基于模型的中国玉米基因飘流风险评估开题报告
2022-01-11 04:01
全文总字数：6808字
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
玉米(Zea mays L)是世界上种植面积最大，分布最广的作物之一。2014年，全球的玉米种植面积达1.83亿公顷，产量达1.022亿吨[1]。中国是世界上第二大玉米生产国，我国国内玉米的种植面积和产量均位居第一位。2015年全国玉米种植面积达3811.9万hm2, 总产量22463.2万吨[2-3]。近年来，随着转基因作物的发展，转基因玉米已成为第二大商业化转基因作物。1996年转基因玉米商业化种植以来，其种植面积不断扩大。2010年，世界上29个种植转基因作物的国家中有16个国家种植商业化转基因玉米[4]。2014年全球转基因玉米种植面积达5520万公顷，占玉米种植总面积的30%[5]。由于玉米在我国农业生产中的地位，转基因玉米得到国家和广大科技工作者的重视，我国转基因玉米研究进展较快，转植酸酶玉米已获得安全证书，转抗虫，抗除草剂基因玉米的研究也取得了明显进展，转基因玉米在我国即将进入生产阶段[6-7]。
玉米是异花授粉植物，天然异交率高。通过风力、昆虫等媒介，转基因玉米花粉中的外源基因会传播到非转基因物种上，从而会引发对生物多样性、环境安全、生态系统的潜在风险。它的远距离基因飘流风险远大于其他作物。为了控制这种转基因作物所带来的生态风险，普遍采用的方法是设置合适的隔离距离[8-9]。
目前，不同国家和机构规定的转基因玉米种植隔离距离各不相同。SCIMAC则规定，饲用玉米和甜玉米的推荐分离距离分别为80 m和200 m，以保持99%的籽粒纯度[10]。OECD规定玉米制种时的隔离距离为200m[11]。在中国，转基因玉米与非转基因玉米之间的强制隔离距离为300米(中国生物技术委员会) [6]。然而，在实际的农田中，特别是在面积较小的地区，隔离距离不太可能达到200米或300米。200米或300米的隔离距离会损害农民的经济利益。其次，目前世界上有关转基因玉米种植的隔离距离数据多来自于国外，影响玉米基因飘流的因素众多，不同气候条件和种植条件下得到的玉米基因飘流数据具有局限性，我国地域辽阔，跨越寒带、温带、热带，地形复杂，有山地、高原、平原、盆地、丘陵等多种地形地貌。基于外国研究确定的玉米种植隔离距离是否适用于中国的玉米种植也是一个未知数。
因此，根据我国的玉米种植状况，利用玉米基因飘流模型，估算玉米基因飘流的阈值距离，为有关部门制定转基因玉米隔离距离提供参考和依据。国内外研究现状
一、国内外玉米基因飘流距离（MTDs）研究结果
为了控制转基玉米带来的生态风险，国内外进行了大量的田间试验和模拟研究来获取转基因玉米的基因飘流率和最大基因飘流距离。
一是试验方法。科学家们在美国、加拿大、西班牙、英国、中国、瑞士、墨西哥等地相继进行了试验，结果表明，基因飘流的频率随着距离的增加而下降。MTD1%为200m[12]、20m[13]、25-40m[14]、18m[15]、24.4m[16]、28m[17]、60m[18]、30m[19-20]、5-30m[21]、100m[22]、60m[23]、50m[24]、50m[25]、45m[246]、20m[27]。MTD0.1%为258m[16]、119m[18]、80m[19-20]、100m[23][27]、300m[26]。
另一种是模型方法。即根据玉米花粉在大气中的扩散规律和数量估算转基因玉米的基因飘流率和飘流距离。花粉扩散模型主要有欧拉模型、拉格朗日随机模型和高斯烟羽模型。Hu et al [28]利用高斯烟羽模型为基础，以气象台站记录为输入数据，建立了一个简单区域适用的玉米基因流模型，模型结果表明MTD1%为50m。胡继超等[29]根据国家气象站的监测资料，基于大气扩散理论和玉米生物学原理，利用负指数函数模拟基因飘流率，得到在东北玉米区，MTD1%为45m ，MTD0.1%为300m。归纳以上数据可知，MTD1%为18—100m, MTD0.1%为80—300m。
附表：各国学者有关MTDs的研究结果
作者 | MTD1% | MTD0.1% | 试验材料 | 试验地 | 参考文献 |
Salamov等 | 200m | — | — | — | [12] |
Betaman等 | 20m | — | — | 英国 | [13] |
Messean等 | 25-40m | — | — | — | [14] |
Simpson等 | 18m | — | — | — | [15] |
Henry 等, | 24.4m | 258m | BT转基因玉米和常规玉米 | 英国 | [16] |
Ma等 | 28m | — | BT转基因玉米和常规玉米 | 英国 | [17] |
路兴波等 | 60m | 119m | 抗除草剂转基因玉米和非转基因玉米 | 中国 | [18] |
Weeks等 | 30m | 80m | T25与常规玉米 | 英国 | [19] |
Googi等 | 30m | 80m | 白粒常规玉米和黄粒、Bt转基因玉米、RR转基因玉米 | 美国 | [20] |
Pla等 | 5—30m | — | 抗虫转基因玉米（黄粒）与非转基因玉米（白粒） | 西班牙 | [21] |
Bannert等 | 100m | — | 白粒玉米和黄粒玉米 | 瑞士 | [22] |
邸宏等 | 60m | 100m | 转Bar基因抗除草剂玉米和玉米郑58 | 中国 | [23] |
Devos等 | 50m | — | — | — | [24] |
Langof等 | 50m | — | — | 德国 | [25] |
卢宗志等 | 45m | 300m | 紫糯18和吉单35 | 中国 | [26] |
Baltazar | 20m | 100m | 黄粒转基因玉米和白粒玉米 | 墨西哥 | [27] |
胡凝等 | 50m | 125m | 紫糯18、吉单35和苏608 | 中国 | [28] |
胡继超等 | 45m | 300m | 紫糯18和吉单35 | 中国 | [29] |
2. 研究的基本内容
1、计算全国玉米基因飘流最大阈值距离（mtd）。利用玉米花粉扩散模型和基因飘流模型，以全国24个省作为研究对象，将这些省份的1951—2015年玉米抽雄期的风向、风速、气温、相对湿度、日照时数的气象要素的定时数据作为输入值，预测不同距离上的基因飘流率，得到1951—2015年不同阈值标准下的最大阈值距离（mtd）。
2、分析全国玉米基因漂流mtd 的空间变化规律。根据模型得到的玉米基因漂流最大阈值距离，分析我国玉米基因漂流mtd的空间变化规律。
3、分析南繁基地海南的玉米基因飘流距离及空间分布。海南岛地处热带，属热带季风气候，长夏无冬，素来有“天然大温室”的美称，光温充足，雨量充沛，是南繁育种的理想基地。考虑到海南虽然没有大面积种植玉米，但该地是众多育种单位的南繁基地，每年有大量南繁材料在这里加代、扩繁。如何避免或减少大批南繁材料之间的相互串粉，保证品种纯度已成为突出问题。因此，将针对海南花期相对分散的特点，单独分析其基因飘流距离。
3. 实施方案、进度安排及预期效果
一、实行方案和进度
1）2017年12月，确定论文题目，提交任务书；
2）2018年2月，阅读相关文献，提交开题报告
4. 参考文献
[1]fao global maize statistics, in (food andagricultural organization of the united nations, 2015).
[2]国家统计局.中国统计年鉴[m].北京:中国统计出版社,2016.
[3]农业部农业机械化管理司.全国农业机械化统计年报[m].北京:中国农业出版社,2015.
