15 d后恢復(fù)到對照水平。

表3 不同處理油菜株高(cm)動態(tài)Table 3 The plant height of different treatments in different stages

2.3 單株葉面積

從表4可見，在B1水平下，A1處理5 d、10 d、15 d后單株葉面積極顯著低于對照，20 d后則極顯著高于對照;A2處理5 d、10 d、15 d后極顯著低于對照，25 d后則極顯著高于對照;A3處理5 d、10 d后極顯著低于對照，25 d后則極顯著高于對照。在B2水平下，A1處理5 d、10 d、15 d后單株葉面積極顯著低于對照，20 d后則極顯著高于對照;A2處理5 d、10 d、15 d后極顯著低于對照，30 d后則極顯著高于對照;A3處理在調(diào)查期內(nèi)均顯著低于對照。

在 B1、B2 水平下，20 d、25 d、30 d、35 d、40 d后，A1處理油菜單株葉面積均大于A2、A3處理。

表4 不同處理油菜單株葉面積(cm2)動態(tài)Table 4 The leaf area of different treatment in different stages

2.4 凈光合速率

從表5可見，在B1水平下，A1處理4 d后凈光合速率極顯著低于對照A4，12 d后恢復(fù)到對照水平，32 d后極顯著高于對照，盛花期也極顯著高于對照;A2處理4 d、8 d、12 d后極顯著低于對照，24 d后才恢復(fù)到對照水平;A3處理盛花期顯著高于對照，其余觀察期內(nèi)與對照無顯著差異。在B2水平下，A1處理4 d、8 d后凈光合速率極顯著低于對照，32 d后顯著高于對照，盛花期時極顯著高于對照;A2 處理4 d、8 d、12 d、16 d 后極顯著低于對照，28 d后才恢復(fù)到對照水平;A3處理盛花期顯著高于對照，其余觀察期內(nèi)與對照無顯著差異。

在B1水平下，A1處理各時期凈光合速率均高于 A2，A1 處理4 d、8 d、12 d 低于 A3 處理，但以后各時期大多大于A3處理;在B2水平下，A1處理各時期凈光合速率均高于A2，A1處理4 d、8 d、12 d低于A3處理，但以后各時期大多大于A3處理。

表5 不同處理不同時期油菜凈光合速率Table 5 The net photosynthetic rate of different treatments in different stages

2.5 SPAD值

從表6可知，在 B1水平下，A1處理3 d后SPAD值極顯著低于對照，但6 d后恢復(fù)到對照水平;A2處理3 d、6 d、9 d后均極顯著低于對照，15 d后恢復(fù)到對照水平;A3處理各時期與對照無顯著差異。在B2水平下，A1處理3 d后SPAD值極顯著低于對照，但6 d后恢復(fù)到對照水平，30 d后顯著高于對照。A2處理3 d、6 d、9 d、12 d后均極顯著低于對照，30 d后顯著高于對照，A3處理3 d后顯著低于對照，其余各時期與對照無顯著差異。

表6 不同處理不同時期油菜SPAD值Table 6 The SPAD of different treatment in different stages

2.6 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

各水平組合平均產(chǎn)量的差異顯著性檢驗結(jié)果表明，處理A3B1的產(chǎn)量最高，極顯著高于處理A4B1、A3B2，顯著高于 A4B2;處理 A2B1極顯著高于A3B2，顯著高于 A4B2、A4B1;處理 A1B2、A1B1 極顯著高于A3B2;處理A2B2顯著高于A3B2;其余處理間差異不顯著(表7)。

表7 各處理油菜小區(qū)產(chǎn)量Table 7 The yield of different treatments

除草劑(A)、密度(B)兩因素都為固定模型，區(qū)組為隨機(jī)模型，F(xiàn)檢驗結(jié)果表明，密度、密度與除草劑間的差異顯著。

密度水平間平均產(chǎn)量間的差異顯著性檢驗結(jié)果表明，密度B1的平均產(chǎn)量極顯著高于B2。

除草劑間平均產(chǎn)量的差異顯著性檢驗結(jié)果表明，處理A1的平均產(chǎn)量最高，處理A2的平均產(chǎn)量其次，兩者差異不顯著，但均極顯著高于處理A3和對照的平均產(chǎn)量。

除草方式與油菜成苗密度間互作顯著，其中以A3B1表現(xiàn)最優(yōu)，A3B2最差，即油菜在成苗密度為B1時使用除草劑A3產(chǎn)量最高，在成苗密度為B2時使用除草劑A3產(chǎn)量最低。

從表8可以看出，草銨膦處理后，油菜全株角果數(shù)有所下降，但角粒數(shù)、千粒重提高;油力處理主要依靠千粒重的提高來增加產(chǎn)量;蓋草能處理，在高密度水平下，油菜全株角果數(shù)、角粒數(shù)、千粒重均有提高，從而表現(xiàn)增產(chǎn)，在低密度水平下，油菜角粒數(shù)、千粒重雖然有所增加，但全株角果數(shù)大大降低，因而表現(xiàn)減產(chǎn)。

表8 油菜產(chǎn)量構(gòu)成Table 8 Investigation of yield components of rape

2.7 品質(zhì)分析

近紅外品質(zhì)分析結(jié)果表明，各處理油菜籽含油量、蛋白質(zhì)含量、硫苷含量均無顯著差異，說明各處理對油菜籽含油量、蛋白質(zhì)含量、硫苷含量沒有影響(表9)。

脂肪酸組成分析表明:各處理各組分與對照相比無顯著差異，說明各處理對品質(zhì)無不利影響(表10)。

表9 近紅外品質(zhì)分析結(jié)果Table 9 The quality of rapeseed of different treatments

表10 脂肪酸組成分析(%)Table 10 The component of fatty acid of different treatments

3 小結(jié)與討論

從油菜生長情況來看，藥后兩周左右內(nèi)，油力極顯著抑制油菜單株鮮重、單株葉面積、葉綠素相對含量以及凈光合速率，藥后30 d左右，葉綠素相對含量、凈光合速率恢復(fù)到對照水平，僅單株鮮重、單株葉面積極顯著超過對照，藥后三周左右內(nèi)極顯著抑制油菜株高，藥后30 d左右恢復(fù)到對照水平。

巴斯達(dá)處理后4 d內(nèi)極顯著抑制油菜葉綠素相對含量、凈光合速率，藥后30 d左右葉綠素相對含量顯著高于對照、凈光合速率極顯著高于對照，藥后兩周左右內(nèi)極顯著抑制油菜單株鮮重、單株葉面積，藥后30 d左右，均極顯著高于對照，藥后三周內(nèi)左右極顯著抑制油菜株高，藥后30 d左右超過對照。

蓋草能對葉綠素相對含量、凈光合速率無影響，但藥后一周內(nèi)極顯著抑制油菜單株鮮重、株高，藥后30 d左右，單株鮮重極顯著高于對照，株高恢復(fù)到對照水平，藥后兩周左右內(nèi)極顯著抑制單株葉面積，藥后30 d左右極顯著高于對照。

李儒海等[6]對轉(zhuǎn)基因抗草甘膦棉花與常規(guī)棉花對草甘膦耐受性的比較研究認(rèn)為，平均株高、受害級別和受害指數(shù)這三個指標(biāo)能夠比較全面地評價棉花植株對除草劑的耐受性。本研究發(fā)現(xiàn)，油菜單株葉面積對除草劑最敏感，其余依次為株高、SPAD值、單株鮮重、凈光合速率，因此單株葉面積比平均株高能更好地評價作物對除草劑的耐受性。

從產(chǎn)量情況來看，巴斯達(dá)處理的平均產(chǎn)量最高，油力的平均產(chǎn)量其次，再次是蓋草能的平均產(chǎn)量，對照平均產(chǎn)量最低。巴斯達(dá)處理的平均產(chǎn)量約為1.95 t/hm2，需通過雜交充分發(fā)揮雜交優(yōu)勢以提高轉(zhuǎn)bar基因抗除草劑油菜的豐產(chǎn)性。

從品質(zhì)情況來看，各處理品質(zhì)差異不顯著，雖然未檢測到芥酸，但硫苷含量偏高，另外含油量41%左右。需通過各種育種手段降低硫苷含量至25 μmol/g以下，提高含油量至45%左右，以發(fā)揮轉(zhuǎn)bar基因抗除草劑油菜的優(yōu)質(zhì)特性。

總之，巴斯達(dá)對轉(zhuǎn)bar基因油菜藥害輕、抑制時間短、恢復(fù)快、顯著穩(wěn)定增產(chǎn);油力藥害重、持續(xù)時間長、恢復(fù)慢;蓋草能雖然對油菜無明顯抑制作用，但增產(chǎn)不穩(wěn)定。

[1]張宏軍，崔海蘭，倪漢文，等.抗草銨膦轉(zhuǎn)基因水稻品種的快速檢測方法的比較[J].生物技術(shù)通報，2003，(1):45－48.

[2]趙延存.稻茬移栽油菜田雜草群落發(fā)生規(guī)律及其化學(xué)防除研究[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[3]浦惠明，高建芹，戚存扣，等.油菜抗草丁膦性狀的遺傳與利用[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，(2):15－19.

[4]陳 浩，陳社員，官春云，等.轉(zhuǎn)bar基因油菜對非選擇性除草劑草丁膦的抗性研究[J].作物研究，2010，24(3):160－163.

[5]董 云，張 濤，王 毅，等.三個引進(jìn)抗除草劑油菜品種植物學(xué)性狀及經(jīng)濟(jì)性狀的分析[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2007，(9):21 －22.

[6]李儒海，武懷恒，禇世海，等.轉(zhuǎn)基因抗草甘膦棉花與常規(guī)棉花對草甘膦耐受性的比較研究[J].中國棉花，2010，37(12):9 －11.