南繁地區(qū)篩網(wǎng)用于轉(zhuǎn)基因玉米種植隔離距離控制條件的研究

譚燕華 謝翔 周霞 易小平 霍姍姍 張麗麗 曹揚(yáng) 趙輝 郭安平

摘? 要：篩網(wǎng)作為控制基因漂移的物理隔離屏障早已應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，然而一直缺乏可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)供選擇。因此，本研究使用篩網(wǎng)作為隔離措施，研究南繁地區(qū)轉(zhuǎn)基因玉米基因漂移距離的控制條件，研究期為2 a，分別在2個(gè)南繁季節(jié)和2個(gè)南繁地點(diǎn)進(jìn)行。結(jié)果顯示：在基因漂移閾值為0.1%的條件下，250目的篩網(wǎng)在高度高于種植的玉米2.5 m時(shí)，可有效地將花粉漂移距離控制在20～30 m，大大縮短了轉(zhuǎn)基因玉米安全監(jiān)管規(guī)定的隔離距離，這對(duì)于農(nóng)用土地越來越少的南繁基地是非常有利的。本研究結(jié)果也可適用于南繁地區(qū)常規(guī)玉米制種過程的基因漂移風(fēng)險(xiǎn)控制。

關(guān)鍵詞：篩網(wǎng);轉(zhuǎn)基因玉米;基因漂移;隔離控制;南繁

中圖分類號(hào)：S513? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Using Screen Mesh to Control the Isolation Distance of Transgenic Maize Planted in Off-Season Reproduction Regions

TAN Yanhua， XIE Xiang， ZHOU Xia， YI Xiaoping， HUO Shanshan， ZHANG Lili， CAO Yang，

ZHAO Hui， GUO Anping*

Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Hainan Key Laboratory for Biosafety Monitoring and Molecular Breeding in Off-Season Reproduction Regions， Haikou， Hainan 571101， China

Abstract： Screen mesh has been used as a physical barrier isolation material to control the pollen flow in agricultural production for a long time， but there has been little reliable experimental data for the application. A physical isolation facility using screen mesh to isolate transgenic maize from non-transgenic maize was studied for two seasons 2015 and 2016. and at two different planting areas in Hainan Island. Screen mesh with 250 mesh and height of 2.5 m above the height of transgenic maize was good enough to prevent pollen flow at a critical distance of 20–30 m， when the threshold valve of genetic drift rate was set as 0.1%， which greatly shortened the isolation distance stipulated by the safety control of GM maize， and this was quite beneficial for Off-Season breeding due to the dwindling agricultural land. The study is also applicable to the gene flow risk control of traditional crops in Off-Season breeding areas during seed production process.

Keywords： screen mesh; transgenic maize; genetic drift; isolation control; Off-Season breeding

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.05.002

海南省南部的三亞、樂東、陵水三市縣及周邊地區(qū)為典型的熱帶氣候，為動(dòng)植物周年生長繁殖提供了優(yōu)越的生態(tài)條件，吸引著全國各地的科技工作者來開展農(nóng)作物反季節(jié)育種、繁殖和生產(chǎn)工作，以三亞、陵水、樂東等地為核心區(qū)構(gòu)成的南繁區(qū)域已經(jīng)成為我國重要的育種基地，而隨著海南南部可用耕地的減少，南繁區(qū)域逐漸北移，臨高、文昌等地也開始進(jìn)駐南繁單位。目前全國已有29個(gè)省、市、自治區(qū)開展南繁育種工作，每年冬季約有700多家科研單位、種子企業(yè)進(jìn)駐南繁，駐點(diǎn)南繁的科技人員每年有5000多人，部分年份多達(dá)上萬人。近年來，隨著轉(zhuǎn)基因作物研究開發(fā)的飛速發(fā)展，我國的轉(zhuǎn)基因作物新品種培育工作也快速發(fā)展，進(jìn)入南繁地區(qū)的轉(zhuǎn)基因材料日益增多。鑒于南繁的特殊性，南繁地區(qū)的轉(zhuǎn)基因生物安全備受關(guān)注。轉(zhuǎn)基因作物的外源基因如果在南繁地區(qū)漂移至其他種質(zhì)材料，就可能迅速擴(kuò)散到全國各地，其潛在風(fēng)險(xiǎn)高于全國其他地區(qū)。如不科學(xué)規(guī)范管理，南繁地區(qū)可能成為外源轉(zhuǎn)基因漂移的“擴(kuò)散源”，勢必影響我國農(nóng)作物生產(chǎn)、生物多樣性保護(hù)和生態(tài)安全。隨著海南國際旅游島的開發(fā)和城市化進(jìn)程加快，南繁基地面臨用地緊張、管理不順等一系列問題。為了使轉(zhuǎn)基因作物和非轉(zhuǎn)基因作物在南繁區(qū)域能夠同時(shí)種植，開展南繁基地轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物安全防控措施技術(shù)研究已成為當(dāng)今轉(zhuǎn)基因生物安全執(zhí)法管理中最緊迫和必須優(yōu)先解決的問題。

玉米是異花授粉植物，風(fēng)媒傳粉，異交率較高。轉(zhuǎn)基因玉米花粉可通過釋放和擴(kuò)散，向其他非轉(zhuǎn)基因玉米或近緣植物轉(zhuǎn)移或飄落，引發(fā)對(duì)生物多樣性、環(huán)境安全、生態(tài)系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。基因漂移的漂移頻率及擴(kuò)散距離與玉米揚(yáng)花時(shí)期的氣象條件有直接關(guān)系，不同地方研究得出不同的玉米基因漂移距離各不相同，不同研究者得出的結(jié)果差別較大[1-5]，而花期隔離的天數(shù)6 d以上時(shí)，基因漂移距離將明顯縮短[6]。目前，對(duì)玉米基因漂移的控制措施主要是空間隔離、時(shí)間隔離和物理屏障隔離等。有關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)隔離距離的具體規(guī)定各不相同，SCIMAC（Supply Chain Initiative on Modified Agricultural Crops）規(guī)定飼用玉米制種時(shí)的隔離距離為80 m，甜玉米為200 m[7];OECD（Organization for Economic Co-operation and Dev el o pment）規(guī)定玉米制種時(shí)的隔離距離為200 m[8]。在我國目前農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全監(jiān)管配套規(guī)章中，推薦的玉米空間隔離距離為300 m，花期隔離為30 d[5]。物理屏障隔離包括自然屏障隔離、高桿作物隔離和隔離布隔離等，其中隔離篩網(wǎng)或隔離布作為防控屏障一直是中國小面積制種或育種中應(yīng)用最為普遍的防控外源基因漂移的屏障技術(shù)。研究表明，隔離布能降低轉(zhuǎn)基因水稻花粉向非轉(zhuǎn)基因水稻漂移的風(fēng)險(xiǎn)[9]。一方面，由于進(jìn)駐南繁的單位多而可用耕地面積越來越緊張，制約了空間隔離的條件;另一方面，南繁季節(jié)性明顯、時(shí)間有限，進(jìn)行花期隔離勢必影響到生產(chǎn)的需求，因此許多南繁單位多采取簡便易行的物理屏障隔離的控制措施，但其防止基因漂移的真實(shí)效果目前尚沒有系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，有必要對(duì)屏障的隔離效果進(jìn)行試驗(yàn)分析，以豐富基因漂移的研究成果，為轉(zhuǎn)基因作物的商業(yè)化生產(chǎn)中隔離措施的應(yīng)用和效果評(píng)估提供依據(jù)，同時(shí)為生產(chǎn)中的繁殖、制種的隔離措施的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

本研究以我國自主研發(fā)的轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米[10]為材料，選擇篩網(wǎng)為隔離設(shè)施，研究小面積種植轉(zhuǎn)基因玉米基因漂移的控制條件，建立一套高效、簡便且能夠?yàn)槟戏钡貐^(qū)轉(zhuǎn)基因玉米在轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)化體、相關(guān)材料的田間試驗(yàn)操作過程中控制基因玉米基因漂移的控制技術(shù)與操作規(guī)范;在基因漂移率為0.1%許可條件下，期望能夠?qū)⑥D(zhuǎn)基因玉米與非轉(zhuǎn)基因玉米種植的隔離距離降低到20～30 m之間[11]，減少原先的大時(shí)空隔離（300 m空間間隔、30 d以上時(shí)間間隔）對(duì)土地的浪費(fèi)，提高育種工作的效率與產(chǎn)出。

1? 材料與方法

1.1? 材料

在研究玉米基因漂移時(shí)一般選擇種子顏色作為標(biāo)記[12-16]，玉米胚乳的黃色對(duì)白色為顯性[17]。本研究采用轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米品種作為轉(zhuǎn)基因材料，該品種為黃色籽粒，由北京奧瑞金種業(yè)股份有限公司提供;白色籽粒的常規(guī)玉米金科糯2000被作為非轉(zhuǎn)基因玉米花粉受體材料，購于海南綠川種苗有限公司。

1.2? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015—2016年的南繁季節(jié)在南繁核心區(qū)和非南繁核心區(qū)2個(gè)地方開展了轉(zhuǎn)基因玉米花粉的基因漂移防控試驗(yàn)。南繁核心區(qū)為三亞市樂東黃流鎮(zhèn)（108°47′51″ E，18°31′27″ N）、非南繁核心區(qū)為文昌市邁號(hào)鎮(zhèn)（110°45′42″ E，19°32′18″ N），2個(gè)地方都分別進(jìn)行了2次試驗(yàn)。試驗(yàn)地周邊均為非玉米種植區(qū)，樂東黃流鎮(zhèn)試驗(yàn)地周邊主要種植水稻、瓜菜等農(nóng)作物;文昌市邁號(hào)鎮(zhèn)試驗(yàn)地周邊主要為椰樹林、荒地。

本研究采用篩網(wǎng)作為物理隔離措施來控制外源基因漂移。試驗(yàn)所用的篩網(wǎng)孔徑分別為150、200、250目;同時(shí)以篩網(wǎng)高度高于轉(zhuǎn)基因玉米植株的相對(duì)高度1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 m來進(jìn)行隔離高度控制試驗(yàn)。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)為105 m× 105 m，在中央（5 m×5 m）種植轉(zhuǎn)基因玉米，其余面積種植常規(guī)玉米（圖1）。播種后按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)的水肥管理;為使轉(zhuǎn)基因玉米和常規(guī)玉米花期相遇，轉(zhuǎn)基因玉米分別在常規(guī)玉米種植的前7 d、同一天、后7 d分3批種植。在開花前將轉(zhuǎn)基因玉米用不同目數(shù)、不同高度的網(wǎng)篩隔離起來，上不封頂。同時(shí)設(shè)置1個(gè)相同種植面積的對(duì)照小區(qū)（CK），種植方法相同，但中間的轉(zhuǎn)基因玉米在整個(gè)生育期不用防蟲網(wǎng)隔離。為防止各小區(qū)之間發(fā)生傳粉，在玉米揚(yáng)花期用6 m高透明薄膜將不同小區(qū)隔離。

圖中間的小正方形為5 m×5 m轉(zhuǎn)基因玉米種植區(qū)，其余面積種植常規(guī)玉米。玉米成熟后分別延轉(zhuǎn)基因玉米的東南、東北、西南、西北4個(gè)方向收集玉米果穗。

The small square in the middle of the picture is the genetically modified （GM） maize planting area， and the rest area is planted with conventional maize. After maturation， maize ears were collected along four directions （i.e.， southeast， northeast， southwest and northwest） of GM maize respectively.

1.3? 氣象數(shù)據(jù)

在玉米生長期用便攜式氣象站（Watchdog 2900ET，UAS）記錄風(fēng)速和方向。瞬時(shí)風(fēng)速記錄精度為±0.8 m/s，數(shù)據(jù)記錄器每15 min存儲(chǔ)一次氣象數(shù)據(jù)的平均值[15]。

1.4? 玉米花粉擴(kuò)散頻率與距離

在玉米進(jìn)入成熟期后，分別沿轉(zhuǎn)基因玉米的東南、東北、西南、西北4個(gè)方向，在離轉(zhuǎn)基因玉米1、3、5、10、15、20、25、30、40、50 m處隨機(jī)各收取20個(gè)常規(guī)玉米果穗（第1果穗）[18]，分別計(jì)數(shù)黃色和白色種子數(shù)，計(jì)算基因（花粉）漂移頻率。

漂移頻率=（調(diào)查株果穗黃色籽粒數(shù)/調(diào)查株果穗總籽粒數(shù)）100%

同時(shí)，記錄每個(gè)方位花粉擴(kuò)散的最遠(yuǎn)距離，以計(jì)算平均擴(kuò)散距離。根據(jù)基因漂移率1%或0.1%的臨界閾值來分析最遠(yuǎn)基因漂移距離。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 非南繁核心區(qū)篩網(wǎng)隔離條件下轉(zhuǎn)基因玉米花粉擴(kuò)散的最遠(yuǎn)距離

非南繁核心區(qū)文昌地區(qū)第1次試驗(yàn)玉米種植于2015年1月，玉米揚(yáng)花期在2015年3月。此時(shí)的風(fēng)向主要為東南風(fēng)，77.3%的風(fēng)速為1.6～ 3.3 m/s，最大風(fēng)速為9.6 m/s（表1，圖2A）。在基因漂移閾值為1%時(shí)，3種孔徑篩網(wǎng)150、200、250目的隔離效果都較好，轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移最遠(yuǎn)距離都在1 m內(nèi)。沒有隔離設(shè)施的對(duì)照（CK）的最遠(yuǎn)漂移距離在下風(fēng)方向（西北方向），為10 m。當(dāng)基因漂移閾值為0.1%時(shí)，對(duì)照的最遠(yuǎn)漂移距離在2個(gè)下風(fēng)方向（NW、NE）都超過了50 m，而在3種孔徑篩網(wǎng)隔離條件下，花粉漂移最遠(yuǎn)距離都在3～5 m范圍內(nèi)（表2，文昌1）。此次試驗(yàn)轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移距離和頻率不大，這可能與揚(yáng)花期主要為雨天有關(guān)，因此花粉都漂移不遠(yuǎn)。

第2次試驗(yàn)材料種植于2015年11月，玉米揚(yáng)花期在2016年1月。受強(qiáng)冷空氣影響，氣溫大幅降溫且風(fēng)速增大，此時(shí)的風(fēng)向主要是東北風(fēng)，78.7%的風(fēng)速為3.4～7.9 m/s，最大風(fēng)速達(dá)18.3 m/s（表1，圖2B）。受大風(fēng)影響，此次試驗(yàn)轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移距離和頻率均大于第1次試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)基因漂移閾值為1%時(shí)，在150、200目篩網(wǎng)隔離條件下，轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移最遠(yuǎn)距離為3～ 5 m;250目篩網(wǎng)隔離條件下轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移最遠(yuǎn)距離為1～3 m，沒有隔離設(shè)施的對(duì)照（CK）花粉漂移最遠(yuǎn)距離為5～10 m;而當(dāng)閾值為0.1%時(shí)，150、200目篩網(wǎng)隔離條件下轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移最遠(yuǎn)距離為40 m，250目篩網(wǎng)隔離條件下為15～20 m，而CK的最遠(yuǎn)漂移距離在各個(gè)風(fēng)向都超過了50 m（表2，文昌2）。

2.2? 南繁核心區(qū)篩網(wǎng)隔離條件下轉(zhuǎn)基因玉米花粉擴(kuò)散的最遠(yuǎn)臨界距離

本研究同時(shí)在南繁核心區(qū)域樂東進(jìn)行了篩網(wǎng)隔離條件下轉(zhuǎn)基因玉米花粉向常規(guī)玉米擴(kuò)散的最遠(yuǎn)臨界距離試驗(yàn)。第1次試驗(yàn)材料種植于2015年11月，玉米揚(yáng)花期在2016年1月，試驗(yàn)期間平均溫度高于同一時(shí)期文昌地區(qū)，此時(shí)的風(fēng)向主要為西南風(fēng)，風(fēng)速主要在0.3～1.5 m/s之間，最大風(fēng)速為7.2 m/s，西南風(fēng)（表1，圖2C）。當(dāng)閾值為1%時(shí)，在150目篩網(wǎng)隔離條件下，轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移最遠(yuǎn)距離為20～25 m;200目的花粉漂移最遠(yuǎn)距離為10～15 m;在250目篩網(wǎng)隔離條件下轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移最遠(yuǎn)距離為3～5 m，CK花粉漂移最遠(yuǎn)距離為30 m;而當(dāng)閾值為0.1%時(shí)，在CK、150目、200目篩網(wǎng)隔離條件下轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移最遠(yuǎn)距離在各個(gè)風(fēng)向均超過50 m，在250目篩網(wǎng)隔離條件下轉(zhuǎn)基因玉米花粉向常規(guī)玉米漂移最遠(yuǎn)距離為15～20 m（表2，樂東1）。

本研究在完成第1次試驗(yàn)后，在同一塊試驗(yàn)地進(jìn)行了第2次重復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)材料種植于2016年3月，玉米揚(yáng)花期在2016年4月底到5月初，試驗(yàn)期間平均溫度高于文昌地區(qū)，此時(shí)的風(fēng)向主要為東北風(fēng)，風(fēng)速主要在1.6～3.3 m/s之間，最大風(fēng)速為13.4 m/s，其次為東南風(fēng)，西北風(fēng)（表1，圖2D）。當(dāng)閾值為1%時(shí)，在150目篩網(wǎng)隔離條件下，轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移最遠(yuǎn)距離為20～25 m;200目的花粉漂移最遠(yuǎn)距離為15～20 m;在250目篩網(wǎng)隔離條件下，下風(fēng)方向轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移最遠(yuǎn)距離為10～15 m，逆風(fēng)方向?yàn)?～3 m;CK花粉漂移最遠(yuǎn)距離下風(fēng)方向30 m，逆風(fēng)方向?yàn)?5 m。而當(dāng)閾值為0.1%時(shí)，在CK、150目篩網(wǎng)隔離條件下轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移最遠(yuǎn)距離在各個(gè)風(fēng)向均超過50 m，在200目篩網(wǎng)隔離條件下轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移最遠(yuǎn)距離大于40 m;在250目篩網(wǎng)隔離條件下轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移最遠(yuǎn)距離下風(fēng)方向?yàn)?0～25 m，逆風(fēng)方向?yàn)?～3 m。（表2，樂東2）。

2.3? 不同高度篩網(wǎng)隔離條件下轉(zhuǎn)基因玉米花粉擴(kuò)散的最遠(yuǎn)臨界距離

本研究在文昌和樂東對(duì)篩網(wǎng)防控轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移的隔離高度進(jìn)行了試驗(yàn)。在前期試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇250目篩網(wǎng)作為研究對(duì)象，分別研究篩網(wǎng)高度高于轉(zhuǎn)基因玉米株高的1.5～3.5 m時(shí)轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移的最遠(yuǎn)臨界距離。非南繁核心區(qū)文昌的試驗(yàn)材料種植于2015年11月，玉米揚(yáng)花期在2016年1月;南繁核心區(qū)樂東的試驗(yàn)材料種植于2016年3月，玉米揚(yáng)花期在2016年4月底到5月初。氣象資料如前所述（表1）。由于環(huán)境因素的影響，2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)種植相同玉米的高度不同，導(dǎo)致實(shí)際隔離高度不一致。因此，以篩網(wǎng)高度減去玉米植株高度作為相對(duì)隔離高度，來研究篩網(wǎng)高度高于轉(zhuǎn)基因玉米植株的適宜高度。文昌生長的玉米株高約為1.5～2.0 m，樂東生長的玉米株高約為2.0～2.5 m，文昌的玉米株高低于樂東生長的玉米株高。因此，雖然選擇了同樣高度的篩網(wǎng)，但是文昌隔離高度控制試驗(yàn)的相對(duì)隔離高度為1.5、2.5、3.5 m，而樂東的相對(duì)隔離高度為2.0、2.5、3.0 m。文昌隔離高度控制試驗(yàn)結(jié)果表明，在基因漂移率閾值為1%的條件下，3個(gè)相對(duì)隔離高度均可將花粉漂移距離控制在3 m以內(nèi)。在0.1%閾值條件下，當(dāng)相對(duì)高度為1.5 m時(shí)，各方向的漂移距離大于40 m;當(dāng)相對(duì)高度為2.5 m時(shí)，各方向的漂移距離可控制在20 m以內(nèi);當(dāng)相對(duì)隔離高度為3.5 m時(shí)，逆風(fēng)（西北和東北）方向的漂移距離可控制在10 m以內(nèi)，而順風(fēng)方向達(dá)到25 m（表3，圖3A，圖3B，圖3C）。樂東隔離高度控制試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)閾值為1%時(shí)，3個(gè)相對(duì)隔離高度在各個(gè)方向均可將花粉漂移距離控制在20 m以內(nèi)。當(dāng)閾值為0.1%時(shí)，在逆風(fēng)方向（東南、東北）3個(gè)相對(duì)隔離高度均可將漂移距離控制在20 m以內(nèi);而順風(fēng)方向，相對(duì)隔離高度為2 m時(shí)，在40 m處仍監(jiān)測到高于0.1%的漂移率;相對(duì)隔離高度為2.5 m時(shí)，可將漂移最遠(yuǎn)距離控制在25 m以內(nèi);相對(duì)隔離高度為3 m時(shí)，在40 m處仍監(jiān)測到高于0.1%的漂移率（表3，圖3D，圖3E，圖3F）。

3? 討論

為了讓轉(zhuǎn)基因作物與非轉(zhuǎn)基因作物共存，有必要在風(fēng)險(xiǎn)控制中引入閾值管理原則[19]，規(guī)定一個(gè)安全的閾值，以確保在一塊給定的農(nóng)田上，轉(zhuǎn)基因作物的存在不影響農(nóng)民自由種植其他任何類型的農(nóng)作物[20]。OECD設(shè)置此閾值為0.9%[21]，但允許成員國在特定的供應(yīng)環(huán)節(jié)采用更低的閾值，如法國貼有“GM-free”標(biāo)簽的閾值設(shè)置為0.1%。我國轉(zhuǎn)基因玉米建議以0.1%的閾值距離作為轉(zhuǎn)基因玉米的安全監(jiān)管底線，玉米的隔離距離應(yīng)在300 m左右[22]。本研究也是基于0.1%的閾值開展試驗(yàn)的。

現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中常常選擇篩網(wǎng)作為控制花粉漂移的隔離材料。篩網(wǎng)作為隔離材料，搭建簡單、方便，為了不影響作物的正常生長和農(nóng)業(yè)管理，可以只在作物的生育期使用，這對(duì)于臺(tái)風(fēng)較多的沿海地區(qū)還可以降低臺(tái)風(fēng)侵襲概率。另外，在生產(chǎn)中還發(fā)現(xiàn)，有篩網(wǎng)隔離收獲的玉米比沒有篩網(wǎng)隔離收獲的玉米受的蟲害要少，產(chǎn)量更高。

250目大小的篩網(wǎng)可以有效地控制轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移的最遠(yuǎn)臨界距離。新鮮玉米花粉近圓形或橢圓形，直徑74.5～85 μm，少數(shù)為100～ 120 μm[23]，本研究選擇150目（106 μm）、200目（75 μm）、250目（58 μm）的篩網(wǎng)作為試驗(yàn)對(duì)象。玉米花粉的擴(kuò)散頻率和距離與玉米揚(yáng)花期時(shí)的天氣有密切關(guān)系，特別是與風(fēng)速有直接的關(guān)系。本研究分別在南繁核心區(qū)樂東和非南繁核心區(qū)文昌對(duì)不同尺寸的篩網(wǎng)控制玉米花粉漂移距離進(jìn)行了為期2年的試驗(yàn)，試驗(yàn)期間兩地風(fēng)速最大達(dá)到了18.3 m/s（文昌）。結(jié)果表明，試驗(yàn)所用各尺寸的篩網(wǎng)可以顯著降低花粉的漂移頻率，并縮小花粉漂移的最遠(yuǎn)距離?；蚱坡书撝禐?%時(shí)，試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)所用篩網(wǎng)均可將花粉漂移的最遠(yuǎn)臨界距離控制在20 m內(nèi);基因漂移率閾值為0.1%時(shí)，150目和200目篩網(wǎng)不能將最遠(yuǎn)漂移距離控制在期望范圍內(nèi)，甚至在平均風(fēng)速較大的樂東地區(qū)，與CK一樣最遠(yuǎn)漂移距離超過50 m;而250目的篩網(wǎng)可以將最遠(yuǎn)臨界距離控制在期望20～ 30 m內(nèi)，大大縮短了隔離距離。由于我國對(duì)轉(zhuǎn)基因的監(jiān)管閾值為0.1%，所以應(yīng)考慮250目以上的篩網(wǎng)來作為轉(zhuǎn)基因玉米基因漂移的隔離防控措施。

250目篩網(wǎng)有效控制玉米花粉漂移的適合高度是高于株高2.5 m。本研究中試驗(yàn)篩網(wǎng)采用Φ32 mm×1.8 mm×6000 mm的活動(dòng)鋼管固定在田間。試驗(yàn)中，分別對(duì)篩網(wǎng)高度高于轉(zhuǎn)基因玉米植株1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 m的相對(duì)高度進(jìn)行了隔離高度控制試驗(yàn)。玉米基因漂移隔離高度試驗(yàn)表明，相對(duì)隔離高度為2 m時(shí)，花粉易于被大風(fēng)從篩網(wǎng)上空帶出來，以至于在較遠(yuǎn)的距離有較大的漂移，特別是在迎風(fēng)方向，基因漂移率為0.1%的閾值時(shí)，最遠(yuǎn)臨界距離甚至超過50 m;相對(duì)隔離高度為3 m時(shí)，由于玉米的株高常常達(dá)到3 m左右，這樣篩網(wǎng)的高度將達(dá)到6 m，試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)這個(gè)高度在大風(fēng)的吹刮下，篩網(wǎng)易于被吹破、吹倒，不利于基因漂移的防控;相對(duì)隔離高度為2.5 m時(shí)，不僅可以有效地將花粉漂移距離控制在本研究期望的范圍內(nèi)，抗風(fēng)能力也強(qiáng)，在2個(gè)試驗(yàn)基地的試驗(yàn)期間氣象條件下，沒有被刮倒過，因此這個(gè)高度是適用于南繁條件下的隔離高度。

南繁地區(qū)是我國重要的育種基地，目前進(jìn)入南繁地區(qū)的轉(zhuǎn)基因玉米材料日益增多，主要是進(jìn)行材料加代和親本擴(kuò)繁，需要的種植面積較小。篩網(wǎng)作為控制基因漂移的物理隔離屏障，早已應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，然而一直缺乏可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)供選擇。本研究針對(duì)我國南繁地區(qū)的氣候地理?xiàng)l件，研究了轉(zhuǎn)基因玉米基因漂移風(fēng)險(xiǎn)控制的條件。在南繁條件下，對(duì)于小面積種植的轉(zhuǎn)基因玉米，在基因漂移率閾值為0.1%的條件下，選擇尺寸為250目、相對(duì)隔離高度為2.5 m的篩網(wǎng)，可以有效地控制轉(zhuǎn)基因玉米花粉漂移的最遠(yuǎn)臨界距離在20～30 m內(nèi)，大大縮短了我國對(duì)轉(zhuǎn)基因玉米安全監(jiān)管規(guī)定的隔離距離，這對(duì)于農(nóng)用土地越來越少的南繁基地是非常有利的。本研究結(jié)果也可以適用于南繁地區(qū)常規(guī)玉米等高桿作物的制種過程的基因漂移風(fēng)險(xiǎn)控制;也可以為南繁地區(qū)其他作物的基因漂移風(fēng)險(xiǎn)控制提供參考。其他地區(qū)轉(zhuǎn)基因玉米與傳統(tǒng)作物玉米共存的小面積種植，需要綜合考慮當(dāng)?shù)氐臍夂?、農(nóng)藝和環(huán)境因素[16， 24]。當(dāng)大面積種植轉(zhuǎn)基因玉米時(shí)，應(yīng)選擇空間隔離300 m左右。

參考文獻(xiàn)

路興波， 孫紅煒， 楊崇良， 等. 轉(zhuǎn)基因玉米外源基因通過花粉漂移的頻率和距離[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 2005（9）： 2450-2453.

Goggi A S， Caragea P， Lopez-Sanchez H， et al. Statistical analysis of outcrossing between adjacent maize grain production fields[J]. Field Crops Research， 2006， 99（2）： 147-157.

Bannert M， Stamp P. Cross-pollination of maize at long distance[J]. European Journal of Agronomy， 2007， 27（1）： 44-51.

Devos Y， Demont M， Dillen K， et al. Coexistence of genetically modified （GM） and non-GM crops in the European Union： a review[J]. Agronomy for Sustainable Development， 2009， 29（1）： 11-30.

敖光明， 王志興， 王旭靜， 等. 主要農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因飄流頻率和距離的數(shù)據(jù)調(diào)研與分析Ⅳ. 玉米[J]. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)， 2011， 13（6）： 27-32.

Della Porta G， Ederle D， Bucchini L， et al. Maize pollen mediated gene flow in the Po valley （Italy）： source-recipient distance and effect of flowering time[J]. European Journal of Agronomy， 2008， 28（3）： 255-265.

Weekes R， Allnutt T， Boffey C， et al. A study of crop-to-crop gene flow using farm scale sites of fodder maize （Zea mays L.） in the UK[J]. Transgenic Research， 2007， 16（2）： 203-211.

OECD. Maize and sorghum seed moving in international trade[R/OL]. 2007. [2019-04-20]. http：//www.oecd.org/ data o ecd/ 41/0/15290084.

周業(yè)嫻， 劉壽東， 胡? 凝， 等. 基于隔離布防護(hù)的水稻冠層上方風(fēng)速分布特征[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2011， 27（21）： 28-31.

Chen R M， Zhang C Y， Yao B， et al. Corn seeds as bioreactors for the production of phytase in the feed industry[J]. Journal of Biotechnology， 2013， 165（2）： 120-126.

Nadal A， Pla M， Messeguer J， et al. Asynchronous flowering or buffer zones： technical solutions for small-scale farming[J]. EuroChoices， 2016， 15（1）： 24-30.

Garcia C， Figueroa M， Gomez L， et al. Pollen control during transgenic hybrid maize development in Mexico[J]. Crop Science， 1998， 38（6）： 1597-1602.

Jemison J J， Vayda M E. Cross pollination from genetically engineered corn： wind transport and seed source[J]. AgBioForum， 2001（2）： 87-92.

Stevens W E， Berberich S A， Sheckell P A， et al. Optimizing pollen confinement in maize grown for regulated products[J]. Crop Science， 2004， 44（6）： 2146-2153.

Goggi A S， Lopez-Sanchez H， Caragea P， et al. Gene flow in maize fields with different local pollen densities[J]. International Journal of Biometeorology， 2007， 51（6）： 493-503.

Hu N， Hu J C， Jiang X D， et al. Establishment and optimization of a regionally applicable maize gene-flow model[J]. Transgenic Research， 2014， 23（5）： 795-807.

Weber D F. Use of maize monosomics for gene localization and dosage studies[M]//Freeling M， Walbot V. The Maize handbook. New York： Springer-Verlag， 1994.

Nascimento V E， de Resende Von Pinho V E， Von Pinho R G， et al. Gene flow on insectresistant genetically modified maize[J]. Pesquisa Agropecuária Brasileira， 2012， 47（6）： 784-790.

王志興， 王旭靜， 賈士榮. 主要農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因飄流頻率和距離的數(shù)據(jù)調(diào)研與分析Ⅰ.背景、調(diào)研目的及所考慮的問題[J]. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)， 2011， 13（3）： 26-29.

Ricci B， Messéan A， Lelièvre A.， et al. Improving the management of coexistence between GM and non-GM maize with a spatially explicit model of cross-pollination[J]. European Journal of Agronomy， 2016， 77： 90-100.

Devos Y， Reheul D， De Schrijver A. The co-existence between transgenic and non-transgenic maize in the European Union： a focus on pollen flow and cross-fertilization[J]. Environmental Biosafety Research， 2005， 4（2）： 71-87..

盧宗志， 江曉東， 張? 明， 等. 玉米花粉擴(kuò)散頻率及距離研究[J]. 玉米科學(xué)， 2012， 20（2）： 149-152.

郭彩玉， 趙念文， 趙字峰. 玉米花粉研究初報(bào)[J]. 東北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 1987（4）： 81-84.

Wang L， Haccou P， Lu B R. High-resolution gene flow model for assessing environmental impacts of transgene escape based on biological parameters and wind speed[J]. PLoS One， 2016， 11（3）： e0149563.