南繁區(qū)轉(zhuǎn)基因水稻田雜草種類調(diào)查

左 嬌， 王雪君， 郭運(yùn)玲， 孔 華， 周 霞， 黃啟星， 賈瑞宗， 徐 林， 郭安平

(中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所/農(nóng)業(yè)部熱帶作物生物學(xué)與遺傳資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南?？?571101)

雜草是指妨礙和干擾人類生產(chǎn)和生活環(huán)境的各種植物類群。雜草由于生存能力強(qiáng)、易繁殖擴(kuò)散、難根除，嚴(yán)重危害了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，一些具有抗除草劑、殺蟲劑和病毒的變性基因在自然界中會(huì)通過(guò)花粉雜交傳播到那些同宗雜草的染色體中去，可能給雜草種群帶來(lái)生物學(xué)上的優(yōu)勢(shì)，從而制造出一些可抗除草劑、殺蟲劑和病毒的“超級(jí)雜草”，給農(nóng)田雜草的防除帶來(lái)新的難題[1]。海南省是我國(guó)唯一的熱帶島嶼省份，具有獨(dú)特、優(yōu)良的地理和氣候條件，豐富的種質(zhì)資源，使其在南繁育種工作中具有不可替代性[2]。大量的育種材料匯集于南繁區(qū)域，在利用南繁優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也造成了潛在的生物安全風(fēng)險(xiǎn)，例如轉(zhuǎn)基因作物向共生雜草基因漂移而導(dǎo)致的雜草化風(fēng)險(xiǎn)等，因而在南繁區(qū)開展轉(zhuǎn)基因作物田間雜草的調(diào)查至關(guān)重要，這將為轉(zhuǎn)基因生物安全評(píng)價(jià)研究提供前期的材料和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

轉(zhuǎn)cry1Ab/cry1Ac基因水稻華恢1號(hào)(TT51)，非轉(zhuǎn)基因水稻明恢63，均由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在海南省三亞市南繁科學(xué)技術(shù)研究院內(nèi)進(jìn)行，土壤質(zhì)地為沙性土，中等肥力，前作水稻10年。當(dāng)茬播種前用農(nóng)用旋耕機(jī)進(jìn)行深耕。2013年12月24日播種，播種前3 d耕整秧田和施基肥、滅螺。秧床施復(fù)合肥(N ∶P2O5∶K2O=15 ∶15 ∶15)300 kg/hm2，過(guò)磷酸鈣300 kg/hm2，尿素112.5 kg/hm2。采用濕潤(rùn)秧田育秧方法，2.1葉以前干濕狀態(tài)管理，2.1葉灌沒(méi)秧廂面水，施斷奶肥，施尿素52.5 kg/hm2。2014年1月28日移栽。小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)置，分為3個(gè)處理：轉(zhuǎn)基因水稻、非轉(zhuǎn)基因水稻、空白對(duì)照，各3次重復(fù)。小區(qū)面積為9 m2(2 m×4.5 m)，水稻株距16 cm，行距26 cm，每蔸插1粒谷秧。整個(gè)生長(zhǎng)期間進(jìn)行常規(guī)水肥和病蟲害管理。

1.3 調(diào)查方法

每個(gè)小區(qū)以對(duì)角線5點(diǎn)取樣法選取樣方，每點(diǎn)面積為1 m2(1 m×1 m)，從2014年2月28日起，每隔20 d詳細(xì)記錄生育期內(nèi)每樣點(diǎn)雜草種類、株數(shù)，共計(jì)6次。運(yùn)用田間均度、頻度、密度等參數(shù)處理調(diào)查數(shù)據(jù)[3-4]。相關(guān)計(jì)算公式如下。

田間均度(uniformity，U)=某雜草在田塊中出現(xiàn)的樣方數(shù)/調(diào)查田塊總樣方數(shù)×100%；田間頻度(frequency，F(xiàn))=某雜草出現(xiàn)的田塊數(shù)/總調(diào)查田塊數(shù)×100%；田間密度(meticulous density，MD)=某雜草在各調(diào)查田塊的平均密度和/調(diào)查田塊數(shù)，株/m2；相對(duì)均度(relative uniformity，RU)=某雜草均度/各種雜草的均度和×100%；相對(duì)密度(relative density，RD)=某雜草平均密度/各種雜草密度之和×100%；相對(duì)頻度(relative frequency，RF)=某雜草頻度/各種雜草頻度之和×100%；相對(duì)多度(relative abundance，RA)=某雜草相對(duì)均度+相對(duì)密度+相對(duì)頻度，可以體現(xiàn)雜草的豐富程度。

2 結(jié)果與分析

從表1可以看出，轉(zhuǎn)基因水稻田中主要雜草包括19種，隸屬11科；莎草科雜草主要有4種，占21.05%；禾本科雜草3種，占15.79%；千屈菜科、旋花科、菊科雜草各2種，分別占10.53%；莧科、蓼科、馬鞭草科、豆科、大戟科、玄參科雜草各1種，分別占5.26%。密度參量從高到低的前10位雜草分別為空心菜、牛毛氈、水莧菜、水莎草、千金子、牛筋草、碎米莎草、蓮子草、水蓼、鱧腸，其密度分別為30、15、15、12、12、10、6、6、6、5株/m2。其中優(yōu)勢(shì)雜草為空心菜、牛毛氈、水莎草、蓮子草、水莧菜、千金子，相對(duì)多度分別為37.58%、28.51%、26.24%、21.70%、21.62%、20.84%；亞優(yōu)勢(shì)雜草為牛筋草、葉下珠、節(jié)節(jié)菜、鱧腸、碎米莎草、水蓼、稗、水虱草，相對(duì)多度分別為17.02%、14.88%、14.08%、14.05%、13.99%、13.99%、10.23%、10.05%；一般雜草包括野茼蒿、圓葉牽牛、豬屎豆、野甘草、假馬鞭草，相對(duì)多度分別為8.67%、6.84%、6.84%、6.84%、6.03%(表1)。

從表2可以看出，非轉(zhuǎn)基因水稻田主要雜草包括17種，隸屬10科。莎草科、禾本科雜草各4種，分別占23.53%；旋花科雜草2種，占11.76%；千屈菜科、菊科、莧科、玄參科、大戟科、馬鞭草科、蓼科雜草各1種，分別占5.88%。密度參量從高到低排序前10位的雜草分別為空心菜、水莎草、牛毛氈、牛筋草、水莧菜、馬唐、水蓼、蓮子草、千金子、碎米莎草，其密度分別為33、15、15、12、12、10、10、7、6、5株/m2。其中優(yōu)勢(shì)雜草為空心菜、水莎草、牛毛氈、蓮子草、水莧菜，相對(duì)多度分別為40.14%、29.83%、29.83%、24.11%、21.70%；亞優(yōu)勢(shì)雜草為水蓼、牛筋草、千金子、葉下珠、馬唐、鱧腸、碎米莎草、水虱草、稗，相對(duì)多度分別為19.50%、18.39%、15.76%、15.27%、15.17%、14.57%、14.16%、10.40%、10.36%；一般雜草包括野甘草、圓葉牽牛、假馬鞭草，相對(duì)多度分別為7.53%、6.64%、6.64%(表2)。

表1 轉(zhuǎn)基因水稻田主要雜草發(fā)生與危害情況

表2 非轉(zhuǎn)基因水稻田主要雜草發(fā)生與危害情況

從表3可以看出，空白對(duì)照田主要雜草包括12種，隸屬8科。莎草科雜草主要有3種，占25%；禾本科、旋花科雜草各2種，分別占16.67%；菊科、莧科、千屈菜科、大戟科、玄參科雜草各1種，分別占8.33%。密度參量從高到低排序，前10位雜草分別為空心菜、水莧菜、水莎草、碎米莎草、蓮子草、鱧腸、牛筋草、馬唐、葉下珠、水虱草，其密度分別為24、9、8、6、5、4、3、3、3、1株/m2。其中優(yōu)勢(shì)雜草為空心菜、水莎草、水莧菜、碎米莎草、蓮子草、鱧腸，相對(duì)多度分別為60.28%、36.76%、34.98%、33.80%、29.11%、23.25%；亞優(yōu)勢(shì)雜草為馬唐、葉下珠、牛筋草、水虱草、圓葉牽牛，相對(duì)多度分別為16.46%、16.46%、15.33%、12.37%、11.73%；一般雜草包括野甘草，相對(duì)多度為9.46%(表3)。

表3 空白對(duì)照田主要雜草發(fā)生與危害情況

綜合表1、表2、表3可以發(fā)現(xiàn)，除了馬唐，轉(zhuǎn)基因水稻田的優(yōu)勢(shì)雜草(空心菜、牛毛氈、水莎草、蓮子草、水莧菜、千金子)和亞優(yōu)勢(shì)雜草(牛筋草、葉下珠、節(jié)節(jié)菜、鱧腸、碎米莎草、水蓼、稗、水虱草)的種類與非轉(zhuǎn)基因水稻(優(yōu)勢(shì)雜草：空心菜、水莎草、牛毛氈、蓮子草、水莧菜；亞優(yōu)勢(shì)雜草：水蓼、牛筋草、千金子、葉下珠、馬唐、鱧腸、碎米莎草、水虱草、稗)和空白對(duì)照(優(yōu)勢(shì)雜草：空心菜、水莎草、水莧菜、碎米莎草、蓮子草、鱧腸；亞優(yōu)勢(shì)雜草：馬唐、葉下珠、牛筋草、水虱草、圓葉牽牛)基本相同。

從表4可以看出，水稻田(轉(zhuǎn)基因水稻和非轉(zhuǎn)基因水稻)中各優(yōu)勢(shì)雜草(空心菜、水莎草、蓮子草、水莧菜、碎米莎草、鱧腸)的危害程度明顯低于空白對(duì)照；除了千金子，轉(zhuǎn)基因水稻田中的優(yōu)勢(shì)雜草(空心菜、牛毛氈、水莎草、蓮子草、水莧菜、碎米莎草、鱧腸)的危害程度均略低于對(duì)應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因水稻。

3 結(jié)論與討論

轉(zhuǎn)基因作物向雜草基因漂移導(dǎo)致的雜草化問(wèn)題是轉(zhuǎn)基因生物安全研究的一個(gè)重要方面，有研究稱將耐除草劑的轉(zhuǎn)基因油菜籽和雜草一起培育可產(chǎn)生耐除草劑的雜草[5]；抗除草劑基因可由轉(zhuǎn)基因小麥轉(zhuǎn)移至鄰近的圓柱山羊草(Aegilopscylindrica)[6]。關(guān)于轉(zhuǎn)Bt殺蟲晶體蛋白基因水稻潛在的生態(tài)危險(xiǎn)性，已引起生態(tài)學(xué)家、生物學(xué)家和農(nóng)學(xué)家們的密切關(guān)注，這方面的研究已成為熱點(diǎn)[7]。南繁區(qū)作為全國(guó)育種的“大染缸”，對(duì)其轉(zhuǎn)基因生物安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與控制更應(yīng)該引起注意。因此在南繁區(qū)抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻的雜草化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，對(duì)其田間雜草種類與發(fā)生量的調(diào)查就顯得頗為重要。

表4 優(yōu)勢(shì)雜草在轉(zhuǎn)基因水稻、非轉(zhuǎn)基因水稻和空白對(duì)照田中的危害情況

本試驗(yàn)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因水稻田的優(yōu)勢(shì)雜草、亞優(yōu)勢(shì)雜草的種類與非轉(zhuǎn)基因水稻田基本相同，該研究與孫強(qiáng)等關(guān)于抗蟲棉與普通棉之間的雜草種類均不存在顯著性差異的結(jié)論[8-9]一致，說(shuō)明抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)田間雜草群落無(wú)明顯影響。但是在南繁區(qū)的轉(zhuǎn)基因生物安全方面，轉(zhuǎn)基因水稻田的共生雜草種類豐富，存在抗性基因漂移的可能，但其危害程度略低于對(duì)應(yīng)非轉(zhuǎn)基因水稻，推測(cè)轉(zhuǎn)基因漂移到雜草受體的程度和數(shù)量可能會(huì)低于對(duì)應(yīng)非轉(zhuǎn)基因水稻，結(jié)果還需要進(jìn)一步的試驗(yàn)證實(shí)；此外，抗性基因可能對(duì)共生雜草的發(fā)生量有一定的抑制作用，但此猜想未獲得證實(shí)，關(guān)于機(jī)制方面尚需更進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

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