抗虫棉抗性变化及产量探索范文

自我国首个国产转基因抗虫棉晋棉26号于1998年在山西省诞生以来[1],山西省的转基因抗虫棉生产发展得到了较快发展。迄今为止,全省已全部种植转基因抗虫棉,抗虫棉品种主要来源于自育(自审)和外引(引种),品种类型主要为常规转基因抗虫棉,杂交抗虫棉仅有少量种植。本研究对山西省棉花区试参试品种的抗虫特性等主要性状进行了多年的跟踪调查,并对调查结果进行详细分析,为山西乃至全国的转基因抗虫棉的安全发展提供一定的科学试验依据。

1试验材料材料来源于2003-2010年共8年间的山西省棉花区试,包括了我国山西、河北、山东、河南、四川、江苏等各省科研单位或种子公司提供的自育或引种材料。本试验每年从山西省区试参试材料中随机取样200g后播种于山西农业科学院棉花研究所农场进行试验。

2检测内容

2.1连锁标记基因抗性检测棉花蕾期用5mmol•L-1卡那霉素水溶液涂抹顶部嫩叶,检测转基因抗虫棉中与抗虫基因连锁的标记基因(NPTII)的表达状况[2]。

2.2材料抗虫性检测供试棉铃虫为购自中国农业科学院棉花研究所植保室室内饲养的初孵幼虫。在棉花蕾期至初花期,每个材料选取上述标记基因检测为阳性的植株10株,每株取1片顶部刚展开的嫩叶,置于玻璃指形管内,每片叶接种棉铃虫1龄幼虫3头,4d后观察叶片被取食情况、幼虫存活与否及其虫体大小,用以评判转基因抗虫棉的抗棉铃虫性能[2]。棉铃虫取食叶片情况分级标准:“1+”表示棉铃虫取食叶片很少,损伤为很少的小孔,表明抗棉铃虫效果很好;“2+”表示棉铃虫取食叶片较上略多,损伤为稍多小孔,表明抗棉铃虫效果较好;“3+”及更多的“+”表示棉铃虫取食叶片较前更多,损伤为更多小孔或成片,表明抗棉铃虫效果较差。各级检测值计算方法:单个参试材料检测抗虫株数为1+、2+的材料数除以该参试材料检测总数。

2.3新病害检测棉花萎蔫综合症(简称“萎蔫症”)是近年来发生的新病害[3],在棉花生长中期调查其发生情况,并在收获时单独采摘以统计其对产量造成的损失。

2.4产量性状检测收获期取样调查棉花铃重、衣分等产量性状以及纤维品质性状。全株采收计产。

3结果分析

3.1转基因抗虫棉标记基因(NPTII)检测参试棉花品系的标记基因检测结果表明,被检测材料NPTII阳性反应株率达80%~100%的材料数占参试材料的百分率由2003年的33.33%逐渐上升到2010年的91.24%,其中2006-2009年升幅度较大,从47.61%上升到78.26%(表1)。NPTII阳性反应株率达100%的材料数占参试材料的百分率更是由2003年的5.56%逐渐上升到2010年的54.29%。说明2003年转基因抗虫棉的标记基因表达较低,纯合度不高,而近年来被检测材料标记基因纯合度越来越高。

3.2转基因抗虫棉的棉铃虫抗虫性检测抗棉铃虫检测结果表明:棉铃虫取食叶片等级1+和2+(即抗虫很好与抗虫较好的全部抗虫材料)的检测值≥50%的材料比例由2003年的94.44%逐年下降到2010年的62.86%,其中2008年只有40.91%;1+和2+的检测值80%~100%的材料比例也由55.56%下降到22.86%,其中2009年只有8.70%;1+和2+的检测值能达到100%的由2003年的22.22%下降到2010年的5.71%,其中2008年、2009年检测值为0(表2)。

3.3棉铃虫存活率检测对参试材料的棉铃虫存活率检测结果可知,喂饲4d时棉铃虫在其上存活的株率≥70%的材料数所占比例由2004年的6.8%上升到2010年的62.5%;而无虫株材料比例在2003年为27.77%,之后不断下降,2007年后则一直为0(表3)。这说明参试材料抗棉铃虫综合效果是在由较高水平逐年向较低水平发展。在检测参试材料的同时,另取部分大田生产主栽品种进行检测,其检测结果与参试材料趋势基本相同。

3.4转基因抗虫棉新病害检测及其对产量影响近年来,一种新病害即棉花萎蔫综合症在转基因抗虫棉田发生。发生萎蔫症的棉株棉铃发育迟缓,内容物淀积极不正常,吐絮不畅,棉花产量受严重影响。2010年调查的40个材料中,发病材料有31个,发生萎蔫症的材料占参试材料的77.5%;萎蔫症发病株率为2.6%~68.6%。当萎蔫症发病株率10%~20%时,皮棉减产37.42%~27.84%,但也有33.3%的材料增产(产量形成是多种因素,少部分材料发病却增产,可能与品种本身生产能力强有关);当萎蔫症发病株率在30%~70%时,所有材料都减产,减产比例达39.20%~71.71%,呈现发病株率越高减产比例越大的趋势(表4)。3.5转基因抗虫棉产量性状分析对山西省多年区试抗虫棉产量结果分析表明,在2004-2010年,参试转基因抗虫棉材料的平均产量逐年升高(图1),最高值2004年为1218kg•hm-2,2005年为2054kg•hm-2,2009年达2574kg•hm-2,2010年最高值为2395kg•hm-2。从参试材料看,常规转基因棉花产量已维持在较高水平。近年也有少量杂交转基因抗虫棉参加区试,与常规抗虫棉相比,增产幅度并不是很大。参试材料平均铃重:2004-2010年为4.0~7.0g(图2),2010年极值达7.5g。但是衣分变化幅度不大,不同参试材料的衣分保持在35%~40%。

4讨论

2003年以来的山西省棉花区试参试材料考察结果说明:首先,在山西省参加区试的材料中,来自外省的材料经常占到1/3左右,因此,本文的结果在一定程度上应能反映北方棉区的现状。其次,我国棉花产量已维持在较高水平,国产转基因抗虫棉研发速度很快,棉花产量水平提高幅度较大。另外,抗虫棉品种的萎蔫综合症发生严重,如何预防这一病害的发生仍需深入研究。从本实验结果来看,转基因棉花携带的标记基因纯合度提高较快,但由于对携带的抗棉铃虫目的基因选择压力严重不够,导致抗虫棉的抗虫能力呈下降趋势。因此,对于转基因抗虫棉新品种选育,除了以抗性标记基因作为田间选育抗虫棉方法外,更应注重提高抗虫基因的选育水平,二者紧密结合,以保证选育抗虫棉抗虫性水平的稳定,从而避免以标记基因作为抗虫棉选育依据造成抗虫棉抗性的下降。此外,新的复合性状转基因棉花是转基因棉花育种的发展趋势[4],在这一背景下,需不断挖掘新的抗主要害虫、抗除草剂、抗病等基因,并将多个外源基因组装在一起,采用新的快速、简便、高效方法进行转化,加快选育新型的转基因棉花,从而提高转基因抗虫棉生产的效率和拓宽抗虫棉的抗虫性能。