李 寧， 何康來， 崔 蕾， 王振營

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，植物病蟲害生物學(xué)國家重點實驗室，北京 100193）

隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的飛速發(fā)展以及轉(zhuǎn)基因玉米的大面積推廣應(yīng)用，在關(guān)注轉(zhuǎn)基因玉米所帶來的巨大的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益的同時，轉(zhuǎn)基因玉米及其產(chǎn)品的安全性問題也引起了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注［1－2］，在發(fā)展我國農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的同時，對轉(zhuǎn)基因玉米及其產(chǎn)品的安全性加強監(jiān)督非常重要。對轉(zhuǎn)基因玉米的安全性評價主要從兩個方面來考慮：一個是環(huán)境安全性，一個是食用安全性。轉(zhuǎn)基因玉米的環(huán)境安全主要針對的是基因漂流、對自然生物群落的影響和靶標(biāo)害蟲對轉(zhuǎn)基因玉米抗性的產(chǎn)生。本文對近年來轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米環(huán)境安全性的研究進(jìn)行回顧和總結(jié)。

1 基因漂移

轉(zhuǎn)基因植物基因漂移的途徑大致有兩個：一是通過轉(zhuǎn)基因植物的種子或組織擴(kuò)散到新的生境中，并生存下來；二是通過花粉向同種或近緣種非轉(zhuǎn)基因植株轉(zhuǎn)移。

眾所周知，玉米是人類長期馴化的栽培作物，雖然在栽培地每年遺撒的種子可在翌年產(chǎn)生自生苗，但在自然生境下很難長期自然繁衍生存，如并沒有某個自然環(huán)境中有大量自生玉米的報道。因此，在非人為干擾的情況下，栽培玉米品種基本不可能在自然生境下大量自生繁衍而占據(jù)生境。

在轉(zhuǎn)基因玉米種子的生產(chǎn)、儲藏、運輸、貿(mào)易及引種等過程中都會產(chǎn)生基因的流動。一些動物取食轉(zhuǎn)基因玉米種子，沒有完全消化的種子可能隨動物移到其他地方。轉(zhuǎn)基因玉米種子被鳥類取食后，其消化道中沒有被消化的種子仍具有發(fā)芽能力，種子可在野雞和野鴨的食道和砂囊中保持幾個小時，隨糞便排出后發(fā)芽率在93%和50%［3］。用轉(zhuǎn)基因玉米種子喂養(yǎng)野鹿，隨野鹿糞便排出的種子可以發(fā)芽的很少［4］。被動物取食的轉(zhuǎn)基因玉米種子要發(fā)芽繁殖，很大程度上取決于取食者的種類、玉米品種、取食地點、環(huán)境土壤條件和種子條件［4］。從目前轉(zhuǎn)基因玉米田間試驗結(jié)果來看，轉(zhuǎn)基因玉米在生長勢、越冬能力等方面并不比非轉(zhuǎn)基因植株強，轉(zhuǎn)基因玉米的生存競爭力沒有增加［5］。

花粉傳播導(dǎo)致種間雜交引起的基因漂移必須滿足幾個條件：作物與近緣種間的距離花粉可以傳遞、花期相遇和雜交后可產(chǎn)生后代、基因可以遺傳表達(dá)［6］。近年來有許多花粉傳播安全距離或監(jiān)控模型的研究。對美國孟山都公司的耐除草劑轉(zhuǎn)基因玉米GA21的外源基因向周邊環(huán)境遺傳漂移的研究認(rèn)為，最大的漂移頻率為45．1%，150 m處仍能檢測到外源基因的漂移，設(shè)置隔離帶的距離以200 m以上為好［7］。對玉米生產(chǎn)田的異型雜交進(jìn)行了統(tǒng)計分析，在35 m處異型雜交率為0．4%，而在大于等于100 m的地方異型雜交率不大于0．05%；轉(zhuǎn)基因玉米花粉源周圍帶有當(dāng)?shù)氐囊恍┓寝D(zhuǎn)基因玉米產(chǎn)生的高密度的花粉可以減小異型雜交的程度［8］。用拉格朗日數(shù)字模型研究了冠層空氣對玉米花粉擴(kuò)散的作用，認(rèn)為用此模型監(jiān)測花粉的擴(kuò)散方式是實際可行的［9］。Angevin等提出了關(guān)于玉米異花傳粉的MAPOD模型，該模型包括玉米地塊的大小、形狀，轉(zhuǎn)基因玉米與非轉(zhuǎn)基因玉米分布情況，開花的時期和動力等影響因素，可以用來指導(dǎo)轉(zhuǎn)基因玉米和非轉(zhuǎn)基因玉米共存的條件和監(jiān)控［10］。

玉米及其近緣種原產(chǎn)于中美洲大陸，我國沒有與玉米親緣關(guān)系較近的大芻草或摩擦禾屬植物，所以目的基因不可能通過天然雜交向其他植物轉(zhuǎn)移，即不可能發(fā)生外源基因向玉米近緣種的飄移。

2 轉(zhuǎn)基因玉米對玉米田節(jié)肢動物多樣性的影響

轉(zhuǎn)基因玉米對玉米田節(jié)肢動物多樣性的影響主要包括對相關(guān)非靶標(biāo)植食性昆蟲、天敵昆蟲、資源昆蟲和傳粉昆蟲等有益生物以及受保護(hù)物種等的潛在影響。近來關(guān)于轉(zhuǎn)基因作物是否會帶來非靶標(biāo)害蟲數(shù)量上升和天敵昆蟲數(shù)量的下降已引起了廣泛的爭論［11］。雖然有研究數(shù)據(jù)說明轉(zhuǎn)基因作物不會產(chǎn)生類似的生態(tài)風(fēng)險問題，但反對者總以試驗范圍小、年份不連續(xù)等原因?qū)@些試驗結(jié)果提出質(zhì)疑。

2．1 對非標(biāo)靶害蟲的影響

蚜蟲（玉米蚜Rhopal osiphu m maidis、禾谷縊管蚜R．padi和麥長管蚜Macrosiphu m miscanthi）作為玉米的主要刺吸式害蟲，轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲玉米對這些非靶標(biāo)刺吸式害蟲的影響已有研究報道。多數(shù)研究報道認(rèn)為Bt殺蟲蛋白能通過食物鏈進(jìn)入害蟲體內(nèi)，但通過比較蚜蟲取食轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲玉米和常規(guī)玉米的死亡率、發(fā)育速率、有翅蚜比率、生殖前期和生殖期、生殖力和內(nèi)稟增長率、周限增長率和種群凈增殖率、壽命和繁殖歷期等生物學(xué)參數(shù)，并未發(fā)現(xiàn)兩者之間存在顯著差異［12－14］。轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲玉米（MON810）田和非Bt玉米田中的蚜蟲發(fā)生量沒有顯著差異，而在噴灑了殺蟲劑的非Bt玉米田中的禾谷縊管蚜發(fā)生更重，同時獵物豐盛使得捕食者七星瓢蟲（Coccinell a septempunctata）的數(shù)量亦顯著增加［15］。

非靶標(biāo)害蟲玉米跳甲（Chaetocnema pulicuria）、日本弧麗金龜（Popillia j aponica）和十一星根葉甲（Diabrotica undeci mp unctata）取食表達(dá)Cry1 Ab蛋白的Bt玉米，其體內(nèi)都可檢測到一定量的Cry1 Ab蛋白［16］。取食葉片上有2 000粒／c m2轉(zhuǎn)Bt基因玉米（MON863）花粉的羊蹄（Ru mex j aponicus）葉片，對茄二十八星瓢蟲（Epil achna vigintioctop unctata）和草莓小螢葉甲（Galer ucell a vittaticollis）幼蟲的生存和發(fā)育沒有影響，且田間羊蹄葉片上的花粉量達(dá)不到此密度［17］。轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米田和非轉(zhuǎn)基因玉米田周圍雜草中主要鱗翅目昆蟲小菜蛾（Pl utell a xyl ostell a）和菜青蟲（Pieris r apae）在數(shù)量上也沒有顯著差異［18］。

由此可見，轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米本身并不會對非靶標(biāo)害蟲的發(fā)生產(chǎn)生任何直接的影響，即轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米生態(tài)系統(tǒng)不會直接引起非靶標(biāo)害蟲地位演化。但種植轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米，會改變靶標(biāo)害蟲傳統(tǒng)綜合治理體系的技術(shù)構(gòu)成，如減少化學(xué)殺蟲劑的使用，這可能引起某些非靶標(biāo)害蟲種群發(fā)生改變，即轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米生態(tài)系統(tǒng)下非靶標(biāo)害蟲地位演化是由靶標(biāo)害蟲原有防治方法的改變所引起。

2．2 對天敵等有益節(jié)肢動物的影響

2．2．1 對捕食性天敵的影響

瓢蟲是玉米上一類重要的控制害蟲種群的多食性天敵昆蟲。取食轉(zhuǎn)Bt基因（cr y1 Ab、cr y3Bb）玉米花粉的瓢蟲（斑鞘飾瓢蟲Coleomegill a macul ata、異色瓢蟲Har monia axyridis）其生存適合度參數(shù)沒有受到顯著影響［19－21］，其體內(nèi)的α－乙酸萘酯酶、乙酰膽堿酯酶以及谷胱甘肽－S－轉(zhuǎn)移酶活性與對照沒有顯著差異［21］。取食在Bt玉米上繁殖的玉米蚜和表達(dá)Cryl Ab殺蟲蛋白的玉米花粉對龜紋瓢蟲（Propylea j aponica）生長發(fā)育和繁殖力沒有顯著影響［20］。

用轉(zhuǎn)基因玉米MON863的花粉添加到蜂蜜中飼養(yǎng)小花蝽（Orius spp．）14 d，沒有對小花蝽的存活和生長造成不利的影響，并且飼料中的Cry3Bb1含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實際轉(zhuǎn)基因玉米植株中的Cry3Bb1含量，所以轉(zhuǎn)基因玉米MON863不會對小花蝽的生長發(fā)育產(chǎn)生負(fù)面影響［22］。

Cr y1 Ab蛋白可通過食物鏈——轉(zhuǎn)cr y1 Ab基因玉米－歐洲玉米螟（Ostrinia nubil alis）－普通草蛉（Chr ysoperl a car nea）——進(jìn)入草蛉體內(nèi)并保持活性［23］。進(jìn)一步的試驗證明純化的Cry1 Ab蛋白或是通過食物鏈進(jìn)入的Cr y1 Ab蛋白對草蛉均沒有不利的影響［24］。捕食螨（Neoseiul us cucu meris）捕食了取食轉(zhuǎn)基因玉米和非轉(zhuǎn)基因玉米的葉螨后，其死亡率、發(fā)育歷期和產(chǎn)卵率均沒有顯著的差別［25］。在三級營養(yǎng)試驗中，Cry1 Ab蛋白的含量會隨著食物鏈的延伸遞減，轉(zhuǎn)基因玉米田中捕食性步甲（Poecil us cupreus L．）體內(nèi)Cr y1 Ab蛋白含量僅為8%，對步甲的幼蟲和蛹的生長發(fā)育均無影響［26］。

蜘蛛是玉米田中重要的捕食性天敵。對在轉(zhuǎn)基因玉米田和鄰近的蕁麻田中的蜘蛛連續(xù)3年的田間監(jiān)控表明，獵蛛的比例在蕁麻田更高，而球腹蛛科（Theridiidae）和皿蛛科（Linyphiidae）的比例在玉米田更多；與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ障啾菳t玉米田中蜘蛛的個體數(shù)量、種類豐富度和種群結(jié)構(gòu)沒有顯著差異，且2003年在Bt玉米田中的蜘蛛數(shù)量更多［27］。與對照相比，Bt玉米花粉對一種庭院蜘蛛（Ar aneus diadematus）體重的增加、存活率、反應(yīng)時間和結(jié)網(wǎng)的種類均無影響，而噴灑了擬除蟲菊酯的地塊中蜘蛛的這些生物學(xué)參數(shù)均受到顯著的影響［28］。

在西班牙中部對轉(zhuǎn)基因玉米田和常規(guī)玉米田地面上的節(jié)肢動物多樣性和季節(jié)變化的3年調(diào)查，記錄了蜘蛛、盲蛛、蜈蚣、土鱉蟲、隱翅蟲、埋葬甲、叩頭甲、地蜈蚣和姬蝽每年的變化情況，表明玉米田中的動物種群年份間有所不同，但同年間兩種玉米田間無顯著差異，轉(zhuǎn)Bt基因玉米田和非轉(zhuǎn)基因玉米田中的天敵是一致的［29］。

由此可見，無論是被直接攝取還是通過食物鏈傳遞，以及田間環(huán)境，均沒有發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因玉米對捕食性天敵有不利的影響。

2．2．2 對寄生性天敵的影響

玉米花粉可作為寄生蜂的補充營養(yǎng)。飼喂表達(dá)Cry1 Ab殺蟲蛋白的轉(zhuǎn)Bt基因玉米（MON810和Bt11）花粉，與飼喂非轉(zhuǎn)基因?qū)φ沼衩谆ǚ巯啾葘τ衩酌嘌鄯洌═richogr a mma ostriniae）的壽命、繁殖力、子代羽化數(shù)和性比均沒有顯著差異［30－31］。

轉(zhuǎn)基因玉米和Bt蛋白對寄生蜂寄主搜尋和寄生能力未見有顯著影響。倉蛾圓柄繭蜂 （Venturia canescens）對地中海粉斑螟（Ephestia kuehniella）Bt抗性品系和敏感品系的寄生率和羽化率沒有顯著差異［32］。人工飼料中加入純化的Cry1Ab蛋白對草地貪夜蛾（Spodoptera frugiperda）的寄生蜂－緣腹絨繭蜂（Cotesia mar giniventris）的存活、發(fā)育歷期和生長率沒有顯著的影響［33］。齒唇姬蜂（Campoletis sonorensis）對取食轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米和常規(guī)玉米的歐洲玉米螟幼蟲的寄生選擇性沒有差異，成蜂體內(nèi)沒有檢測到Cry1Ab蛋白［34］。

由于靶標(biāo)害蟲取食轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米后發(fā)育受到抑制而發(fā)育不良，即使是抗性品系其體重等往往與敏感品系在常規(guī)玉米上取食相比顯著要小，作為寄生蜂的寄主，其營養(yǎng)下降。因此寄生于取食轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米寄主的寄生蜂等常出現(xiàn)發(fā)育歷期延長、蟲體小、生殖力下降等。寄生于取食Bt玉米的斜紋夜蛾［Spodoptera litura （F．）］幼蟲的齒唇姬蜂，其成蜂體重比對照減少了15%～30%［34］。寄生于Bt抗性地中海粉螟幼蟲的倉蛾圓柄繭蜂發(fā)育歷期較長，但蟲體較寄生于Bt敏感寄主的寄生蜂大［32］。寄生取食了轉(zhuǎn)基因玉米的草地貪夜蛾的緣腹絨繭蜂，其發(fā)育歷期、成蟲大小和生育力都受到影響［33］。

轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米與昆蟲病原菌表現(xiàn)為加性效應(yīng)。取食轉(zhuǎn)cr y3Bb1基因玉米的玉米切根葉甲（Diabrotica vir gifera virgifera）的幼蟲變小，但對綠僵菌的敏感性沒有影響［35］。

2．2．3 對資源和傳粉昆蟲的影響

家蠶（Bombyx mori）是我國重要的經(jīng)濟(jì)昆蟲，與目前主要轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米靶標(biāo)害蟲同屬鱗翅目，轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米的商業(yè)化種植是否會對家蠶造成不良影響，是人們非常關(guān)注的問題。研究轉(zhuǎn)基因玉米對家蠶的影響結(jié)果表明玉米花粉達(dá)到15粒／c m2時，就可以明顯降低家蠶幼蟲的體重，在75粒／c m2時，與對照相比，家蠶幼蟲體重降低60%以上，個別幼蟲開始死亡［36］。因此在蠶區(qū)應(yīng)謹(jǐn)慎種植抗鱗翅目害蟲的轉(zhuǎn)基因玉米。

轉(zhuǎn)Bt基因玉米中抗鱗翅目害蟲的Cry1 Ab和Cry9C蛋白對蜜蜂沒有毒性［37］。室內(nèi)用轉(zhuǎn)基因玉米花粉飼喂4～5日齡的工蜂幼蟲與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ沼衩紫啾让鄯溆紫x和蛹的死亡率及蛹重均無顯著差異［38］。取食糖漿中拌入轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米花粉或Cry1Ab蛋白的蜜蜂存活率和下咽腺的生長發(fā)育均與相應(yīng)對照無明顯差異［39］。比較Cry1Ab蛋白、溴氰菊酯和吡蟲磷殺蟲蛋白對意大利蜜蜂（Apis mellifera）的影響發(fā)現(xiàn)，低濃度的Cry1 Ab蛋白3μg／kg（轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米MON810花粉中的表達(dá)量2μg／kg）對蜜蜂的學(xué)習(xí)能力無明顯影響［40］。而進(jìn)一步的研究表明，高濃度的Cry1Ab蛋白雖然對蜜蜂沒有致死作用，但會影響蜜蜂的喂養(yǎng)行為，當(dāng)?shù)鞍琢窟_(dá)到5 000μg／kg（相當(dāng)于轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米176玉米花粉中的表達(dá)量）時，蜜蜂的學(xué)習(xí)能力受到影響，這會影響蜜蜂的覓食能力［41］。目前轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米176已經(jīng)終止登記，停止在生產(chǎn)中應(yīng)用。

2．3 對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響

轉(zhuǎn)Bt基因玉米的廣泛推廣，在大田種植過程中，轉(zhuǎn)Bt基因玉米植株殘體、根系分泌物和花粉等中的Bt殺蟲蛋白不斷進(jìn)入土壤生態(tài)系統(tǒng)，這些高度特化的外源Bt殺蟲蛋白是否會被土壤微生物降解，或者在土壤中積累和產(chǎn)生級聯(lián)效應(yīng)，從而對非靶標(biāo)土壤生物造成危害，進(jìn)而影響土壤生態(tài)系統(tǒng)安全，成為人們關(guān)心的一個重要問題。近年來關(guān)于轉(zhuǎn)Bt基因玉米是否對土壤生態(tài)系統(tǒng)造成危害進(jìn)行了大量的研究。

影響玉米殘體在田間降解和氮素礦化的主要因素是氣候條件，而與是否是轉(zhuǎn)Bt基因玉米無關(guān)［42］。轉(zhuǎn)Bt基因玉米（MON810和Bt11）的幼苗殘體在田間50 d完全腐爛，Cry1Ab蛋白完全降解或僅有微量殘留［43］。轉(zhuǎn)基因玉米殘體的分解方式與常規(guī)玉米相似，對生態(tài)和土壤體系沒有不利的影響［44］。

轉(zhuǎn)Bt基因玉米田中放線菌類和真菌的數(shù)量和脫氫酶與固氮酶的活性存在季節(jié)性的不同，但與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ障啾仍诩?xì)菌數(shù)量和活性上沒有改變［45］。利用胞外酶檢測的方法發(fā)現(xiàn)Bt玉米殘體與對照相比對土壤微生物群落和根的腐爛降解沒有影響，而殺蟲劑對土壤中微生物有更大的影響［46］。Bt玉米MON863田中土壤呼吸率和生物量要多于對照玉米田，并且在Bt玉米田和施用殺蟲劑的玉米田中固氮微生物有更高的活性，對殘體的固氮率和硝化率更高［47］。對不同種類型的Bt玉米與其對照進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，Bt玉米和對照的生長參數(shù)除地上部C／N比率不同外，在根部生物量、土壤中線蟲量和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)沒有明顯的區(qū)別，只是在不同品種間土壤中線蟲量有區(qū)別，在各個生長階段微生物群落結(jié)構(gòu)有所不同，但這和Bt玉米無關(guān)［48］。

ECOGEN公司通過研究轉(zhuǎn)Bt基因玉米對土壤中線蟲、原生動物、小型節(jié)肢動物、蚯蚓、蝸牛、腹足動物和菌根真菌等的影響發(fā)現(xiàn)，對田間土壤生態(tài)環(huán)境影響最大的是栽培作物類型、耕地類型和是否使用殺蟲劑，而與轉(zhuǎn)Bt基因玉米無明顯關(guān)系［49－53］。在Bt玉米和對照田中殘體分解者中有67%的彈尾目昆蟲、24%的螨、6%的環(huán)帶綱動物和少于4%的其他12種動物；在兩種玉米田中殘體的降解群落和速度也沒有明顯的區(qū)別［54］。Bt玉米對蚯蚓的體重和死亡率沒有顯著的影響［55－56］。蚯蚓可加速轉(zhuǎn)Bt基因玉米殘體中Cr y1 Ab蛋白的降解［57］。轉(zhuǎn)cr y1Ab基因玉米田土壤中秀麗隱桿線蟲（Caenor habditis elegans）的生長和繁殖與對照相比有明顯減少，并與Cr y1 Ab蛋白的濃度相關(guān)，當(dāng)其含量達(dá)到41 mg／L時則對線蟲產(chǎn)生明顯的抑制作用［58］。

3 靶標(biāo)害蟲的抗性及其治理策略

3．1 靶標(biāo)害蟲的抗性風(fēng)險

第1代轉(zhuǎn)基因玉米以抗鱗翅目和鞘翅目昆蟲為主。最初所轉(zhuǎn)基因為cr1 Ab，對包括歐洲玉米螟［59－60］在內(nèi)的多種鱗翅目昆蟲具有良好的防治效果。然而室內(nèi)汰選研究表明這些害蟲可以對Bt毒素產(chǎn)生抗性［61］。亞洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）是我國玉米的重要害蟲，亦是Bt玉米的重要靶標(biāo)昆蟲，室內(nèi)汰選表明其對Cry1Ab和Cry1Ac殺蟲蛋白可以產(chǎn)生顯著的抗性和交互抗性［62－63］。此外有報道表明在田間已分別檢測到對表達(dá)Cry1Ab和Cry1F蛋白的轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米產(chǎn)生一定抗性的玉米干夜蛾（Busseola fusca）和草地貪夜蛾種群［64－65］。由此可見，大面積、連續(xù)種植表達(dá)一種蛋白的轉(zhuǎn)單基因抗蟲玉米存在靶標(biāo)害蟲產(chǎn)生抗性的風(fēng)險。

3．2 害蟲抗性治理對策

要避免或延緩害蟲對轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米產(chǎn)生抗性，就必須實施抗性治理。雖然有許多延緩害蟲對Bt產(chǎn)生抗性對策的報道，而在包括美國在內(nèi)的大多數(shù)國家強制實施的是“高劑量／庇護(hù)所”策略［66－68］，其理論基礎(chǔ)是轉(zhuǎn)基因玉米表達(dá)的殺蟲蛋白能殺死所有敏感和雜合體幼蟲，非轉(zhuǎn)基因常規(guī)玉米庇護(hù)所產(chǎn)生的害蟲敏感個體與抗性個體成蟲進(jìn)行交配，使其后代成為雜合體，達(dá)到稀釋抗性基因的目的，從而延緩抗性的產(chǎn)生。當(dāng)抗性是隱性遺傳，抗性等位基因頻率低，而且敏感和抗性個體隨機交配時高劑量／庇護(hù)所效果最好。根據(jù)動力學(xué)模型推算，非轉(zhuǎn)Bt基因玉米或是其他作物的“庇護(hù)所”面積應(yīng)為玉米種植總面積的20%～30%，才能延緩敏感個體對轉(zhuǎn)Bt毒蛋白基因玉米抗性的產(chǎn)生。在“庇護(hù)所”的大小和害蟲散布有效結(jié)合的情況下，可以很好地延緩抗性的發(fā)展，小到中等的連續(xù)的“庇護(hù)所”要比許多小的“庇護(hù)所”的效果要好［69］。在以小農(nóng)戶種植為主的發(fā)展中國家（如中國、印度等）很難推廣“庇護(hù)所”措施。然而，在研究和治理棉鈴蟲對轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉抗性的實踐中發(fā)現(xiàn)，我國的這種以個體農(nóng)戶經(jīng)營為主的、棉鈴蟲多種寄主作物小規(guī)模交叉混合的種植模式，可為棉鈴蟲提供天然庇護(hù)所，有效地延緩了棉鈴蟲抗性的發(fā)展［70］。此種措施為今后轉(zhuǎn)基因玉米大面積種植提供了可借鑒的策略。

為了使高劑量／庇護(hù)所更易實施，針對玉米切根葉甲幼蟲轉(zhuǎn)移為害率低等特點，發(fā)展了“庇護(hù)袋”抗性治理策略，即將常規(guī)玉米種子與轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲玉米種子按一定比例混合后銷售［71］。這一策略將庇護(hù)所面積從20%降低到10%，同時增強了庇護(hù)所措施的可操作性。

已有報道表明室內(nèi)篩選的歐洲玉米螟對Bt的抗性是部分顯性遺傳，一個小菜蛾種群、煙芽夜蛾SEL品系的交互抗性也是不完全顯性遺傳［72－74］，抗、感種群幼蟲由于發(fā)育歷期的差異使成蟲不能隨機交配，而且現(xiàn)有的轉(zhuǎn)Bt基因作物很難全生育期高劑量表達(dá)殺蟲蛋白，無法確保種植20%的非Bt作物形成有效的庇護(hù)所，這些因素使高劑量＋庇護(hù)所策略受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。近年來開始采用雙（多）基因?qū)Σ?，即?yīng)用轉(zhuǎn)雙價基因玉米來防治鱗翅目害蟲，如轉(zhuǎn)cry1Ab和cry1F、cry1Ac－cry1Ie基因玉米等。

另外，要對轉(zhuǎn)Bt殺蟲蛋白基因玉米的抗蟲性和田間玉米螟種群抗性動態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，及時評估轉(zhuǎn)Bt基因玉米的抗蟲性水平，以確保轉(zhuǎn)Bt基因玉米抗蟲效果的穩(wěn)定。

4 轉(zhuǎn)基因玉米利用與發(fā)展前景

玉米用途廣泛，用作糧食、飼料、工業(yè)原料等，是我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)的支柱。近幾年市場對玉米的需求持續(xù)增加，玉米種植面積逐年擴(kuò)大，2008年起，玉米的種植面積超過水稻，成為種植面積最大的作物，種植面積達(dá)2 986萬h m2［75］。前些年肉類價格上漲就與玉米供應(yīng)偏緊，價格上漲有密切的關(guān)系。2009年玉米總消費量為14 835萬t，比上年增加390萬t。病蟲危害是嚴(yán)重影響我國玉米生產(chǎn)的重要因素之一，其中以亞洲玉米螟危害最為普遍嚴(yán)重，每年可造成600～900萬t的產(chǎn)量損失［76］，此外，玉米螟為害還加重了玉米穗腐病的發(fā)生，導(dǎo)致籽粒中真菌毒素增加，降低了產(chǎn)品質(zhì)量，影響食用安全［77］。2009年全國玉米病蟲害發(fā)生面積6 353．6萬h m2次，造成玉米損失435．49萬t。其中玉米螟1 967萬h m2次［78］。2011年在黑龍江省哈爾濱市黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地和富裕農(nóng)場的玉米田對玉米螟為害情況進(jìn)行初步調(diào)查，玉米螟蛀莖率達(dá)到70%以上，折莖率達(dá)到20%～40%，嚴(yán)重影響玉米的產(chǎn)量。

20世紀(jì)90年代首次報道表達(dá)Bt蛋白的轉(zhuǎn)基因玉米田間抗蟲效果以來［59］，1995年美國批準(zhǔn)轉(zhuǎn)cr y1Ab抗蟲基因玉米商業(yè)化種植，之后全球轉(zhuǎn)基因玉米種植面積迅速增加。2010年全球有16個國家共種植4 600萬h m2轉(zhuǎn)基因玉米，占全球玉米種植面積的29．11%［79］。美國是種植轉(zhuǎn)基因玉米最多的國家，1996－1999年種植面積呈直線增加趨勢，2000－2001年因玉米螟為害減輕及轉(zhuǎn)基因玉米市場價格低等原因，種植面積出現(xiàn)下滑（圖1）。2002年后兼具抗蟲和耐除草劑基因復(fù)合性狀的玉米種植面積增加，以及抗鱗翅目害蟲和玉米切根葉甲及除草劑的多性狀玉米種植，至2009年轉(zhuǎn)基因玉米占全美玉米面積的85%［80］。

圖1 美國轉(zhuǎn)基因玉米種植情況

種植轉(zhuǎn)基因玉米收益顯著。如美國轉(zhuǎn)基因玉米商業(yè)化的前10年，種植轉(zhuǎn)基因抗蟲、耐除草劑玉米的農(nóng)民分別增收36億和11億美元［68］；歐洲為150～200美元／h m2。

最早商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米所轉(zhuǎn)基因為cry1Ab，推廣應(yīng)用最多的轉(zhuǎn)化事件是MON810和Bt11。2001年先鋒公司推出了轉(zhuǎn)cr y1F基因轉(zhuǎn)化事件TC1507，與前者交互抗性低，因此種植面積增長迅速。2003年抗切根葉甲的MON863含cry3Bb1基因商業(yè)化種植，之后cry1Ab＋cry3Bb1、cry34Ab1／cry35Ab1、cry1Ab ＋vip3A、cr y3Aa、cr y1A．105／cry2Ab2等具有不同抗蟲譜的抗蟲基因玉米相繼商業(yè)化。發(fā)展方向繼續(xù)朝著開發(fā)具有不同殺蟲機理、不同性狀的多級基因復(fù)合／疊加轉(zhuǎn)基因玉米，如美國已有轉(zhuǎn)8個基因的玉米。我國轉(zhuǎn)基因玉米研發(fā)始于20世紀(jì)80年代末期，在國家課題的大力支持下，已克隆出一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的功能基因、建立了成熟的玉米轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系、創(chuàng)造出一批優(yōu)異的轉(zhuǎn)基因玉米材料，為產(chǎn)業(yè)化實施奠定了較為雄厚的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在雖然生產(chǎn)上還沒有種植轉(zhuǎn)基因玉米，但2004年至2008年對轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米進(jìn)行了環(huán)境安全和食用安全評價，并于2009年8月17日依法批準(zhǔn)發(fā)放了轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書。為轉(zhuǎn)基因玉米的生產(chǎn)應(yīng)用又向前推進(jìn)了一步。

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