基于花粉扩散模拟的转基因水稻环境风险评估

通过对水稻花粉扩散的田间试验及同期微气象观测资料的分析，研究水稻花粉的扩散规律，建立以大气扩散理论为基础，常规气象观测资料为输入的水稻花粉扩散模型；同时，以转基因水稻为花粉源供体，以4类非转基因水稻为花粉受体，测定其基因漂流率，分析转基因水稻与不同类型水稻的异交特性，建立水稻的异交率模型，耦合花粉扩散浓度和基因漂流率，构建转基因水稻基因漂流模型。以上述模型为基础，通过组建相应转基因水稻生物学数据库和气象站网数据库，预测转基因水稻的基因漂流距离，确定转基因水稻的隔离距离，实现转基因水稻生态风险的科学评估，为农业部转基因生物安全委员会制定相关政策和法规提供科学依据。

转基因作物在给人类带来巨大效益的同时，也可能给生态环境带来潜在风险。因此，必须通过以科学为基础的安全性评估，为转基因作物安全生产提供科学依据。本项研究通过对水稻花粉扩散、基因漂流率的田间试验以及同期微气象观测资料的分析，研究了转基因水稻花粉扩散规律、不同类型水稻的异交率差异及环境影响规律；建立了以大气扩散理论为基础的水稻花粉扩散模型、不同类型水稻的异交率模型以及转基因水稻基因漂流模型；开发了转基因水稻基因飘流风险评估系统，估算了我国主要稻区转基因水稻的基因漂流率和最大漂流距离，实现了转基因水稻生态风险的科学评估。主要研究结果如下：.（1）转基因水稻B2花粉离体后活力随时间呈"S”型下降，最适温度范围20-30℃，25℃时活力最强，高温对花粉活力的胁迫作用更大。采用指数方程和Logistic方程分段函数建立的B2花粉活力温度模型，可以精确预测花粉存活时间和寿命。.（2）建立了以高斯烟羽模型为基础的水稻花粉扩散模型。模拟结果表明，花粉释放量与开花量呈显著正相关；花粉浓度模拟值与实测值变化趋势基本一致，说明花粉扩散模型可以正确反映花粉扩散浓度的分布特征。.（3）基因飘流率与花粉扩散率之间存在较好的线性关系，定义基因飘流系数是相同距离下的基因飘流率与花粉扩散率的比值，由受体异交特性决定。耦合水稻花粉扩散模型和异交率模型建立了转基因水稻基因漂流模型，根据多年基因飘流距离的累计概率分布，统计出1.0%阈值下转基因水稻花粉向不育系的最大基因飘流距离变化幅度为39-260m，主要集中在沿海、沿江以及个别因局地地形造成的高值中心区域；0.1%阈值下转基因水稻花粉向野生稻的最大基因飘流距离变化幅度为45-293m。.（4）开发了转基因水稻基因飘流风险评估系统，实现了转基因水稻生物学数据库和气象站网数据库的数据查询、基因飘流距离估算和基因飘流风险评估三大功能，评估结果可直观显示。.（5）隔离布防护区内越靠近隔离布风速减小越明显，绝大部分区域以下沉气流为主，可以有效减少水稻花粉向外扩散；隔离区背风面越靠近隔离区风速降低幅度越大，可以抑制花粉的水平输送从而缩短扩散距离；玉米带防护区背风面的风速分布特征与隔离布基本相同，但防护效果明显不如隔离布。.（6）研制了作物花粉自动采集器，仪器花粉数据采集效果良好，实现了转基因水稻花粉数据的自动采集。