轉(zhuǎn)基因作物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

前言

隨著植物基因工程技術(shù)的迅速發(fā)展，已成功培育出一批抗蟲、抗病、耐除草劑和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物新品種，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積達(dá)125億公頃，其中轉(zhuǎn)基因玉米種植3730萬公頃，占全球轉(zhuǎn)基因作物總播種面積的30%。轉(zhuǎn)Bt（Bacillus thuringiensis）基因玉米是全球商品化程度最快的抗蟲轉(zhuǎn)基因作物之一，它通過表達(dá)來源于土壤蘇云金芽孢桿菌的殺蟲蛋白基因，從而對(duì)鱗翅目害蟲產(chǎn)生殺蟲活性，已有17個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)其大面積商品化種植。然而，Bt作物商品化種植可能帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)問題也一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。我國(guó)也非常重視轉(zhuǎn)基因作物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)問題，轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)的重要內(nèi)容之一就是轉(zhuǎn)基因作物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與生物安全管理。系統(tǒng)探討B(tài)t作物大面積商品化可能產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，可以為轉(zhuǎn)Bt基因作物的生物安全管理和基因工程技術(shù)的健康、有序發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。本書是匯集了華南農(nóng)業(yè)大學(xué)熱帶亞熱帶生態(tài)研究所Bt玉米生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究課題組2000~2007年的研究成果并參考國(guó)內(nèi)外最新文獻(xiàn)總結(jié)而成。全書共分9章，重點(diǎn)對(duì)Bt玉米對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響及其化學(xué)防御反應(yīng)等方面進(jìn)行了深入探討。第1章概述了國(guó)內(nèi)外Bt作物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究的進(jìn)展，尤其是土壤生態(tài)系統(tǒng)、Bt作物生理生態(tài)特性變化及其化學(xué)防御反應(yīng)的最新進(jìn)展。第2章介紹了Bt玉米秸稈分解釋放的Bt蛋白在土壤中的降解規(guī)律。第3章探討了環(huán)境因素和秸稈還田方式對(duì)Bt玉米秸稈中Bt蛋白降解動(dòng)態(tài)的影響。第4章和第5章分別分析了種植Bt玉米以及其秸稈分解對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響。第6章比較了Bt玉米及其同源常規(guī)玉米在光合作用、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量構(gòu)成因素方面的異同。第7章對(duì)比了Bt玉米及常規(guī)玉米化學(xué)防御物質(zhì)含量的異同以及外源Bt蛋白和內(nèi)源丁布的相互關(guān)系。第8章研究機(jī)械損傷和玉米螟取食對(duì)Bt玉米以及同源常規(guī)玉米的系統(tǒng)誘導(dǎo)作用。第9章探討了茉莉酸對(duì)Bt玉米和常規(guī)玉米防御反應(yīng)的影響及機(jī)理。本書的主要內(nèi)容是以駱世明教授和王建武教授及其研究生的研究成果為主線。本書的主要策劃組織者及著者為王建武，負(fù)責(zé)本書整體結(jié)構(gòu)和內(nèi)容安排，擬定撰寫提綱，并完成書稿統(tǒng)稿、定稿。第1章由王建武、馮遠(yuǎn)嬌、聶呈榮著，第2章由王建武、馮遠(yuǎn)嬌著，第3章由馮遠(yuǎn)嬌、范慧芝、王建武著，第4章和第5章由王建武、馮遠(yuǎn)嬌、孔海蘭著，第6章和第7章由聶呈榮著，第8章和第9章由馮遠(yuǎn)嬌、金瓊、王建武著。首先，感謝駱世明教授長(zhǎng)期以來對(duì)王建武教授研究工作的指導(dǎo)，王建武教授對(duì)轉(zhuǎn)基因作物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)問題的關(guān)注就是源于駱教授推薦獲得全球高等農(nóng)業(yè)教育研究聯(lián)合會(huì)(GCHERA) IHELP計(jì)劃資助于2001年秋天在美國(guó)PURDUE大學(xué)的三個(gè)月訪問期間的學(xué)術(shù)交流。感謝全球高等農(nóng)業(yè)教育研究聯(lián)合會(huì) ( GCHERA) IHELP計(jì)劃和國(guó)家留學(xué)基金的資助，使王建武教授能夠在2001年和2004年兩次到美國(guó)PURDUE大學(xué)農(nóng)學(xué)系Cindy Nakatsu博士的實(shí)驗(yàn)室工作15個(gè)月。紐約大學(xué)生物系的Guenther Stotzky教授、美國(guó)洛克菲勒兄弟基金會(huì)的項(xiàng)目官員Peter Riggs和Walter Paharm博士在王建武教授訪美期間提供了諸多方便。廣東省科學(xué)技術(shù)廳馬憲民副廳長(zhǎng)、農(nóng)村處的劉家平處長(zhǎng)和黃江康副處長(zhǎng)、國(guó)際交流處的姚化榮處長(zhǎng)和董茗項(xiàng)目官員一直關(guān)注和支持轉(zhuǎn)基因作物風(fēng)險(xiǎn)方面的研究工作，并促成了王建武教授2005年11月對(duì)瑞士聯(lián)邦農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所（Swiss Federal Research station for Agroecology and Agriculture）的訪問以及與Jorg Romeis博士和France Widmer博士在該領(lǐng)域的合作。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院蘇雄武書記、張桂權(quán)院長(zhǎng)、年海副院長(zhǎng)、陳勇副院長(zhǎng)、蔡昆爭(zhēng)副教授在著者科研工作繁重的情況下分擔(dān)了許多行政事務(wù)。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)熱帶亞熱帶生態(tài)研究所的全體同仁為本項(xiàng)目的開展提供了重要支撐。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院教學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)陳益培和陳培壽老師、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處陳建軍副處長(zhǎng)為本項(xiàng)目的開展提供了場(chǎng)地保證。駱世明教授和聶呈榮博士、馮遠(yuǎn)嬌博士，邱會(huì)峰、孔海蘭、范慧芝、金瓊等碩士研究生出色地完成了項(xiàng)目研究工作，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院2002~2008屆的本科畢業(yè)生也參與了大量的研究工作。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院的談鳳笑老師、蘇怡娟老師為實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)轉(zhuǎn)和樣品分析做出了貢獻(xiàn)。謹(jǐn)此一并致以誠(chéng)摯的謝意。文中研究工作先后得到國(guó)家自然科學(xué)基金（30270270、30770402）、廣東省自然科學(xué)基金（000569、021043、06025813）和廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2006B50104002、2007A0203000091）的資助，謹(jǐn)此致謝。Bt玉米對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響及其化學(xué)防御反應(yīng)的研究涉及生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)、化學(xué)、分子生物學(xué)等眾多的學(xué)科，知識(shí)面廣、研究發(fā)展迅速，限于作者的知識(shí)水平和研究深度，書中難免有疏漏與不當(dāng)之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。著者2009年5月10日于廣州華南農(nóng)業(yè)大學(xué)

內(nèi)容概要

　　《轉(zhuǎn)基因作物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)：以轉(zhuǎn)Bt基因玉米為例》是《生態(tài)農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)生態(tài)叢書》之一。全書共分為9章，內(nèi)容主要包括Bt作物對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響及化學(xué)防御反應(yīng)研究進(jìn)展、Bt玉米秸稈釋放的Bt蛋白在土壤中的降解、環(huán)境因素對(duì)Bt玉米秸稈中Bt蛋白降解動(dòng)態(tài)的影響、種植Bt玉米對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的影響、Bt玉米秸稈分解對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的影響、Bt玉米生理生態(tài)特性和產(chǎn)量的變化、Bt玉米中化學(xué)防御物質(zhì)含量的變化、機(jī)械損傷和害蟲取食對(duì)Bt玉米化學(xué)防御反應(yīng)的系統(tǒng)誘導(dǎo)、外源茉莉酸對(duì)Bt玉米化學(xué)防御反應(yīng)的影響及機(jī)理初探?！　　掇D(zhuǎn)基因作物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)：以轉(zhuǎn)Bt基因玉米為例》是轉(zhuǎn)基因作物及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)領(lǐng)域技術(shù)人員、科研人員的重要參考書，也可供高等院校生態(tài)環(huán)境、生物農(nóng)業(yè)等專業(yè)師生閱讀使用。

書籍目錄

1 Bt作物對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響及化學(xué)防御反應(yīng)研究進(jìn)展11.1 引言11.2 Bt作物對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響21.2.1 Bt作物釋放的Bt蛋白在土壤中的殘留與降解21.2.2 Bt作物的種植對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響31.2.3 Bt作物秸稈分解對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響51.3 Bt作物生理生態(tài)特性變化及其化學(xué)防御反應(yīng)研究51.3.1 Bt作物生理生態(tài)特性變化研究51.3.2 Bt作物化學(xué)防御反應(yīng)研究6參考文獻(xiàn)72 Bt玉米秸稈釋放的Bt蛋白在土壤中的降解132.1 引言132.2 材料與方法132.2.1 試驗(yàn)材料132.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)142.2.3 測(cè)定方法142.2.4 數(shù)據(jù)分析152.3 結(jié)果152.3.1 不同Bt玉米品種秸稈中Bt蛋白的土壤降解動(dòng)態(tài)152.3.2 降解動(dòng)態(tài)的動(dòng)力學(xué)模型擬合162.4 小結(jié)17參考文獻(xiàn)183 環(huán)境因素對(duì)Bt玉米秸稈中Bt蛋白降解動(dòng)態(tài)的影響203.1 引言203.2 材料與方法213.2.1 試驗(yàn)材料213.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)213.2.3 測(cè)定方法223.2.4 數(shù)據(jù)分析233.3 結(jié)果233.3.1 溫度、pH值和光照對(duì)秸稈中Bt蛋白在水體降解動(dòng)態(tài)的影響233.3.2 淹水對(duì)秸稈在室內(nèi)地表覆蓋條件下Bt蛋白降解動(dòng)態(tài)的影響343.3.3 不同還田方式對(duì)秸稈中Bt蛋白田間降解動(dòng)態(tài)的影響353.4 小結(jié)36參考文獻(xiàn)384 種植Bt玉米對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的影響404.1 引言404.2 材料與方法414.2.1 試驗(yàn)材料414.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)414.2.3 測(cè)定方法414.2.4 數(shù)據(jù)分析424.3 結(jié)果434.3.1 對(duì)根際土壤微生物群落的影響434.3.2 對(duì)根圍土壤酶活性的影響464.3.3 對(duì)根圍土壤主要生物化學(xué)過程的影響494.3.4 對(duì)根圍土壤養(yǎng)分含量的影響504.4 小結(jié)51參考文獻(xiàn)525 Bt玉米秸稈分解對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的影響555.1 引言555.2 材料與方法565.2.1 試驗(yàn)材料565.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)565.2.3 測(cè)定方法575.2.4 數(shù)據(jù)分析575.3 結(jié)果575.3.1 對(duì)土壤微生物群落的影響575.3.2 對(duì)土壤酶活性的影響595.3.3 對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響625.4 小結(jié)62參考文獻(xiàn)646 Bt玉米生理生態(tài)特性和產(chǎn)量的變化676.1 引言676.2 材料與方法686.2.1 試驗(yàn)材料686.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)686.2.3 測(cè)定方法686.2.4 數(shù)據(jù)分析696.3 結(jié)果696.3.1 Bt玉米光合作用的變化696.3.2 Bt玉米植株地上部生長(zhǎng)性狀的變化706.3.3 Bt玉米根系活力的變化716.3.4 Bt玉米地下部生長(zhǎng)性狀的變化716.3.5 單株干物重和各器官干物重的變化716.3.6 產(chǎn)量性狀的變化736.3.7 子粒氨基酸含量的變化746.4 小結(jié)75參考文獻(xiàn)777 Bt玉米中化學(xué)防御物質(zhì)含量的變化797.1 引言797.2 材料與方法807.2.1 試驗(yàn)材料807.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)807.2.3 測(cè)定方法807.2.4 數(shù)據(jù)分析827.3 結(jié)果827.3.1 玉米葉片中DIMBOA的HPLC圖譜827.3.2 不同玉米品種葉片中DIMBOA的時(shí)空分布837.3.3 Bt玉米中Bt蛋白含量與DIMBOA含量的相關(guān)關(guān)系857.3.4 不同脅迫條件下Bt玉米的DIMBOA含量857.3.5 酚酸標(biāo)樣的HPLC檢測(cè)圖譜877.3.6 Bt玉米中酚酸類物質(zhì)含量的變化877.4 小結(jié)88參考文獻(xiàn)908 機(jī)械損傷和害蟲取食對(duì)Bt玉米化學(xué)防御反應(yīng)的系統(tǒng)誘導(dǎo)938.1 引言938.2 材料與方法948.2.1 試驗(yàn)材料948.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)948.2.3 測(cè)定方法948.2.4 數(shù)據(jù)分析958.3 結(jié)果968.3.1 機(jī)械損傷對(duì)Bt玉米化學(xué)防御反應(yīng)的系統(tǒng)誘導(dǎo)968.3.2 害蟲取食對(duì)Bt玉米化學(xué)防御反應(yīng)的系統(tǒng)誘導(dǎo)998.4 小結(jié)102參考文獻(xiàn)1049 外源茉莉酸對(duì)Bt玉米化學(xué)防御反應(yīng)的影響及機(jī)理初探1079.1 引言1079.2 材料與方法1089.2.1 試驗(yàn)材料1089.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)1089.2.3 測(cè)定方法1099.2.4 數(shù)據(jù)分析1099.3 結(jié)果1109.3.1 茉莉酸處理對(duì)直接防御物質(zhì)含量及其相關(guān)基因表達(dá)的影響1109.3.2 茉莉酸在玉米誘導(dǎo)防御反應(yīng)中的作用1119.4 小結(jié)116參考文獻(xiàn)117

章節(jié)摘錄

插圖：系時(shí)，以下幾個(gè)方面的研究尤其值得關(guān)注：①Bt玉米及其同源常規(guī)玉米異羥肟酸和酚酸類化合物的分離、鑒定、定量和比較；②模擬病蟲害和信號(hào)物質(zhì)對(duì)異羥肟酸和酚酸類化合物產(chǎn)生的誘導(dǎo)作用，以及對(duì)玉米病原菌和害蟲選擇行為的影響；③在分子水平上，深人了解玉米外源抗蟲基因（Bt基因）導(dǎo)入后原有異羥肟酸和酚酸類化合物調(diào)控基因的表達(dá)。通過這些方面的研究，為協(xié)調(diào)利用玉米自身抗性與基因工程改良，為如何兼顧以植物化感物質(zhì)為基礎(chǔ)的品種抗性與轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育抗蟲品種提供新的理論依據(jù)。本章對(duì)第一個(gè)問題進(jìn)行了初步的探索，后兩個(gè)問題值得今后深入研究。在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中，植物形成了一整套有利于其自身生長(zhǎng)發(fā)育的基因體系。當(dāng)外源Bt基因被導(dǎo)入玉米植株內(nèi)部后，必將打破其自身固有的基因連鎖群，對(duì)其生長(zhǎng)性狀和生理代謝產(chǎn)生影響，其中也包括對(duì)玉米受體內(nèi)在抗性的影響，如保護(hù)酶活性、胼胝質(zhì)含量以及異羥肟酸和酚酸類化合物的含量。關(guān)于作物內(nèi)在抗性與轉(zhuǎn)基因?qū)说耐庠纯剐灾g的相互關(guān)系有可能出現(xiàn)3種不同的情況：①協(xié)同效應(yīng)；②拮抗作用；③互不相干。外源Bt基因?qū)牒?，玉米植株體內(nèi)異羥肟酸類化合物及酚酸類物質(zhì)確實(shí)發(fā)生了變化，Bt抗蟲玉米異羥肟酸類化合物及酚酸類物質(zhì)的含量較其非轉(zhuǎn)基因近等基因系玉米明顯減少。當(dāng)作為多種病蟲害抗性物質(zhì)基礎(chǔ)的異羥肟酸和酚酸類化合物受到影響后，有可能會(huì)進(jìn)一步影響玉米植株與有害生物之間的關(guān)系。由于玉米體內(nèi)異羥肟酸和酚酸類化合物與玉米對(duì)玉米螟、玉米大斑病等病蟲害的抗性密切相關(guān)，這種變化將對(duì)玉米與其它有害生物的相互關(guān)系乃至整個(gè)玉米田生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生某些重要的影響。目前在抗蟲植物基因工程的研究中，利用基因的直接表達(dá)產(chǎn)物——?dú)⑾x蛋白質(zhì)作為抗蟲效應(yīng)物幾乎是所有研究者采用的策略。然而，蛋白質(zhì)成分在植物化學(xué)防御系統(tǒng)中并不占主要地位；在抗蟲方面占主導(dǎo)地位的是次生代謝產(chǎn)物，如生物堿、甾類化合物和某些氨基酸的衍生物。通過基因工程方式強(qiáng)化植物原有次生代謝產(chǎn)物途徑以達(dá)到抗蟲目的的研究難度較大，目前尚未見到成功報(bào)道，然而，仍不失為未來植物抗蟲基因工程研究的一個(gè)重要方向（朱禎，2000）。一些植物像勝紅薊本身可產(chǎn)生昆蟲蛻皮激素或保幼激素類的化學(xué)物質(zhì)，如將此類物質(zhì)的合成機(jī)制轉(zhuǎn)移到受體植物中，有可能使受體植物獲得相應(yīng)的抗蟲特性。通過基因工程方式調(diào)動(dòng)植物內(nèi)在的防御機(jī)制，已經(jīng)在抗病方面取得進(jìn)展，是另一條值得嘗試的途徑。

編輯推薦

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