全 文 ：武汉植物学研究 2004，22(4)：284~288
Journal o|Wuhan Botanical Research
转基因小麦“中间试验"与农艺性状评价
林 刚，何光源
(华中科技大学生命科学与技术学院中英联合实验室．武汉 430074)
摘 要：在湖北武汉对3个转基因小麦品系连续2次进行了“中间试验”。结果表明：在田间栽培条件下，转基因小
麦植株个体生长发育正常，但转基因小麦主要农艺性状与对照间存在差异；特别是小区产量与本地小麦品种之间
存在极显著差异，转基因小麦品系与其受体品系之间千粒重和小区产量上存在显著差异或极显著差异。组织化学
和 SDS．PAGE检测结果表明，外源基因能够稳定遗传 ，功能得到正确表达。
关键词：转基因小麦，中间试验；农艺性状评价
中囝分类号：$512．1；Q78 文献标识码：A 文章编号：1000—470X(2004)04—0284—05
Field Trial and Agronomic Performance of Transgenic W heat in Hubei
LIN Gang，HE Guang—Yuan。
(China—UK HUST-RRes Crop Genetic Engineering and Genomics Joint Laboratory,School of Lifc Science and Technology、
Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China)
Abstract：Three transgenic wheat lines have been evaluated under field conditions during 2 years
continuously，together with 4 non—transgenic lines of wheat．Two of the non—transgenic lines are
donor plants of the transgenic lines and the other two are local region cuhivars used as control
materials．The plant growth and development of all transgenic lines were normal under the condi—
tions tested．But their morphological and major agronomic traits were different from the donor
plants，especially when comparing with 2 local cultivars．In the yield and 1 000 grains weight，
there was difference of major agronomic traits between transgenic lines and its donor lines．Re—
suits of the histochemical and SDS—PAGE analysis showed that the target genes were stably in．
herited．
Key words：Transgenic wheat；Field trial；Agronomic performance
利用基因工程技术改良作物农艺性状已经成为
农作物新品种选育的重要技术手段之一。如小麦遗
传转化已经在提高抗性、改良品质(面包烘烤品质)
和淀粉含量等方面取得成功[1 ]。应用基因工程技术
改良作物的主要目的是在不改变受体材料遗传背景
的基础上改良个别农艺特性，如品质、抗性等 而且
这些特性在其后代能够稳定遗传和正确表达。因此，
对转基因作物进行田间栽培试验，以考察目的基因
遗传表达的稳定性以及转基因小麦农艺性状表现和
适应性，为转基因小麦商品化生产提供科学依据。
笔者报道了转高分子量麦谷蛋白亚基基因小麦
在湖北武汉连续 2次的 “中间试验”，包括转基因小
麦个体生长发育和各农艺性状表现等方面的试验结
果 。
1 试验材料与方法
转基因小麦在湖北省武汉市的“中间试验”连续
进行了 2次，播种期分别在 2001年 3月 15日和
收稿日期；2003—12一O2，修回日期：2004—03—15。
基金项目：国家转基因植物研究与产业化专项资助课题(J99一B一009)。
作者简介：林刚(196O～)，男，高工，从事植物遗传栽培工作。
· 通讯作者(E—mail；hegy-@mail．hust．edu．on)。
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第4期 林 刚等：转基因小麦“中间试验 与农艺性状评价 285
2001年 1O月28日。进行“中间试验”的试验材料共
有 7个，包括 3个转基因小麦材料及其 2个原受体
材料 ，2个湖北省本地小麦品种(鄂恩 1号和鄂麦
18，本文简称为 EN1和 EM18)。转基因小麦品系
B102—1—2和 B72—8—11b的受体为 L88—31，导入的基
因包括标记基因 gus和 bar，而 目的基因分别为
lAx1和 1Dx5；B73—6—1的受体为 L88—6，导入的基
因包括标记基因 gus和 bar，目的基因为 1Dx5。3个
转基因品系均为第 5代材料。对照(受体)材料 L88—
6和 L88—31是从澳大利亚春小麦品种 Olympic和
Gabo杂交后代突变体中得到的姊妹系，供试材料详
细背景见表 1。转化质粒中的启动子有 2种，标记基
因的启动子为玉米广谱启动子，目的基因的启动子
为胚乳特异性启动子。湖北省当地品种亦作为本次
试验的对照材料。
表 1 “中间试验”材料名单及背景
Table 1 The background of the varieties in the field test
田间试验采取随机区组设计，2区组，每处理重
复 6次；每小区面积 1 Ia_。，长宽各 1 m，沟宽 0．5 m}
每小区种植 6行，行间距 2O cm}根据湖北省的土
壤、气候条件，按每公顷 225"-300万苗的播种量进
行播种；条播，播种深度为 2～3 cm；试验地四周设
有保护行，宽 2 m；田间栽培管理措施参照小麦区域
试验的要求进行。
转基因小麦田间试验主要对供试材料的生长发
育、形态特征等各种农艺性状进行了观察记载，包括
播种期、出苗期、分蘖期、分蘖数、拔节期、抽穗期、开
花期、成熟期、株高、穗粒数、干粒重和小区产量等。
试验数据统计：各生长时期和主要农艺性状的
统计标准，按田间试验的要求进行记录；株高和分蘖
数是从每小区随机统计 3行各单株的数据。
从各供试转基因小麦品系的混合群体中随机选
取 12粒麦粒，重复 3次。将种子胚乳横向切成 3份，
带胚部分留着繁殖，中间部分作 SDS—PAGE检测，
剩余部分作 Gus检测。转基因小麦种子胚乳组织化
学检测(Gus检测)参照 Jefferson的方法[1 进行，将
切好的检测材料放入 96孔细胞培养板，加25 L X—
Gluc试剂，在室温下静置 2 h，根据显色情况确定阳
性或阴性，并统计阳性与阴性的分离比。
2 试验结果
2．1 供试材料生长发育各阶段物候期观察比较
从表 2中可以看出，在秋播情况下，从播种到成
熟，3个转基因小麦品系中L88—6和L88—31的全生
育天数在 200 d左右，与本地品种之间相差 10～
16 d；转基因小麦品系 B102—1—2和 B72—8—11b与其
受体材料 L88—31之间生育期基本相同；而转基因小
麦品系B73—6—1与其受体材料 L88—6之间生育期相
差 3 d，但统计学上也不存在显著差异。从各个生长
发育阶段来看，3个转基因小麦品系分蘖期较本地
品种迟 10．-~12 d，而与其受体材料 L88—6和 L88—31
表 2 供试材料物候期观察统计结果
Table 2 Phenophase results of the varieties (day)
播种至 出苗至 分蘖至 拔节至 抽穗至
出苗天数 分蘖天数 拔节天数 抽穗天数 开花天数
Days from Days from Days from Days from Days from
供试材料 dlimg
g
to e
t
e
|Il
d
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li n
i
g
gt。 ： ntgi tgo et。lon pg．kiat ng ；
Material 。。。 —。。。。 —— 。。。。‘—’ 。。。 ——。。。 —。。。。 — 。。。。‘—’ 。。。 ～ 。。。 —。。。。 —’ 。。。。’‘— 。。 ‘——
春播 秋播 春播 秋播 春播 秋播 春播 秋播 春播 秋播
Sping Autumn Sping Autumn Sping Autumn Sping Autumn Sping Autumn
sowing sowing sowing sowing sowing sowing sowing sowing sowing sowing
春播 秋播
Spin
．
g Autu
．
m n
sowing sowing
生育期
Days from
sowing to
maturing
春播 秋播
Sping Autumn
sowing SOWlng
21
18
21
2O
19
2O
19
45 1O1 205
45 99 205
45 1O0 206
48 1O0 205
46 99 208
45 92 192
46 1O2 195
一～一 O 1 1 O2 5333397887985558O64422219O6
7 7 7 7 7 7 7
9
兰； 一一一 一
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286 武 汉 植 物 学 研 究 第 22卷
基本一致；抽穗期较本地品种迟 1～5 d。总的来看，
3个转基因小麦品系在生长发育各阶段所需的天数
与其受体材料 L88—6和 L88—31基本一致，生长特性
没有发生变化。
从 2次试验结果来看，在春季播种的情况下，3
个转基因品系及其受体品系和 2个本地品种的生育
期只有 100 d左右，比秋季播种的减少了 50 ；从播
种到抽穗 ，秋季播种的约需 148 d，春季约 62 d，生育
天数减少了 58 ；从开花至成熟 ，秋播历时 45～
48 d，春播约需 30～35 d，灌浆时间春播 比秋播少
13～15 d。从以上的统计结果可以看出，无论是转基
因小麦或普通小麦，由于环境条件的改变，其生长发
育也发生了明显的变化，主要表现在生长发育进程
加快，生育期缩短。环境条件的这种影响对于转基因
小麦或普通小麦来说是相同的。
2．2 农艺性状
从生长发育、农艺性状表现来看，3个转基因小
麦品系及其受体品系幼苗习性为半匍匐，均属弱冬
成生活周期；从长相长势来看，拔节抽穗后 ，3个转
基因小麦品系群体整齐度稍差，与其受体品系相比
在幼苗习性、株型、叶形 以及穗形上没有明显的变
化，基本保持了其受体材料的农艺特征。
从表3可以看出，在春季播种的情况下，转基因
小麦品系 B72—8一lib与 L88—31在株高上高于受体
材料，存在极显著差异。B102—1—2与 L88—31、B73—6—
1与 L88—6之间在小区产量上比对照低 ，存在显著
差异或极显著差异。在秋季播种的情况下，B72—8一
llb与 L88—31在株高、和小区产量上均 比对照高，
存在显著差异或极显著差异；而千粒重 比对照低，存
在显著差异。B102—1—2的千粒重比对照低，存在显
著差异 ；小区产量比对照的高，存在极显著差异。
B73—6—1与 L88—6之间，除穗粒数外 ，株高、千粒重
和小区产量比对照明显降低，存在极显著差异；而分
蘖数比对照高，存在显著差异。对转基因品系及其受
体 品系小区产量 (秋播)作进一步的方差分析表 明
(表 4)，各供试材料重复间在小区产量上不存在显
性小麦，在湖北武汉地区春播和秋播的情况下能完 著差异，但各品系之间存在显著差异。
表 3 供试材料的农艺性状比较
Table 3 Agrinomic performances of the varieties
L88-31 80．7 104．1 4．7 4．8 16．8 25．9 22．5
B72—8一llb 95．0。。 108．8 5．5 4．7 21．6 25．8 23．4
B108—1—2 84．8 104．1 4．5 4．4 16．7 23．4 23．2
LSDo．05 4．6 4．4 1．1 0．9 5．1 3．8 1
． 8
LSDo．01 6．3 5．7
L88—6 86．2 99．i 4．3 3．9 19．4 27．5 25。8
B73—6—1 85．8 92．9。’ 4．8 4．8。 21．0 28．4 24．8
LSDo．05 4．1 4．2 1．0 0．9 4．4 6．3 1．5
LSDo．01 5．6
*0．05显著水平 I**0．01显著水平。
* Significance at 0．05 leve1． ** Significance at 0．01 level
表 4 供试材料(秋播)小区产量方差分析
Table 4 The var{ance analysis of wheat varieties
yield under autumn sowing
小麦的株高、分蘖能力、穗粒数、千粒重和产量
等主要农艺性状，除受品种本身的遗传特性影响外，
还和土壤肥力、种植密度、种植地区环境条件等因素
有关。
对秋播材料小区产量的分析表明(表 5、表 6)，
转基因小麦品系及其受体品系在小区产量上比本地
品种低，存在极显著差异。这可能与受体材料本身的
遗传特性以及适应性有关。而转基因材料与其受体
之间，在小区产量方面也发生了一些变化 ，统计分析
结果均达到极显著水平。从表 6可以看出，B72—8一
● ● ■
● ● ●
7 5 6 9 9 2 O O 8
● ● ● ● ● ● ● ● ● 6 6 8 Z 7 2 Z 3 Z
1 4 3 1 1 1 5 Z 3
3 3 3 4 3
●
● ●
Z 3 7 6 8 4 3 8 8
● ● ● ● ● ● ● ● ● 5 5 Z O 4 2 5 1 1
4 5 3 1 1 4 8 Z 3
1 1 1 o 1
● ● ■
9 3 1 4 O 4 5 O 4
n ∞ z
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第 4期 林 刚等 ：转基因小麦 中间试验”与农艺性状评价 287
表 5 新复掘差测验
Table 5 The DUlLC~]I’s ana【ys Ls
表 6 供试材料(秋播)新复搔差测验结果
T ble 6 The e~aminadon resu]【of
au cumn SOWtng varle【les
l1b和 B102—1—2与 L88—31以及 B73—6一l与 L88—6
之间在小区产量上均存在极显著差异；而转基固品
系之问，B72—8一llb、B102一I-2和 B73—6—1之间不存
在显著差异。B72—8一¨ b和B102 1—2的小区产量比
对照(L88—31)高，B73—6—1的比对照(L88—6)低 转
优质蛋白质基因的转基因小麦千粒重和小区产量降
低可能与其蛋白质含量提高有关。从凝胶电泳图(图
1)上也可以地看出．B73—6 1的 IDx5亚基条带比
L88—6的明显加粗 。
从 2次“中间试验”的结果来看，陈穗粒数外，7
个供试材料第一次与第二次试验结果．在株高、分蘖
数、干粒重和小区产量等方面都存在显著差异或般
显著差异 引起转基因小麦农艺性状发生变化的主
要原因不仅与栽培地区的气候条件以及栽培措施
有关．包括温度、光照和栽培管理方法等+也可能与
遗传操作引起基因型改变有关。在武汉地区春季播
种小麦，由于开春 后气温逐渐升高，日照时间逐渐
圉 1 供试材料 SDS—PAGE图谱
Fig．1 SDS—PAGE reNuh s of the varieties
变长．小麦生长速度和发育进程比砒播的明显加快。
因而营养生长时间减少．生育期缩短+影啊有效成分
的积累，从而使穗粒数和千粒重降低，产量明显下
降，
2．3 组织化学检测
对供试 lf才料 的种子进 行组织 化学 和 SDS—
PAGE检测结果表明(表 7)，在转基因小麦品系
B73—5一l和 B72—8一l1b后代中导八的标记基因(gus)
和目的基固(tDx 5)均能表达：而 B102—1 2的籽粒
经 gus检测无显色反应，经 SDS—PAGE检测 ，lAx1
基 图能正确表达。SDS—PAGE检测还发现 B73—6—1
的 IDx5条带明显比对照的粗，可能 1Dx5亚基在
B73—6一l品系巾发生超表选现象
表 7 转基因小麦外源基因表达检到结景
Table 7 Analysis of the expression ol targel
genes ln transRen}c whea
注： 十 表示阳性反应1⋯ 表示阴性反应。
N0’e ：。+ ”帆 n COIour reacdon， 一 ⋯ ⋯ 0n co[0⋯ 一
aci[on．
；
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288 武 汉 植 物 学 研 究 第 22卷
[2 J Altman D W，Stelly D M，Mitten D M．Quantitative
3 讨论 trait variation in phenotypicaly normal regenerants
of cotton D]．／n vitro cell dev biol，1991，27：132一
连续 2次“中间试验”的结果表明，转基因小麦 138．
在春季和秋季播种情况下，植株个体生长发育正常， S
c
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形态特征未发生较大改变，能正常完成生活周期。但 m c1o s f om calus cuItures[J]．Ge o ，1989，
由于基因型和栽培条件的影响，转基因小麦品系在 ， 32：762～770．
．
高、千粒重和产量方面均发生了一些变化，这种变 莒 Sv, Wriatri。k enit nthD ,i Shu nritB ,Z ho。nfg H。reS,。ti。ck e n
．
化可能与基因型的改变有关。一般来讲，小麦籽粒蛋 m
， ，
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、
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．
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、
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白质含量与产量成反比，引起千粒重和产量降低的 ：。z7e52(Z—ea76m1a．y L‘’u上 ¨ ∞
原因是否与外源基因超表达，引起种子储藏蛋白含 [5] Benedict J H，Sachs E S，Altman D W，Deaton W
量提高有关，需要进一步进行检测分析。 ，Koh R
，
J，Ring D R ，B
．
erbericn S A
．
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⋯
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．
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在试验中观察到少数转基因株系的个别单株生 secticida1 Droteins -forr-res。istance。to - -d liofhis
长发育与群体不一致，如抽穗、开花、成熟和整穗不 virescen$and Heliocover pazea[J]．EfD Ent，1996，
结实等。从国内外研究报道来看，许多学者认为在遗 [6] I 。 。 。f M l l m t。i th。m。t
传转化过程中，组织培养、外源基因导入、选择剂筛 intron of the AdhI—S gene of maize results in novel
选等过程都会引起染色体变异，如突变、断裂、易位 pr，o。c。es。sing “ 。[J]．PL。 ‘Ce ，1990 )：
等，产生一系列的体细胞克隆变异 。 ，从而造成转 [7] van L M，Vanderhaeghen R，Van M M．Insertiona1
基因植物后代在农艺性状E产生一系列变化；另外 mutagenesis in Arabidopsis thaliana：isolation of a
一 个原因是由于外源基因插入位点造成 位置效应 吕 LD，ink^e户dzm ut槲atio，n1t9ha1t，al8t1er：。2l7ea hobgy
引起的 -7]。许多学者的研究 。 都发现了类似的现 [8] Bao P H，Granata S，Castiglione S，Wang G，Gior一
象。Barro等m 认为转基因小麦株系从抽穗到抽穗 Dda n iC
K
, C
， 置 isC l,DFa．t 三：
完毕所需的天数较长可能与体细胞克隆变异、组织 dence for genomic changes in transgenic rice(Oryza
培养诱导和转化过程等因素引起染色体变异有关。 阳n ～
， dn ro ：rotoplas LJ』 ’
Lynch等[H]报道转基因水稻的植株变小、花期推迟 [9] Bregitzer P，Halbert S E，Lemaux P G．somac1ona1 Xc rI“一i 3’■J u ：‘ 1uo‘
竺 竺 璺 虫娄 var∞ia ti 篙 ： ． “ u 高
、穗长、育性、单株产量和千粒重等明显降低，而单 [1o]H y 。hi二 t。A， i z，M，u ．N：。A p thyI 。gIy～
株分蘖数增多，落粒性增强，开花期推迟，后期叶片 col‘mediated protoplast transformation system for
转色速度慢。 。o
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对供试材料组织化学和 SDS～PAGE检测结果 [儿] Peng J，Kononowicz H，Hodges T K．Transgenic in
表明，3个转基因小麦外源基因均能遗传给下一代， ri
⋯
ce pl [J]· ∞^ App Ge州 ，1992，83：
功能得到正确表达。B102—1—2品系gus基因发生丢 [12] Cai W Q，Fang R X，Shang H s，Wang X，Zhang F
失或沉默，目的基因能稳定遗传并正确表达。 L，Li Y R，Zhang J C，Cheng x Y，Wang G L，Mang
通过植物基因工程技术将外源优质高分子量麦 ：c “： 。
谷蛋白亚基基因导入到小麦品种中，其后代 目的基 biosafety assesment[J]．Molecular Breeding，
因能够稳定遗传，功能得到正确表达。转基因小麦的 [13] 譬 蠹 P，L 。 i P A，sh w P R，
生长发育表现和主要农艺性状基本保持了原受体品 Martin A，Balesteros J．Field evaluation and agro．
量 。墨． 因小麦 系 产量比本地小麦 寮 m2oan2c，e he LJ T 品种低
，但这种带有标记基因同时含有优质品质基 [14] L～ynch P T，Jo 。J，Eyl 。P S，BI kh l N W
。
因的材料可作为一种杂交亲本加以利用，为杂交后 Coc
．
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E C， o r J ， Davey M R
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代早期单株选择提供帮助。 p 。 。 ： ：
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