《Nature》杂志在“Research Highlights”栏目重点介绍我校陈学新教授团队的最新研究成果

编辑:admin 时间:2014年07月03日 访问次数:3591

73日,《Nature》杂志在Research Highlights栏目以Rice pollen goes the distance为题重点介绍了我校农业与生物技术学院陈学新教授团队有关访花昆虫能长距离传播水稻花粉并促进水稻异花授粉的最新研究成果(http://www.nature.com/nature/journal/v511/n7507/full/511008d.html
水稻是人类的主要粮食作物,供养着人类一半以上的人口。水稻是一种自花授粉作物,自然杂交率极低,其花粉依靠自然风传播。因此,千百年来访花昆虫在水稻授粉中的作用一直没人关注。但是,在转基因作物生态安全备受关注的背景下,访花昆虫在水稻花粉传播中的作用开始引起人们的注意。访花昆虫是否在水稻扬花期访问水稻花?访花后是否携带水稻花粉?如果携带,那么能携带多远?能否引起水稻花粉流的增加从而促进水稻的异花授粉?能否引起水稻不同品种间的杂交或常规水稻与转基因水稻间的杂交?针对这些科学问题,陈学新教授及其团队联合国内外有关专家协同攻关,通过2年的大范围田间调查、3年的田间试验和室内研究,应用生态学、分类学、分子生物学等研究方法及转基因技术、生物信息技术、超微技术等技术,获得了如下原创性结果:(1)通过2年在我国从南到北跨越5000多公里17个省份57点的取样调查,发现水稻扬花期有大量昆虫访问水稻花;经对采集获得的13575头访花昆虫的分类鉴定表明,种类多达510余种;经对每只昆虫体上花粉的超微和显微鉴定,其中70%以上种类,特别是多种蜜蜂和食蚜蝇等携带大量水稻花粉,4种常见蜜蜂身体上平均每只能携带400多粒水稻花粉(不计花粉框内花粉);(2)对意大利蜜蜂Apis mellifera做重点研究表明,在不同地区意大利蜜蜂总是有规律地在水稻扬花期访问水稻花并采集花粉,访花高峰期一般在中午12点到下午1点;能将水稻花粉携带至距离花粉源至少500米以外的地方,而且这些花粉81%仍具有活性,这比之前人们认识到的风传水稻花粉的距离要远得多。(3)以转基因水稻作为花粉供体,常规水稻母本作为受体,意大利蜜蜂为传粉者,通过田间网罩实验,对比有蜜蜂与没有蜜蜂授粉的处理,经3年对150万粒常规水稻F1代种子的生物测定和分子检测表明,在距离转基因水稻花粉源1~6米不同距离的常规水稻种子中,检测到的杂交种子(即常规水稻种子中含有转基因产物)的比例提高了415倍,最高可达到10.3314.65%,从而证明蜜蜂访花能显著提高花粉介导的基因流;但按总量计算,常规水稻种子含有转基因产物的比例不到1%。研究结果首次揭示了访花昆虫不但能传播水稻花粉,而且能比自然风传得更远,并能引起水稻的异花授粉,展示了自然界水稻存在虫媒介导的异花授粉途径,这一研究结果对于其他自花授粉植物或风媒植物具有普遍意义。鉴于蜜蜂等访花昆虫的飞翔能力,存在水稻花粉介导的长距离基因流风险,对转基因水稻而言存在访花昆虫引起的转基因逃逸风险,因此,这一事实必须在水稻转基因生态安全评价中予以充分考虑。
627日,上述研究成果以Flower-visiting insects and their potential impact on transgene flow in rice为题在线发表(online在英国生态学会主办的百年期刊Journal of Applied Ecology上(http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1365-2664.12299/abstract)。陈学新教授的博士生蒲德强为该论文的第一作者,陈学新教授为通讯作者。该研究得到科技部973项目和转基因生物新品种培育科技重大专项的资助。