外源抗虫基因对水稻钾素利用与光合生产及产物分配特性的影响

转基因水稻，尤其是抗虫转基因水稻由于其在目标性状上较非转基因水稻的优越性，可能会在生产上得到广泛地接受与应用。然而外源抗虫基因的转入有可能对水稻的生长和生理生化特性产生影响，存在何种影响，以及影响发生的机制和其对水稻产量形成又有什么作用都有待进一步深入研究。本项目采取大田种植试验的方式，在已知外源抗虫基因可能对水稻钾素吸收运转特性存在一定影响的前提下，设置不同钾肥施用水平，以转基因抗虫水稻为研究对象，对比非转基因受体亲本水稻，重点研究转基因水稻光合生产和光合产物的分配特性。系统地研究外源抗虫基因对水稻光合作用和物质运输与分配这两个对水稻产量形成至关重要的生理代谢过程的影响机制，探究外源基因对水稻"源，库，流"结构和功能的影响机理。可望为建立适合转BT基因抗虫水稻的高产高效栽培模式提供科学依据，对于抗虫转基因水稻进入大田试验和商品化生产具有极其重要的意义。

利用转Bt基因生物技术可以有效提高水稻对靶标害虫的抗性，然而外源Bt基因的转入有可能对水稻养分利用和生长特性产生非目标性的影响。科学而全面地评价转基因水稻新品系对于其育种，推广和应用都具有极其重要的意义。项目从2012到2015年间，采取大田和盆栽相结合的试验方式，对转入Cry1C*, Cry2A* 和Cry1Ab/Ac基因的优良恢复系水稻品系Minghui63 (MH63) 在不同施肥水平下水稻钾素吸收利用, 光合, 物运输分配，产量和重要农艺性状进行了研究。结果表明：（1）与非转基因对照水稻品系相比，不同钾肥施用水平下MH63(Cry1C*) 钾吸收积累总量无明显变化，而其茎叶钾浓度（高钾肥水平除外）和积累量偏高，籽粒钾浓度和积累量偏低；（2）与非转基因对照水稻品系相比，不同钾肥施用水平下MH63(Cry1C*)，MH63(Cry2A*)和MH63(Cry1Ab/Ac) 三个转基因水稻品系的光合相关性状，如叶面积指数，光合速率，气孔导度，胞间CO2浓度和蒸腾速率无明显变化;（3）与非转基因对照水稻品系相比，不同钾肥施用水平下MH63(Cry1C*)的干物质转移效率，NSC向穗部表观输出量和效率均要显著偏低，形态上其穗颈小维管束数目偏少，相关性分析表明穗颈小维管束数与物质运输特征指标密切相关;（4）与非转基因对照水稻品系相比，不同施肥水平下MH63(Cry1C*)的产量降低了18.0%-31.0%，原因是其结实率降低了;（5）转基因水稻品系在总生物量，株高，叶面积指数，稻米品质等重要农艺性状方面与非转基因对照品系无明显差异。分析表明：外源抗虫基因Cry2A*和Cry1Ab/Ac对水稻钾素利用与光合生产及产物分配特性无明显影响；外源抗虫基因Cry1C* 对水稻钾素吸收和光合生产无明显影响，但是对水稻钾素分配和光合产物分配产生了影响，从“源”，“库”，“流”角度来看，外源抗虫基因Cry1C* 对于水稻“源”没有明显影响，主要是影响了“流”，表现在养分和光合产物向穗部运输能力变弱，进而影响到了“库”的充实，降低了产量。因此，在转Cry1C* 抗虫基因水稻的培育和研究方面我们应该进一步筛选和评估，以期培育出高抗，养分高效，产量稳定的新品系。