肖留斌， 趙洪霞， 柏立新， 譚永安， 肖松華， 劉劍光

（江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，南京 210014）

轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)入自然界可能會(huì)給環(huán)境及其他生物帶來一定風(fēng)險(xiǎn)，包括外源基因向近緣植物或微生物的轉(zhuǎn)移、基因產(chǎn)物對(duì)環(huán)境及非目標(biāo)生物的負(fù)面效應(yīng)以及一些長(zhǎng)期的生態(tài)學(xué)效應(yīng)，其生態(tài)安全性問題受到愈來愈多人的關(guān)注［1］。在我國(guó)，Bt棉花長(zhǎng)期高比例種植，眾多學(xué)者圍繞害蟲對(duì)Bt棉的抗性風(fēng)險(xiǎn)、Bt棉對(duì)棉田害蟲和天敵的影響、Bt棉中Bt毒蛋白對(duì)非靶標(biāo)動(dòng)物乃至對(duì)棉田生物多樣性等的影響進(jìn)行了一系列研究［2－6］。隨著生物技術(shù)、基因工程的發(fā)展，多種抗性基因資源的不斷發(fā)現(xiàn)和挖掘，越來越多的新型抗蟲基因被導(dǎo)入棉花，其對(duì)環(huán)境安全性的影響特別是對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落的影響亟待明確。江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院將野生薺菜凝集素基因（WSA）導(dǎo)入常規(guī)陸地棉品種，對(duì)9個(gè)高品質(zhì)轉(zhuǎn)WSA基因棉花株系進(jìn)行抗蚜鑒定，鑒定結(jié)果表明轉(zhuǎn)WSA基因棉花株系對(duì)棉蚜具有較高的抗性［5］。作者應(yīng)用群落生態(tài)學(xué)的方法，研究了轉(zhuǎn)WSA基因棉花對(duì)靶標(biāo)、非靶標(biāo)生物及棉田節(jié)肢動(dòng)物群落的影響，以期為該基因的生態(tài)安全性進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1．1 供試棉花

供試棉花材料有轉(zhuǎn)WSA 基因棉‘抗蚜8017’（由江蘇省農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所選育并提供），轉(zhuǎn)Bt基因棉‘鄂雜棉10號(hào)’（由江蘇省農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供），常規(guī)棉‘蘇棉9號(hào)’（由江蘇省新洋農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站育成并提供）。

供試棉花材料在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所試驗(yàn)田種植，周圍采取嚴(yán)格隔離措施，試驗(yàn)完成后焚燒棉花秸稈，以防止基因擴(kuò)散。2010年4月22日播種，小區(qū)面積10 m×9 m，每個(gè)材料重復(fù)3次，共計(jì)9個(gè)小區(qū)，完全隨機(jī)排列；常規(guī)栽培管理，整個(gè)生育期未施藥防治害蟲。

1．2 節(jié)肢動(dòng)物種類和數(shù)量調(diào)查方法

從棉花生育期3片真葉出現(xiàn)開始，每隔7 d左右調(diào)查一次；調(diào)查采用5點(diǎn)取樣，棉花生育前期（7月20日以前），每小區(qū)調(diào)查20株；7月20日以后，每小區(qū)調(diào)查10株；調(diào)查時(shí)目測(cè)棉花整株所有器官，系統(tǒng)記載所有棉田可見節(jié)肢動(dòng)物的種類、數(shù)量，未知種類帶回室內(nèi)進(jìn)一步鑒定，全生育期共調(diào)查19次，按其所屬類群統(tǒng)一編號(hào)記載。

1．3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

物種豐富度，即群落中的物種數(shù)，以S表示。

多樣性指數(shù)：H′＝－Pilog Pi，H′為多樣性指數(shù)，Pi為相對(duì)多度或第i個(gè)物種的重要值（個(gè)體數(shù)、生物量或能量）與全部物種總重要值的比值，S為物種數(shù)。

群落相似性：Cs＝2j／（a＋b），j為A、B 兩個(gè)群落的共有種的數(shù)量，a和b分別為A、B兩個(gè)群落所有種的總和。

上述各群落參數(shù)計(jì)算采用Excel和DPSv8．01數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan’s檢驗(yàn)比較各處理間差異的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同材料棉田物種組成和種群數(shù)量

‘抗蚜8017’棉田與‘鄂雜棉10號(hào)’、‘蘇棉9號(hào)’棉田相比，在棉田節(jié)肢動(dòng)物群落物種組成上接近或略有差異（表1）。如‘抗蚜8017’為9目22科34種，‘鄂雜棉10號(hào)’為8目24科33種，‘蘇棉9號(hào)’為10目24科39種。從節(jié)肢動(dòng)物個(gè)體數(shù)量上看，‘抗蚜8017’顯著低于其他兩個(gè)材料（p＜0．01）。

表1 不同材料棉田節(jié)肢動(dòng)物種數(shù)和個(gè)體數(shù)組成

2．2 不同材料棉田主要害蟲占害蟲亞群落的相對(duì)多度

不同材料棉田害蟲均為煙粉虱、棉蚜、棉花薊馬等刺吸類害蟲的相對(duì)多度較大，刺吸類害蟲相對(duì)多度均大于0．88，而鱗翅目害蟲在害蟲類群中所占比例均較小（表2）?！寡?017’棉田的棉蚜發(fā)生量為140頭，‘鄂雜棉10號(hào)’和‘蘇棉9號(hào)’的發(fā)生量分別為382、768頭，是‘抗蚜8017’棉蚜發(fā)生量的2．7、5．5倍?！寡?017’棉田的蚜蟲及煙粉虱數(shù)量與‘蘇棉9號(hào)’及‘鄂雜棉10號(hào)’的同種害蟲數(shù)量差異顯著（p＝0．021 4；0．028 7），其他害蟲數(shù)量無顯著差異（p＞0．05）?！K棉9號(hào)’棉田咀嚼式害蟲發(fā)生數(shù)量為43頭，顯著高于‘鄂雜棉10號(hào)’的24頭和‘抗蚜8017’的25頭（p＝0．014 6）。

表2 不同材料棉田主要害蟲占害蟲亞群落的相對(duì)多度

2．3 不同材料棉田主要天敵占天敵亞群落的相對(duì)多度

‘抗蚜8017’與轉(zhuǎn)Bt基因棉‘鄂雜棉10號(hào)’及常規(guī)材料‘蘇棉9號(hào)’棉田中，蜘蛛、草蛉占天敵亞群落的相對(duì)多度均高于瓢蟲和捕食蝽（表3）。蜘蛛在不同材料棉田均為天敵優(yōu)勢(shì)種。不同材料棉田主要天敵占天敵亞群落的相對(duì)多度基本接近?！寡?017’棉田的天敵發(fā)生量略高于其他兩個(gè)供試棉花材料，但‘抗蚜8017’棉田的主要天敵數(shù)量與‘蘇棉9號(hào)’及‘鄂雜棉10號(hào)’的同類天敵數(shù)量無顯著差異（p＞0．05）。這說明轉(zhuǎn)WSA基因棉對(duì)天敵并未產(chǎn)生明顯不利影響，天敵的自然控害作用并未削弱。

表3 不同棉田主要天敵占天敵亞群落的相對(duì)多度

2．4 不同棉田節(jié)肢動(dòng)物群落參數(shù)分析

無論從害蟲亞群落、天敵亞群落層次還是節(jié)肢動(dòng)物群落層次，‘抗蚜8017’材料棉田的物種豐富度（S）、個(gè)體數(shù)（N）、多樣性指數(shù)（H′）與均勻度指數(shù)（J）值與轉(zhuǎn)Bt基因棉‘鄂雜棉10號(hào)’及常規(guī)棉材料‘蘇棉9號(hào)’上的相應(yīng)參數(shù)相比，未發(fā)生顯著變化（p＞0．05）（表4）。這說明‘抗蚜8017’棉田的生物多樣性并不因外源基因的導(dǎo)入而顯著變化，對(duì)整個(gè)棉田生物群落的穩(wěn)定性也未產(chǎn)生不利影響。

表4 不同材料棉田節(jié)肢動(dòng)物群落參數(shù)

2．5 不同棉田節(jié)肢動(dòng)物群落相似性

不同材料棉田節(jié)肢動(dòng)物群落相似性指數(shù)詳見表5。由表5可知‘抗蚜8017’與‘蘇棉9號(hào)’、‘鄂雜棉10號(hào)’的相似性指數(shù)在害蟲亞群落分別為0．829 3、0．891 2；天敵亞群落分別為0．960 0、0．916 7；節(jié)肢動(dòng)物群落分別為0．929 6、0．925 4?？傮w來看，‘抗蚜8017’棉田節(jié)肢動(dòng)物群落與常規(guī)棉田及轉(zhuǎn)Bt基因棉田節(jié)肢動(dòng)物群落具有較高的群落相似性（相似性指數(shù)均大于0．8），WSA 基因的導(dǎo)入未顯著改變棉田節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)。

表5 不同材料棉田節(jié)肢動(dòng)物群落相似性

3 討論

本研究中，不同棉田的主要害蟲發(fā)生量表明，轉(zhuǎn)WSA基因棉田棉蚜數(shù)量顯著低于其他兩個(gè)供試棉花材料，表明‘抗蚜8017’對(duì)蚜蟲具有一定的控制作用，這與肖松華等人［5］的研究結(jié)果相近。同時(shí)‘抗蚜8017’棉田的煙粉虱發(fā)生量也顯著低于Bt棉田和常規(guī)棉田，這是由于WSA基因?qū)煼凼灿幸欢ǖ目刂谱饔眠€是蚜蟲數(shù)量的減少使天敵對(duì)煙粉虱捕食作用增強(qiáng)等其他原因?qū)е拢孕柽M(jìn)一步研究明確。從節(jié)肢動(dòng)物個(gè)體總量上看，‘抗蚜8017’棉田顯著低于其他兩個(gè)材料，結(jié)合數(shù)據(jù)分析認(rèn)為主要是‘抗蚜8017’對(duì)蚜蟲具有一定的控制作用，蚜蟲數(shù)量的減少也間接導(dǎo)致螞蟻等中性昆蟲數(shù)量的減少。

張龍娃等［7］研究表明，轉(zhuǎn)Bt基因棉能夠顯著減少棉田鱗翅目等靶標(biāo)害蟲類群的發(fā)生，而對(duì)其他非靶標(biāo)害蟲如刺吸類害蟲以及棉田天敵發(fā)生沒有顯著影響。崔金杰等［8］研究表明，轉(zhuǎn)雙價(jià)基因棉田昆蟲群落的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)Bt基因棉田和常規(guī)棉田無明顯差異。本研究表明轉(zhuǎn)WSA基因棉田節(jié)肢動(dòng)物群落物種豐富度、群落多樣性、均勻度、優(yōu)勢(shì)集中性等參數(shù)與對(duì)照Bt棉田及常規(guī)棉田無明顯改變，群落相似性也較高。初步研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)WSA基因?qū)朊藁ㄎ磳?duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。

棉田節(jié)肢動(dòng)物群落除包括害蟲亞群落及捕食性天敵亞群落，還包括寄生性天敵亞群落。崔金杰等［9］研究發(fā)現(xiàn)，Bt棉的種植對(duì)捕食性天敵影響不大，但對(duì)寄生性天敵影響較大。本研究?jī)H僅從棉田系統(tǒng)內(nèi)昆蟲群落生態(tài)學(xué)的角度對(duì)轉(zhuǎn)WSA基因棉生態(tài)安全性作了初步探索，但由于調(diào)查條件的限制，本研究天敵的調(diào)查未涉及寄生性天敵，轉(zhuǎn)WSA基因棉對(duì)寄生性天敵的影響需要進(jìn)一步的研究。

［1］ 丁志勇，許崇仁，王戎疆．轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉與常規(guī)棉幾種同工酶的比較一轉(zhuǎn)基因植物安全性評(píng)價(jià)生理指標(biāo)初探［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21（2）：332－336．

［2］ 柏立新，張龍娃，陳小波，等．不同抗蟲棉品系對(duì)棉田害蟲與天敵的影響［J］．中國(guó)生物防治，2002，18（3）：115－119．

［3］ 柏立新，張龍娃，陳小波，等．轉(zhuǎn)Bt基因保鈴棉對(duì)棉田雜草群落組成與多樣性的 影響［J］．植物 生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，27（5）：610－616．

［4］ 崔金杰，夏敬源．轉(zhuǎn)Bt基因棉田昆蟲群落多樣性及其影響因素研究［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，20（5）：824－829．

［5］ 肖松華，吳巧娟，劉劍光，等．轉(zhuǎn)野生薺菜凝集素基因棉花對(duì)棉蚜的抗性鑒定［J］．江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2006，18（5）：46－50．

［6］ 陳明，羅進(jìn)倉(cāng)，周昭旭．棉田節(jié)肢動(dòng)物群落生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展［J］．植物保護(hù)，2010，36（2）：25－30．

［7］ 張龍娃，柏立新，韓召軍，等．轉(zhuǎn)Bt基因棉田害蟲和天敵組成及優(yōu)勢(shì)類群時(shí)序動(dòng)態(tài)［J］．棉花學(xué)報(bào)，2005，17（4）：222－226．

［8］ 崔金杰，雒珺瑜，夏敬源，等．4種不同類型棉田昆蟲群落結(jié)構(gòu)的比較［J］．西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，33（12）：48－52．

［9］ 崔金杰，夏敬源．轉(zhuǎn)Bt基因棉對(duì)天敵種群動(dòng)態(tài)的影響［J］．棉花學(xué)報(bào)，1999，11（2）：84－91．