朱延明，張 鳳，柏 錫，才 華，紀 巍，賈 蓓

（東北農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)生物功能基因重點實驗室，哈爾濱 150030）

大豆是重要的糧食和油料作物，其蛋白質(zhì)含量可高達約40%[1]。提高大豆甲硫氨酸含量、改進大豆品質(zhì)的一般途徑是常規(guī)有性雜交育種、誘變育種和改良栽培條件等，隨著植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)日趨成熟，在分子水平上對植物的某一重要功能基因改造或?qū)虻谋磉_水平加以調(diào)控已成為改良大豆品質(zhì)的重要手段[2]。在轉(zhuǎn)基因作物投放市場之前，都要對其進行田間栽培試驗，以考查目的基因遺傳表達的穩(wěn)定性以及轉(zhuǎn)基因作物農(nóng)藝性狀表現(xiàn)和適應性，為評估轉(zhuǎn)基因作物的食用及環(huán)境安全性提供重要科學數(shù)據(jù)[3]。本研究對前期研究中獲得的轉(zhuǎn)SCMRP基因高蛋氨酸大豆株系BX3-24和BX38-32的T7、T8代植株進行產(chǎn)量、形態(tài)及品質(zhì)性狀等方面的農(nóng)藝性狀調(diào)查及統(tǒng)計學分析，為高蛋氨酸轉(zhuǎn)基因大豆環(huán)境安全性評價以及產(chǎn)業(yè)化研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

轉(zhuǎn)高甲硫氨酸基因大豆株系BX3-24、BX38-32及受體品種綏農(nóng)14（SN14）均由本實驗室擴繁所得，本地栽培大豆合豐50（對照，HF50）購自黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院佳木斯分院。

1.2 方法

試驗地點為黑龍江省哈爾濱市東北農(nóng)業(yè)大學香坊實驗實習基地。田間試驗采取正常密度人工點播，每壟0.5 m，每四壟為一小區(qū)，按株系及品種分4區(qū)，播種時施足基肥。農(nóng)藝性狀調(diào)查與考種時每株系或品種隨機取10株為樣本。

1.3 調(diào)查標準[4-7]

1.3.1 產(chǎn)量性狀的調(diào)查標準

單株有效莢數(shù)：調(diào)查單株全部正常結(jié)實的莢數(shù)，每一株系考種3株，計算平均值。

百粒重：從單株正常結(jié)實粒中隨機選取100粒稱重，重復3次，計算平均值（g）。

1.3.2 形態(tài)性狀調(diào)查標準

株高：指成熟時大豆植株從子葉節(jié)到主莖頂端生長點的長度（cm），每株系考種10株，計算平均值。

生育日數(shù)：指自大豆出苗翌日至正常成熟的天數(shù)（d）。

結(jié)莢習性：指植株開花結(jié)莢狀況，分無限型（I）、亞有限型（S）、有限型（D）三類。

花色：指花瓣的顏色，分紫色（P）和白色（W）兩類。

葉形：于開花盛期觀察植株中上部第8～10節(jié)的復葉中間小葉的形狀，分長葉（L）和圓葉（R）兩類。

1.3.3 品質(zhì)性狀的調(diào)查指標

蛋白質(zhì)含量（%）：株系混合脫粒后，取50 g樣品由農(nóng)業(yè)部谷物及制品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心（哈爾濱）測定，以百分數(shù)表示。

油分含量（%）：株系混合脫粒后，取50 g樣品由農(nóng)業(yè)部谷物及制品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心（哈爾濱）測定，以百分數(shù)表示。

蛋脂總量（%）：一個株系的蛋白質(zhì)含量和油分含量的總和，以百分數(shù)表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均按新復極差法進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)基因大豆產(chǎn)量性狀的調(diào)查與分析

對田間正常種植的T7代轉(zhuǎn)SCMRP基因大豆、受體品種及對照品種進行產(chǎn)量性狀相關(guān)指標的調(diào)查及分析，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。分析結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因株系BX3-24后代的單株有效莢數(shù)低于對照品種，而百粒重略高于對照品種，但都不存在顯著差異，株系BX38-32后代的單株有效莢數(shù)及百粒重與受體及本地栽培品種一致，也不存在顯著差異。研究結(jié)果證明轉(zhuǎn)基因大豆與對照相比在產(chǎn)量性狀上無明顯差異，外源基因沒有影響轉(zhuǎn)基因大豆的產(chǎn)量相關(guān)性狀。

表1 T7代轉(zhuǎn)SCMRP基因大豆產(chǎn)量性狀的調(diào)查結(jié)果與分析Table1 Investigation results and analysis on yield traits of the T7generation of transgenic soybean with SCMRP gene

2.2 轉(zhuǎn)基因大豆形態(tài)性狀的調(diào)查與分析

對田間正常種植的轉(zhuǎn)基因大豆兩個株系BX3-24及BX38-32的T7代植株、受體品種綏農(nóng)14和本地栽培品種合豐50的植株進行形態(tài)性狀相關(guān)指標的調(diào)查，結(jié)果見表2。調(diào)查結(jié)果表明，與受體及本地栽培品種相比，轉(zhuǎn)基因兩個株系的T7代植株在生育期、結(jié)莢習性、花色、葉形等方面表現(xiàn)一致，沒有明顯差異，但在株高方面存在顯著差異。株系BX3-24的株高在0.01水平下極顯著高于受體及對照品種；株系BX38-32的株高在0.05水平下顯著高于對照品種，在0.01水平下極顯著高于受體品種；轉(zhuǎn)基因株系之間在株高等形態(tài)性狀上都沒有差異。其結(jié)果初步表明外源基因的插入可能引起轉(zhuǎn)基因株高的增加，但由于當代種植的受體品種和本地栽培品種之間的株高也有顯著差異，因此株高的變化也可能與當?shù)卮筇锏脑耘鄺l件及環(huán)境條件有關(guān)，試驗結(jié)果還需要進行田間重復試驗證明。但株高的增加對產(chǎn)量等其他農(nóng)藝性狀沒有不利影響，即轉(zhuǎn)基因大豆沒有導致產(chǎn)生不良形態(tài)性狀。

2.3 轉(zhuǎn)基因大豆品質(zhì)性狀的調(diào)查與分析

對轉(zhuǎn)基因株系BX3-24及BX38-32的T8代大豆及其受體品種綏農(nóng)14的成熟種子進行品質(zhì)性狀的相關(guān)指標調(diào)查，結(jié)果見表3。株系BX3-24與受體品種相比，蛋白含量低0.61%，油分含量低0.24%，蛋脂總量低0.85%；株系BX38-32與受體品種相比，蛋白含量低0.36%，油分含量高0.93%，但蛋脂總量基本不變。因為不同品種及不同植株間蛋白及油分的含量不同，而蛋白及油分的積累也和栽培條件和環(huán)境條件有直接相關(guān)。本研究結(jié)果顯示，蛋白、油分及蛋脂總量并沒有極大改變，沒有達到影響其品質(zhì)的結(jié)果，而對于這一性狀的微量改變原因，需要對下一代進行重復試驗驗證。

表2 T7代轉(zhuǎn)SCMRP基因大豆形態(tài)性狀的調(diào)查結(jié)果與分析Table2 Investigation results and analysis on morphological traits of the T7generation of transgenic soybean with SCMRP gene

表3 T8代轉(zhuǎn)SCMRP基因大豆品質(zhì)性狀的調(diào)查結(jié)果與分析Table3 Investigation results and analysis on quality traits of the T8generation of transgenic soybean with SCMRP gene (%)

3 討論與結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，含高甲硫氨酸轉(zhuǎn)基因大豆株系BX3-24和BX38-32的T7代植株在單株莢數(shù)、百粒重、生育日數(shù)、結(jié)莢習性、花色、葉形等方面均未發(fā)生較大改變，但在株高等方面發(fā)生一些改變，而這些變化可能和栽培地區(qū)的溫度、濕度、光照及栽培管理方法等有關(guān)，也可能與轉(zhuǎn)基因引起的非預期效應有關(guān)。林剛等對3個轉(zhuǎn)基因株系進行兩次“中間試驗”，結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因小麥雖形態(tài)特性及個體發(fā)育正常，但是在株高、千粒重和產(chǎn)量方面均發(fā)生一些變化，尤其在千粒重和產(chǎn)量上明顯低于受體品種[5]。李鵬等對2個轉(zhuǎn)基因香石竹品系的農(nóng)藝性狀調(diào)查結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因品系與其受體品種僅在植株莖粗、葉片長度和花瓣數(shù)目等方面存在差異[6]。郭玉雙等在調(diào)查轉(zhuǎn)雙價抗真菌基因大豆的農(nóng)藝性狀時也發(fā)現(xiàn)，與對照相比，轉(zhuǎn)基因大豆的株高高于受體品種，蛋白含量有所下降而油分含量有所上升[7]。

轉(zhuǎn)SCMRP基因大豆株系在提高大豆含硫氨基酸含量的同時，雖然在某些方面與對照存在差異，但并沒有產(chǎn)生不良農(nóng)藝性狀。由于大豆是自花授粉作物，無論是轉(zhuǎn)基因大豆還是野生型其遺傳物質(zhì)均不能向其他植物、動物和微生物發(fā)生轉(zhuǎn)移，目前也未見報道。而通過對兩個株系的特異性PCR檢測、Southern blot和Western blot分析，證明目的基因在本世代可以穩(wěn)定遺傳、正常表達。

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[2]Randy D,Dinkins M S,Reddy S,et al.Increased sulfur amino acids in soybean plants overexpressing the maize 15 kDa zein protein[J].In Vitro Cellular and Developmental Biology-Plant,2001,37:742-747.

[3]李瑞峰,王瑩,王宇,等.轉(zhuǎn)基因作物及其生物安全性[J].東北農(nóng)業(yè)大學報,2007,38(3):405-410.

[4]郭玉雙.轉(zhuǎn)chi+rip雙價基因大豆的抗病性檢測及其中間試驗研究[D].哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學,2007:5-8.

[5]林剛,何光源.轉(zhuǎn)基因小麥“中間實驗”與農(nóng)藝性狀評價[J].武漢植物學研究,2004,22(4):284-288.

[6]李鵬,吳云飛,楊仁國,等.轉(zhuǎn)基因香石竹中間試驗的農(nóng)藝性狀評價[J].中國農(nóng)學通報,2009,25(9):196-198.

[7]郭玉雙,朱延明,李杰,等.轉(zhuǎn)雙價抗真菌基因大豆主要農(nóng)藝性狀的調(diào)查與分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報,2008,39(1):10-12.