重金属胁迫下转基因植物的生理响应与抗虫基因表达特征研究

抗虫转基因棉花和水稻等植物已成功研制并陆续进入商业化生产。在为人类带来巨大利益的同时，其性状的稳定性、生态安全性也引起人们的高度关注并引发巨大争议。复杂多变的农田环境条件也是影响转基因植物田间表现及生态风险的重要因素。结合我国农田重金属污染现状对转基因作物的田间表现及潜在生态风险开展研究十分必要。本研究以转基因抗虫棉和抗虫水稻为研究对象，开展2年的田间实验和实验室研究，考察转基因作物对镉、铜等重金属的生物富集特征；重金属胁迫下转基因作物在代谢、生物合成方面的生理响应；重金属胁迫对其生长和繁殖性状的影响并探索其机理；揭示重金属胁迫下抗虫毒蛋白表达特征。本项工作的开展将进一步阐明转基因作物在重金属污染农田环境中的实际田间表现及其影响因素，建立一套重金属污染土壤环境中转基因作物生态风险评估方法，提出转基因作物大规模商业化种植的优化环境条件，为转基因作物的适当应用与科学管理提供科学依据。

抗虫转基因棉花和水稻等植物已成功研制并陆续进入商业化生产。在为人类带来巨大利益的同时，其性状的稳定性、生态安全性也引起人们的高度关注并引发巨大争议。复杂多变的农田环境条件也是影响转基因植物田间表现及生态风险的重要因素。结合我国农田重金属污染现状对转基因作物的田间表现及潜在生态风险开展研究十分必要。本研究以转入Bt、CpTI和Bt/CpTI双价抗虫基因的三个转基因水稻品系为研究对象，以其近基因非转基因亲本品系为对照，分别开展实验室和田间实验研究，考察转基因水稻幼苗对重金属镉的生物富集特征；镉胁迫下两种转基因水稻幼苗在代谢、生物合成方面的生理响应；重金属胁迫对其生长性状的影响；在田间盆栽实验条件下镉和铜胁迫对转基因水稻品系实际生长状况的影响。. 研究结果表明，在Cd胁迫下，不同品系的转基因水稻幼苗的生长和生理生化活动都会产生明显的响应。在无Cd暴露的情况下，CK水稻的生长和光合作用水平高于三种转基因水稻；而在受Cd胁迫时，转基因水稻的抗氧化系统酶的响应强于CK水稻，因而能够更有效地抵抗次生的氧化胁迫，这也解释了为什么Cd对CK水稻的毒害效应要比另外三种转基因水稻更加明显。四种水稻品系对镉的生物富集试验结果表明，转基因品系对镉的富集程度明显高于非转基因对照品系，表明转基因品系对镉有更强的耐受性。在田间盆栽试验条件下，铜和镉对Bt和Bt/CpTI两种转基因品系早期生长阶段的抑制作用较非转基因亲本更明显；而当水稻生长至成熟期，Bt和Bt/CpTI两种转基因品系对铜和镉的耐受性高于非转基因亲本品系。