不同生境下转Bt基因棉花的适合度

摘要

转基因植物的商业化种植产生了巨大的经济和社会效益，但随之而来的生态安全问题引起了全世界人民的关注。转基因植物的适合度是评价其对生态环境影响的重点内容之一。理论上讲，外源基因赋予转基因植物新性状，在特定环境条件下不仅可能带来适合度优势，也可能带来适合度成本。随着转基因植物商业化规模的不断扩大，其进入自然生态系统的可能性也越来越大。目前，关于转基因植物在农田状态下的适合度研究已有不少报道，但对于转基因植物在一些野生或半野生的自然环境条件下适合度的研究还很少，转基因植物在自然环境中能否长期生存和繁衍，外源基因的插入如何影响转基因植物的适合度还没有得到深入的研究。
　　本论文选取棉花作为材料，于2014年和2015年研究了转Bt基因棉花和非转基因棉花在不同生存环境下的适合度表现，以及在不同生存环境下外源Bt基因的表达行为。在南京市横溪四块试验地涉及农田生态系统、半农田半自然生态系统以及自然生态系统三种类型。四块实验地中，平顶地土壤肥力条件最接近普通农田水平，棉花生长过程中按照农田管理方式进行管理，代表农田生态系统。草地土壤有机质含量高，但其他矿物质元素含量较少，杂草覆盖严重;灌木地土壤含水量和肥力极低，杂草较少，容易发生水土流失，这两个试验地都属于自然生态系统，棉花移栽后不进行任何人工管理。斜坡土壤肥力居于平顶地和灌木、草地之间，有杂草，但覆盖程度小于草地，且棉花移栽时施加少量底肥，棉花移栽后不进行任何人工管理，故斜坡代表半农田半自然生态系统。由于试验地周围数公里都属于非棉区，所以没有棉花常见害虫，靶标害虫和非靶标虫压均比较低。在实验中适合度相关测定指标包括棉花株高、分枝数、地上生物量以及种子产量;外源Bt基因表达行为方面测定了Bt基因相对内参基因的表达倍数，以及相应外源蛋白的含量。
　　结果显示:相同生长环境下，转Bt基因棉花和非转基因棉花在株高、分枝数以及地上生物量上不存在显著差异;在不同生长环境条件下，同一种类棉花的适合度表现有显著差异，在棉花株高、分枝数以及地上生物量上，农田生态系统显著高于半农田半自然生态系统，半农田半自然生态系统显著高于自然生态系统;自然生态系统中遭受不同胁迫的环境下，同一种类棉花株高、分枝数也表现出显著差异。在种子产量上，相同环境条件下转Bt基因棉花和非转基因棉花没有显著差异，而不同的生长环境对种子产量具有显著影响，在自然生态系统中棉花种子产量非常低，绝大多数棉花没有产生种子。低虫压下，转Bt基因棉花和非转基因棉花适合度在相同生长环境中没有显著差异，而不同生长环境会显著影响同种棉花适合度。
　　在Bt基因转录水平上:随着转Bt基因棉花生长进程推进，其叶片Bt基因的转录水平呈现下降趋势;在相同生育时期，农田生态系统转Bt基因的转录水平显著高于半农田半自然生态系统以及自然生态系统。Bt蛋白含量上:农田生态系统显著高于半农田半自然生态系统，半农田半自然生态系统显著高于自然生态系统，但随着生育时期的推进，Bt蛋白含量并没有统一上升或是下降趋势。农田生态系统中蛋白表达水平随着Bt基因的转录水平下降而下降，而半农田半自然生态系统以及自然生态系统Bt基因转录水平虽然也呈下降趋势，但除草地自然生态系统外，蛋白含量都没有表现出下降趋势。转Bt基因棉花的转录水平以及蛋白表达水平在农田生态系统显著相关，在另外两种环境下并没有明显相关性。
　　本研究结果表明:转Bt基因棉花的适合度效应会受到环境条件的显著影响，但是，在靶标害虫和非靶标害虫的虫压低、有杂草覆盖、肥力低、干旱等自然环境条件下，转研基因棉花的生态适合度与对照之间无显著差异。此外，外源Bt基因的转录和翻译的表达行为也会受到环境条件的显著影响。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1 转基因植物的研究和开发现状

1．1 全世界转基因植物研究和发展状况

1．2 中国转基因技术研究和发展现状

2 转基因植物可能产生的环境风险及其评价方法

2．1 转基因植物可能产生的环境风险

2．2 转基因植物环境风险评估方法

3 转基因植物的生态适合度评价

3．1 生态适合度定义

3．2 生态适合度研究方法

4 转基因植物生态适合度研究现状

4．1 抗虫性状转基因植物

4．2 抗除草剂性状转基因植物

4．3 其它性状转基因植物

4．4 小结

5 研究意义和内容

第二章 材料与方法

1 材料

2 试验点

3 测定指标和方法

3．1 病虫害调查

3．2 棉花生物学特征的测定

3．3 Bt蛋白含量的检测

3．4 外源基因转录的测定

4 数据处理

第三章 转Bt基因棉花在不同环境条件下的生物学特征

1 植株高度

1．1 2014年

1．2 2015年

2 分枝数量

3 地上生物量

3．1 2014年

3．2 2015年

4 种子重量

4．1 2014年

4．2 2015年

5．综合适合度指标

5．1 转Bt基因棉花相对非转基因棉花

5．2 不同试验地

6 讨论

第四章 转Bt基因棉花在不同环境条件下外源Bt基因的转录和表达特征

1 转录水平分析

1．1 2014年Bt基因转录水平

1．2 2015年Bt基因转录水平

1．3 讨论

2 转Bt基因棉花叶片外源Bt蛋白表达水平分析

2．1 2014年Bt蛋白含量

2．2 2015年Bt蛋白含量

2．3 讨论

3 不同环境条件下转Bt基因棉花外源历基因转录水平与蛋白表达水平之间的相关性

3．1 2014年

3．2 2015年

3．3 讨论

4 小结

第五章 总结

1 总结

1．2 转Bt基因棉花在不同环境条件下外源Bt基因转录和表达特性

2 全文创新点

参考文献

致谢