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项目名称:访花昆虫及其对水稻转基因流的影响

项目第一完成单位:农业与生物技术学院 项目负责人:陈学新

项目简介

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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,主要依靠自然风传播花粉。因此,千百年来访花昆虫在水稻授粉中的作用一直未被关注。但是,在转基因作物生态安全备受争议的背景下,访花昆虫在水稻花粉传播中的作用开始引起人们的极大关注。那么,访花昆虫究竟能否传播水稻花粉而引起水稻的异花授粉?

针对这一前沿性科学问题,陈学新教授领衔的研究团队,围绕访花昆虫及其对水稻转基因流的影响机制进行了创新性研究。五年多的系统性、多学科协同攻关的研究结果于2014年6月27日在英国生态学会主办的国际著名期刊《Journal of Applied Ecology》上在线发表。该成果一经发表,就受到国际学术界广泛关注,7月3日《Nature》在第一时间以“Rice pollen goes the distance”为题重点介绍了这一重要原创研究成果。

本项目完成了世界上迄今为止针对水稻访花昆虫及其携带花粉的时空跨度最大的系统研究,不但发现水稻扬花期有多达510余种昆虫访花,而且发现其中许多种类,特别是多种蜜蜂,平均每头能携带400多粒水稻花粉。意大利蜜蜂在不同地理区域总是有规律地访问水稻花并采集花粉,能将水稻花粉携带到距离花粉源至少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100米的距离要远得多,突破了目前学术界对水稻花粉传播的传统认识。以转基因水稻作为花粉供体,常规水稻母本作为受体,经三年田间重复网罩试验,对150万粒常规水稻F1代种子的生物测定和分子检测表明,有蜜蜂授粉试验区的杂交率比没有蜜蜂授粉的提高了4~15倍,表明蜜蜂访花能显著提高花粉介导的水稻基因流。

本项研究结果(1)在人类历史上首次揭示了自花授粉的水稻还存在虫媒介导的异花授粉途径;(2)更新了人类对访花昆虫促进水稻异花授粉的认识,赋予了水稻传粉生物学以全新的内容和机制;更重要的是,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;(3)对转基因水稻而言,有可能存在访花昆虫引起的长距离转基因逃逸的风险。

 

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项目团队

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  项目负责人陈学新教授是教育部“长江学者”特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、973项目首席科学家。现任浙江大学农业与生物技术学院常务副院长、昆虫科学研究所所长、农业部农业昆虫学重点实验室主任、国务院学位委员会第七届学科评议组成员,主持973项目、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、转基因生物新品种培育重大专项等。参与这项研究的还有昆虫所的叶恭银教授和沈志成教授,他们二位都是国家杰出青年科学基金获得者。中国农业大学、南开大学、美国University of Georgia、University of Missouri等国内外大学6个相关实验室也参与了合作。主要研究人员还包括3名副教授、2名讲师、3位博士后、17位研究生的研究团队。

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