抗虫耐除草剂棉花生存竞争能力研究

李凡等

摘要：本试验对抗虫耐除草剂棉花639017、当地棉花冀棉106在两种土壤类型条件下开展生存竞争能力研究。结果表明：正常播种条件下，抗虫耐除草剂棉花和冀棉106在大坝沙壤土出苗率低于5%，在试验基地壤土出苗率低于10%，两种土壤类型下，棉花覆盖度均远低于杂草覆盖度，棉花株高仅20 cm左右，未完成正常生长发育。在地表撒播试验中，试验棉花均未出苗。另外栽培地竞争试验中，抗虫耐除草剂棉花株高及产量均低于冀棉106，部分生育期差异显著。表明：外源基因的导入并未增强抗虫耐除草剂棉花的生存竞争能力，因此，抗虫耐除草剂棉花无杂草化风险。

关键词：抗虫耐除草剂棉花；覆盖度；生存竞争能力；杂草化风险

中图分类号：S562.034文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）02-0100-04

生物育种技术自诞生以来，由于其可以打破物种界限、克服有性杂交障碍，实现近缘物种间、远缘物种间的基因转移，甚至是人工合成的基因转移，从而获得新的性状，扩大可利用的种质资源，快速有效地创造遗传变异，培育新品种、创造新类型，大大缩短新品种育成时间，因而具有常规育种无可比拟的优势[1]。经过几十年的发展，目前转基因植物在全球的推广种植呈蓬勃发展之势，种植面积逐年扩大，至2012年，全球转基因作物种植面积达1.7亿公顷，是1996年的100倍。其中，抗除草剂植物占主导地位，主要有抗除草剂大豆、玉米、油菜、棉花、甜菜和苜蓿，占全球转基因作物种植面积的 60%以上[2]。我国转基因作物种植面积居全球第六位，其中抗虫棉种植面积最大。转基因抗虫棉花的推广应用，大大减少了农药使用量及劳动力支出，降低了棉花种植成本，有效控制了棉铃虫危害，其优势显而易见。近年来，转基因作物发展趋势是多基因复合性状导入。抗虫耐除草剂棉花同时含有抗虫基因和耐除草剂基因，具有抗虫、耐除草剂的特性。但是转基因植物的大量释放，除了引发人们对食品安全问题的忧虑，也引起对环境生态安全的担忧。主要体现在转基因植物向非转基因植物及其野生近源种的逃逸而产生的风险、抗病虫基因对环境中非靶标生物的影响等方面[3，4]。近年来，转基因作物对农田生物多样性，对土壤微生物、叶面微生物等方面的影响研究较为普遍[5，6]，而对其生存竞争能力研究较少。对于耐除草剂作物，人们最大的担心是耐除草剂基因逃逸到杂草中，增强其竞争性，从而产生普通除草剂难以去除的超级杂草。本研究在两种不同农业生态类型下，研究抗虫耐除草剂棉花的生存竞争能力，从而明确外源基因导入后，转基因植物是否生存竞争能力增加，从而增加杂草化的风险。

1材料与方法

1.1试验材料

转基因抗虫耐除草剂棉花639017（由中国农业科学院棉花研究所提供，以下简称639017）、当地棉花冀丰106。

1.2荒地生存竞争能力

试验分别在济南黄河大坝、山东省农业科学院植物保护研究所试验基地两个不同土壤类型的地点进行，前者土质为沙土、后者为壤土。4月27日在黄河大坝、5月27日在植物保护研究所试验基地，分地表撒播和3 cm正常播种两种方式播种转基因抗虫耐除草剂棉花639017和当地棉花冀丰106，另设不种植任何作物的空白处理区。小区面积6 m2（2 m×3 m），随机排列，重复3次。每小区播种40粒，播种后不进行任何栽培管理。

两个试验地周围200 m内均无棉花种植，周围设围墙或围栏，有专人管理，以防转基因材料丢失。

播前调查1次试验小区内的杂草种类，按植株垂直投影面积占小区面积的比例估算出覆盖度。于棉花播种后30 d开始，至棉花吐絮，每月调查1次棉花覆盖度及杂草种类、覆盖度。调查时采用对角线5点取样，每点调查0.25 m2。

1.3栽培地生存竞争能力

4月27日在植保所试验基地，按当地棉花常规播种方式和播种量播种抗虫耐除草剂棉花及当地对照棉花冀丰106，按当地常规耕作管理模式进行管理。小区面积为25 m2（5m×5m），每处理重复4次。在棉花苗期（4～6片真叶期）、现蕾期、花铃期及吐絮期，按对角线5点取样方法，每小区调查5个样点，每点调查10株棉花的株高。在成熟期每小区收获50个棉铃，比较抗虫耐除草剂棉花639017及当地对照棉花冀丰106在种子产量方面的差异，并于来年5月份对收获的种子按GB/T 3543.4 规定的方法进行发芽率检测。

1.4荒地试验自生苗产生率

1.2试验调查结束后，不进行收获，保持其自然状态，并保留试验地边界标记。当年和第二年不再种植棉花。在种植后第二年5月和6月，各调查1次前一年试验小区内自生苗情况，记录小区自生苗的数量，如产生自生苗，则对其进行生物学测定或分子检测，然后将棉花自生苗清除。

2结果与分析

2.1荒地生存竞争结果

2.1.1大坝荒地生存竞争黄河大坝为沙土，土壤呈碱性，一共调查到20种杂草，优势杂草主要有碱蓬、马唐、狗尾草、猪毛菜、牛筋草、莎草、马齿苋、反枝苋等，其他如竹节草、狗牙根、葎草、旋花苦菜等数量较少，覆盖度较低。总体看来杂草数量较多，但由于黄河大坝土壤为沙土，较干旱，因此杂草生长势较差，覆盖度较低，各试验小区杂草种类基本相同，不同小区间由于分布位置不同略有差异。

在3 cm正常播种情况下，639017及冀丰106出苗率均非常低，分别为4.17%和5.00%，且由于干旱，棉花长势非常差，株高及长势明显降低。试验区棉花覆盖度见图1，在5月27日～6月27日棉花覆盖度增加明显，达到4%以上，6月27日～8月27日基本无变化，棉株高度仅为20 cm左右，无开花及结铃现象。之后由于干旱及温度降低，棉花长势衰减，覆盖度减少，最终干枯。杂草覆盖度见图2，各处理发展趋势一致。4月27日～5月27日杂草生长明显，覆盖度提高较快，之后一直到8月27日，覆盖度缓慢增加，由于沙土比较旱，杂草长势相对较弱，最高覆盖度在80%左右。显著性检验证明三处理之间差异不显著。总体来看，棉花长势非常弱，未能完成正常生长发育。endprint

撒播条件下，未见棉花出苗，由此可见棉花野外生存能力较差。

2.1.2试验基地生存竞争由于土质、周围环境与黄河大坝不同，试验基地杂草种类与大坝杂草有明显区别。试验中共调查到18种杂草，优势杂草有马唐、狗尾、牛筋、反枝苋、马齿苋、旋花、苦菜，其它杂草有决明、小飞蓬、牵牛、铁苋菜等。正常播种、撒播及空白对照区杂草种类基本相同。

在3 cm正常播种情况下，试验基地，639017和冀棉106 出苗率分别为7.5%和8.3%。试验区棉花覆盖度见图3，两个棉花品种覆盖度发展趋势基本一致。 6月27日低于4%，之后至8月27日，覆盖度缓慢增加，达到6%～7%。棉花长势非常弱，植株细矮，株高约20 cm，部分植株由于缺乏光照及养分而死亡。之后棉花逐渐衰亡，覆盖度降低。杂草覆盖度见图4，各处理发展趋势一致。5月27日～7月27日杂草生长明显，覆盖度提高较快，杂草覆盖度基本达到100%。之后一直到8月27日，覆盖度基本稳定，接近100%。随后由于降雨减少，温度降低，杂草长势衰减，覆盖度降低至80%左右。显著性检验证明三处理之间差异不显著。总体来看，棉花植株非常细弱，无法完成正常生长发育。

地表撒播情况下，同样未见棉花出苗，进一步证明了棉花野外生存能力较差。

2.2栽培地生存竞争结果

由表1知， 冀丰106无论在株高还是产量方面均高于转基因抗虫耐除草剂棉花639017，株高除苗期、吐絮期无差异外，其他生育期差异显著；抗虫耐除草剂棉花50个铃重低于冀丰106，差异显著。

2.4自生苗

经第二年5月份及6月份两次观察，1.2试验中大坝出苗棉花未开花结铃，试验基地两种棉花出苗植株零星结铃，但棉铃未成熟即干枯，所有试验处理小区内未见棉花自生苗萌发。表明棉花野外生存能力差。

3小结与讨论

对于耐除草剂转基因作物，人们所关注的生态安全性问题主要是：耐除草剂基因导入后，会不会使得棉花成为超级杂草，即成为具有比普通杂草更具竞争力的杂草。康岭生等[7]对高油酸转基因大豆 HOA80生存竞争能力的研究结果发现：正常播种条件下，高油酸转基因大豆的生存竞争能力、繁育能力等方面与受体大豆相一致；在地表撒播条件下，3 个大豆品种均不能成苗；高油酸转基因大豆未增强其自身生存能力和繁育能力，也没有与杂草相竞争的优势，对农业环境生态安全无影响。张兴华等[8]对转双价双 BT 抗虫基因（CRY1AC+CRY2AB） 棉和转双价抗虫、抗除草剂基因（CRY1AC+EPSPS） 棉的棉花出苗率、株高、生育进程、棉吐絮瓣数、絮瓣脱落率、自生苗等生存竞争能力进行比较发现，上述各项指标的竞争能力总体上未表现显著优势，因此认为转基因棉在荒地条件下生长无杂草化风险。陈小文等[9]研究了转CRY1AC基因玉米及受体非转基因玉米（ 郑 58） 在野外自然条件及模拟野外条件下的生存能力，结果表明：生存竞争能力非转基因玉米<转基因玉米<杂草，转抗虫玉米虽然在与杂草的竞争中优于非转基因受体，其种子也能越冬，但在试验条件下不会演变成超级杂草。本试验在两种土壤类型中对抗虫耐除草剂棉花639017和冀丰106进行了荒地生存竞争能力测试，在3 cm正常播种的情况下，由于不进行任何浇灌等管理活动，大坝试验棉花种子出苗率低于5%，试验基地种子出苗率低于10%。同时，抗虫耐除草剂棉花和对照棉花覆盖度远远低于杂草，植株生长缓慢，无法完成正常的生长发育。在地表撒播条件下，转基因抗虫耐除草剂棉花与对照棉花一样，均无法出苗，且第二年均未见自生苗产生，说明棉花野外生存能力差。栽培地株高及产量结果表明，抗虫耐除草剂棉花639017株高与产量低于冀棉106，无明显性状改变。以上试验结果表明：外源基因的导入，并未增强棉花的发芽能力及与杂草的竞争能力。与杂草相比，本试验中的转基因抗虫耐除草剂棉花在发芽出苗及生长方面没有任何竞争性，不具备成为超级杂草的可能性。

参考文献：

[1]徐文君，周玮，徐春祥. 国内外转基因作物及其安全性评价进展[J].江苏农业科学，2012，40（8）：277-279.

[2]Clive J. 2012年全球生物技术/转基因作物商业化发展态势[J].中国生物工程杂志，2013，33（2）：1-8.

[3]卢宝荣，夏辉. 转基因植物的环境生物安全：转基因逃逸及其潜在生态安全风险的研究和评价[J].生命科学，2011，23（2）：186-194.

[4]李明.转基因技术与生物安全[J]. 滨州职业学院学报，2011，8（1）：42-46.

[5]李凡，孙红炜，赵维，等. 抗除草剂转基因大豆对田间节肢动物群落多样性的影响[J].山东农业科学，2013，45（7）：83-86.

[6]张林森，杨正友，孙红炜. 转植酸酶玉米生育期及秸秆还田期根际微生物数量和细菌菌群多样性[J].山东农业科学，2013，45（3）：71-75.

[7]康岭生，杨向东，王玉民，等.高油酸转基因大豆 HOA80生存竞争能力检测[J].吉林农业科学，2010，35（6）：1-3.

[8]张兴华，田绍仁，张天玉，等. 转CRY1AC+CRY2AB 基因棉与转 CRY1AC+EPSPS基因棉荒地的生存竞争能力[J].生物安全学报，2012，21（2）：119-124.

[9]陈小文，李吉崇，郭玉海，等. 抗虫转基因玉米荒地生存竞争力评价[J].杂草科学，2012，30（1）：31-34.endprint

撒播条件下，未见棉花出苗，由此可见棉花野外生存能力较差。

2.1.2试验基地生存竞争由于土质、周围环境与黄河大坝不同，试验基地杂草种类与大坝杂草有明显区别。试验中共调查到18种杂草，优势杂草有马唐、狗尾、牛筋、反枝苋、马齿苋、旋花、苦菜，其它杂草有决明、小飞蓬、牵牛、铁苋菜等。正常播种、撒播及空白对照区杂草种类基本相同。

在3 cm正常播种情况下，试验基地，639017和冀棉106 出苗率分别为7.5%和8.3%。试验区棉花覆盖度见图3，两个棉花品种覆盖度发展趋势基本一致。 6月27日低于4%，之后至8月27日，覆盖度缓慢增加，达到6%～7%。棉花长势非常弱，植株细矮，株高约20 cm，部分植株由于缺乏光照及养分而死亡。之后棉花逐渐衰亡，覆盖度降低。杂草覆盖度见图4，各处理发展趋势一致。5月27日～7月27日杂草生长明显，覆盖度提高较快，杂草覆盖度基本达到100%。之后一直到8月27日，覆盖度基本稳定，接近100%。随后由于降雨减少，温度降低，杂草长势衰减，覆盖度降低至80%左右。显著性检验证明三处理之间差异不显著。总体来看，棉花植株非常细弱，无法完成正常生长发育。

地表撒播情况下，同样未见棉花出苗，进一步证明了棉花野外生存能力较差。

2.2栽培地生存竞争结果

由表1知， 冀丰106无论在株高还是产量方面均高于转基因抗虫耐除草剂棉花639017，株高除苗期、吐絮期无差异外，其他生育期差异显著；抗虫耐除草剂棉花50个铃重低于冀丰106，差异显著。

2.4自生苗

经第二年5月份及6月份两次观察，1.2试验中大坝出苗棉花未开花结铃，试验基地两种棉花出苗植株零星结铃，但棉铃未成熟即干枯，所有试验处理小区内未见棉花自生苗萌发。表明棉花野外生存能力差。

3小结与讨论

对于耐除草剂转基因作物，人们所关注的生态安全性问题主要是：耐除草剂基因导入后，会不会使得棉花成为超级杂草，即成为具有比普通杂草更具竞争力的杂草。康岭生等[7]对高油酸转基因大豆 HOA80生存竞争能力的研究结果发现：正常播种条件下，高油酸转基因大豆的生存竞争能力、繁育能力等方面与受体大豆相一致；在地表撒播条件下，3 个大豆品种均不能成苗；高油酸转基因大豆未增强其自身生存能力和繁育能力，也没有与杂草相竞争的优势，对农业环境生态安全无影响。张兴华等[8]对转双价双 BT 抗虫基因（CRY1AC+CRY2AB） 棉和转双价抗虫、抗除草剂基因（CRY1AC+EPSPS） 棉的棉花出苗率、株高、生育进程、棉吐絮瓣数、絮瓣脱落率、自生苗等生存竞争能力进行比较发现，上述各项指标的竞争能力总体上未表现显著优势，因此认为转基因棉在荒地条件下生长无杂草化风险。陈小文等[9]研究了转CRY1AC基因玉米及受体非转基因玉米（ 郑 58） 在野外自然条件及模拟野外条件下的生存能力，结果表明：生存竞争能力非转基因玉米<转基因玉米<杂草，转抗虫玉米虽然在与杂草的竞争中优于非转基因受体，其种子也能越冬，但在试验条件下不会演变成超级杂草。本试验在两种土壤类型中对抗虫耐除草剂棉花639017和冀丰106进行了荒地生存竞争能力测试，在3 cm正常播种的情况下，由于不进行任何浇灌等管理活动，大坝试验棉花种子出苗率低于5%，试验基地种子出苗率低于10%。同时，抗虫耐除草剂棉花和对照棉花覆盖度远远低于杂草，植株生长缓慢，无法完成正常的生长发育。在地表撒播条件下，转基因抗虫耐除草剂棉花与对照棉花一样，均无法出苗，且第二年均未见自生苗产生，说明棉花野外生存能力差。栽培地株高及产量结果表明，抗虫耐除草剂棉花639017株高与产量低于冀棉106，无明显性状改变。以上试验结果表明：外源基因的导入，并未增强棉花的发芽能力及与杂草的竞争能力。与杂草相比，本试验中的转基因抗虫耐除草剂棉花在发芽出苗及生长方面没有任何竞争性，不具备成为超级杂草的可能性。

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[9]陈小文，李吉崇，郭玉海，等. 抗虫转基因玉米荒地生存竞争力评价[J].杂草科学，2012，30（1）：31-34.endprint

撒播条件下，未见棉花出苗，由此可见棉花野外生存能力较差。

2.1.2试验基地生存竞争由于土质、周围环境与黄河大坝不同，试验基地杂草种类与大坝杂草有明显区别。试验中共调查到18种杂草，优势杂草有马唐、狗尾、牛筋、反枝苋、马齿苋、旋花、苦菜，其它杂草有决明、小飞蓬、牵牛、铁苋菜等。正常播种、撒播及空白对照区杂草种类基本相同。

在3 cm正常播种情况下，试验基地，639017和冀棉106 出苗率分别为7.5%和8.3%。试验区棉花覆盖度见图3，两个棉花品种覆盖度发展趋势基本一致。 6月27日低于4%，之后至8月27日，覆盖度缓慢增加，达到6%～7%。棉花长势非常弱，植株细矮，株高约20 cm，部分植株由于缺乏光照及养分而死亡。之后棉花逐渐衰亡，覆盖度降低。杂草覆盖度见图4，各处理发展趋势一致。5月27日～7月27日杂草生长明显，覆盖度提高较快，杂草覆盖度基本达到100%。之后一直到8月27日，覆盖度基本稳定，接近100%。随后由于降雨减少，温度降低，杂草长势衰减，覆盖度降低至80%左右。显著性检验证明三处理之间差异不显著。总体来看，棉花植株非常细弱，无法完成正常生长发育。

地表撒播情况下，同样未见棉花出苗，进一步证明了棉花野外生存能力较差。

2.2栽培地生存竞争结果

由表1知， 冀丰106无论在株高还是产量方面均高于转基因抗虫耐除草剂棉花639017，株高除苗期、吐絮期无差异外，其他生育期差异显著；抗虫耐除草剂棉花50个铃重低于冀丰106，差异显著。

2.4自生苗

经第二年5月份及6月份两次观察，1.2试验中大坝出苗棉花未开花结铃，试验基地两种棉花出苗植株零星结铃，但棉铃未成熟即干枯，所有试验处理小区内未见棉花自生苗萌发。表明棉花野外生存能力差。

3小结与讨论

对于耐除草剂转基因作物，人们所关注的生态安全性问题主要是：耐除草剂基因导入后，会不会使得棉花成为超级杂草，即成为具有比普通杂草更具竞争力的杂草。康岭生等[7]对高油酸转基因大豆 HOA80生存竞争能力的研究结果发现：正常播种条件下，高油酸转基因大豆的生存竞争能力、繁育能力等方面与受体大豆相一致；在地表撒播条件下，3 个大豆品种均不能成苗；高油酸转基因大豆未增强其自身生存能力和繁育能力，也没有与杂草相竞争的优势，对农业环境生态安全无影响。张兴华等[8]对转双价双 BT 抗虫基因（CRY1AC+CRY2AB） 棉和转双价抗虫、抗除草剂基因（CRY1AC+EPSPS） 棉的棉花出苗率、株高、生育进程、棉吐絮瓣数、絮瓣脱落率、自生苗等生存竞争能力进行比较发现，上述各项指标的竞争能力总体上未表现显著优势，因此认为转基因棉在荒地条件下生长无杂草化风险。陈小文等[9]研究了转CRY1AC基因玉米及受体非转基因玉米（ 郑 58） 在野外自然条件及模拟野外条件下的生存能力，结果表明：生存竞争能力非转基因玉米<转基因玉米<杂草，转抗虫玉米虽然在与杂草的竞争中优于非转基因受体，其种子也能越冬，但在试验条件下不会演变成超级杂草。本试验在两种土壤类型中对抗虫耐除草剂棉花639017和冀丰106进行了荒地生存竞争能力测试，在3 cm正常播种的情况下，由于不进行任何浇灌等管理活动，大坝试验棉花种子出苗率低于5%，试验基地种子出苗率低于10%。同时，抗虫耐除草剂棉花和对照棉花覆盖度远远低于杂草，植株生长缓慢，无法完成正常的生长发育。在地表撒播条件下，转基因抗虫耐除草剂棉花与对照棉花一样，均无法出苗，且第二年均未见自生苗产生，说明棉花野外生存能力差。栽培地株高及产量结果表明，抗虫耐除草剂棉花639017株高与产量低于冀棉106，无明显性状改变。以上试验结果表明：外源基因的导入，并未增强棉花的发芽能力及与杂草的竞争能力。与杂草相比，本试验中的转基因抗虫耐除草剂棉花在发芽出苗及生长方面没有任何竞争性，不具备成为超级杂草的可能性。

参考文献：

[1]徐文君，周玮，徐春祥. 国内外转基因作物及其安全性评价进展[J].江苏农业科学，2012，40（8）：277-279.

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[9]陈小文，李吉崇，郭玉海，等. 抗虫转基因玉米荒地生存竞争力评价[J].杂草科学，2012，30（1）：31-34.endprint