雒珺瑜， 崔金杰， 張 帥， 陸雪君

（1．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安陽(yáng) 455000； 2．長(zhǎng)江大學(xué)，荊州 434025）

我國(guó)自1997年開(kāi)始商業(yè)化種植轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉，2010年我國(guó)抗蟲(chóng)棉面積已達(dá)到410多萬(wàn)h m2，占我國(guó)棉花面積的75%以上。轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的種植有效抑制了棉鈴蟲(chóng)等的危害，降低了棉農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度和植棉成本，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益［1－2］，但轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)棉只對(duì)棉鈴蟲(chóng)、棉紅鈴蟲(chóng)等具有抗性，對(duì)甜菜夜蛾、斜紋夜蛾等害蟲(chóng)不具抗性，上述害蟲(chóng)的防治仍然依賴化學(xué)農(nóng)藥，因此研究開(kāi)發(fā)新基因新性狀轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉，對(duì)于進(jìn)一步降低植棉成本，有效防治棉鈴蟲(chóng)和甜菜夜蛾等害蟲(chóng)具有重要的意義。

近年中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所成功將cry2Ab基因轉(zhuǎn)入棉花，獲得了轉(zhuǎn)cry1Ac＋cry2Ab棉花新材料。為明確轉(zhuǎn)cry1Ac＋cry2Ab棉花對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落的影響，2010年在田間小區(qū)系統(tǒng)調(diào)查研究了轉(zhuǎn)cry1Ac＋cry2Ab棉田節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)組成、群落特征參數(shù)的季節(jié)性變化，旨在明確轉(zhuǎn)基因棉花對(duì)環(huán)境安全性的影響，為轉(zhuǎn)基因棉花的安全管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

轉(zhuǎn)cry1Ac＋cry2Ab基因棉花材料‘2009002’、轉(zhuǎn)cry1Ac基因棉花品種‘中棉所45號(hào)’、常規(guī)棉花品種‘中棉所49號(hào)’，均由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所遺傳育種研究室提供。

1．2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：轉(zhuǎn)cry1Ac＋cry2Ab基因棉田，簡(jiǎn)稱雙價(jià)棉田；轉(zhuǎn)cr y1 Ac基因棉田，簡(jiǎn)稱單價(jià)棉田；常規(guī)棉田。每處理種植3個(gè)小區(qū)，共9個(gè)小區(qū)，小區(qū)間隨機(jī)排列，小區(qū)面積120 m2，3種棉田全生育期不使用任何化學(xué)農(nóng)藥，其他農(nóng)事操作按常規(guī)進(jìn)行。試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行，棉花播種時(shí)間為4月28日，株距0．27 m，行距0．8 m。

1．3 調(diào)查方法

試驗(yàn)采用對(duì)角線5點(diǎn)取樣方法［3］，每小區(qū)每次調(diào)查5個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)連續(xù)調(diào)查兩行20株棉花，共100株。各處理棉田從5月上旬開(kāi)始至9月中旬，每5 d調(diào)查1次，詳細(xì)調(diào)查記載取樣范圍內(nèi)地面和植株上昆蟲(chóng)的種類和數(shù)量，未知種類按統(tǒng)一編號(hào)進(jìn)行記載。特殊處理：伏蚜和霉蚜只調(diào)查頂部倒數(shù)第3片展開(kāi)葉上的數(shù)量。

1．4 分析方法

節(jié)肢動(dòng)物群落的群落特征參數(shù)用物種豐富度、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度表示［4－5］。物種豐富度（S）為群落中的昆蟲(chóng)種類數(shù)；多樣性指數(shù)（H）用Shannon－Wiener的多樣性指數(shù)表示：H′＝－∑Pil n Pi，式中Pi為第i種物種個(gè)體數(shù)占群落個(gè)體數(shù)的比例；均勻度J＝H／ln S，H 為實(shí)際觀察的物種多樣性指數(shù)，S為群落中的總物種數(shù)；優(yōu)勢(shì)度以Berger－Par ker優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（d）表示：d＝Ni／N，Ni為群落內(nèi)物種的個(gè)體數(shù)量，N為群落內(nèi)各物種的個(gè)體總數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2．1 群落的結(jié)構(gòu)與組成

研究結(jié)果表明，雙價(jià)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落組成為18目、35科、37種，其中害蟲(chóng)亞群落組成為12目、22科、22種，天敵亞群落組成為6目、13科、15種；單價(jià)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落組成為18目、35科、40種，其中害蟲(chóng)亞群落組成為12目、22科、25種，天敵亞群落組成為6目、13科、15種；常規(guī)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落組成為15目、33科、40種，其中害蟲(chóng)亞群落組成為9目、20科、24種，天敵亞群落組成為6目、13科、16種?？梢?jiàn)，雙價(jià)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落、害蟲(chóng)亞群落和天敵亞群落的組成無(wú)明顯差異。

2．2 對(duì)害蟲(chóng)種群數(shù)量的影響

雙價(jià)棉、單價(jià)棉和常規(guī)棉田的主要害蟲(chóng)根據(jù)其取食習(xí)性可以分為刺吸類、蛀食類和食葉類3個(gè)類別。常規(guī)棉田刺吸類害蟲(chóng)主要有棉蚜、棉葉螨、棉葉蟬、煙粉虱、棉薊馬、綠盲蝽、中黑盲蝽、三點(diǎn)盲蝽等；蛀食類害蟲(chóng)主要有棉鈴蟲(chóng)、甜菜夜蛾等；食葉類害蟲(chóng)主要有金龜子、飛蝗、負(fù)蝗、棉大卷葉螟、造橋蟲(chóng)等。雙價(jià)棉和單價(jià)棉田主要害蟲(chóng)是刺吸性害蟲(chóng)和金龜子、蝗蟲(chóng)等食葉性害蟲(chóng)。

從表1可以看出，雙價(jià)棉田刺吸類害蟲(chóng)、蛀食類害蟲(chóng)和食葉類害的數(shù)量均低于單價(jià)棉田和常規(guī)棉田。和單價(jià)棉田相比，雙價(jià)棉田刺吸類、蛀食類和食葉性害蟲(chóng)的數(shù)量均無(wú)明顯差異；和常規(guī)棉相比，雙價(jià)棉田刺吸類和蛀食類害蟲(chóng)數(shù)量明顯降低，差異達(dá)顯著水平，食葉類害蟲(chóng)的數(shù)量無(wú)明顯差異。說(shuō)明雙價(jià)棉和單價(jià)棉可有效控制刺吸類和蛀食類害蟲(chóng)的數(shù)量和危害。

表1 不同類型棉田害蟲(chóng)種類和數(shù)量1） 頭·百株－1

2．3 對(duì)天敵種群數(shù)量的影響

雙價(jià)棉田、單價(jià)棉田和常規(guī)棉田主要天敵種類可以分為蜘蛛類、草蛉類、瓢蟲(chóng)類、捕食類和寄生蜂類。三類棉田主要天敵的種類和數(shù)量見(jiàn)表2。

表2 不同類型棉田天敵種類及數(shù)量1）頭·百株－1

從表2可知，雙價(jià)棉田蜘蛛類天敵數(shù)量均低于單價(jià)棉田和常規(guī)棉田，前者差異不顯著，后者差異達(dá)顯著水平；草蛉類天敵數(shù)量均高于單價(jià)棉和常規(guī)棉田，但差異均未達(dá)顯著水平；瓢蟲(chóng)類天敵數(shù)量均低于單價(jià)棉和常規(guī)棉，前者差異不顯著，后者差異達(dá)顯著水平；捕食類天敵數(shù)量均低于單價(jià)棉和常規(guī)棉田，前者差異不顯著，后者差異顯著；寄生蜂類天敵數(shù)量均低于單價(jià)棉和常規(guī)棉，差異均未達(dá)顯著水平。

2．4 對(duì)昆蟲(chóng)群落特征參數(shù)的影響

群落的穩(wěn)定性是指群落在一段時(shí)間過(guò)程中維持物種間相互組合及各物種數(shù)量關(guān)系的能力，以及在受到擾動(dòng)的情況下恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)的能力。昆蟲(chóng)群落的優(yōu)勢(shì)集中性、多樣性和均勻度是群落組織水平的3個(gè)指標(biāo)。一般而言，多樣性指數(shù)和均勻度值較高而優(yōu)勢(shì)集中性值較低的群落，其穩(wěn)定性較好，對(duì)于環(huán)境的變化或來(lái)自群落內(nèi)部種群波動(dòng)的緩沖作用越強(qiáng)，這樣的昆蟲(chóng)群落優(yōu)勢(shì)種不太突出，害蟲(chóng)不容易大發(fā)生。

三種類型棉田昆蟲(chóng)群落、害蟲(chóng)亞群落、天敵亞群落的群落參數(shù)見(jiàn)表3。就昆蟲(chóng)群落而言，多樣性指數(shù)表現(xiàn)為：?jiǎn)蝺r(jià)棉＞常規(guī)棉＞雙價(jià)棉，差異均未達(dá)顯著水平；均勻度指數(shù)表現(xiàn)為：?jiǎn)蝺r(jià)棉＞常規(guī)棉＞雙價(jià)棉，但差異均未達(dá)顯著水平；優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)表現(xiàn)為：雙價(jià)棉＞常規(guī)棉＞單價(jià)棉，雙價(jià)棉和單價(jià)棉差異達(dá)顯著水平，雙價(jià)棉和常規(guī)棉差異未達(dá)顯著水平。說(shuō)明雙價(jià)棉與單價(jià)棉和常規(guī)棉相比，昆蟲(chóng)群落的穩(wěn)定性無(wú)明顯差異。

表3 不同類型棉田昆蟲(chóng)群落及亞群落的參數(shù)值1）

三種類型棉田害蟲(chóng)亞群落的多樣性指數(shù)和均勻性指數(shù)均無(wú)明顯差異，雙價(jià)棉和單價(jià)棉優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)差異達(dá)顯著水平，而雙價(jià)棉和常規(guī)棉優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)未達(dá)顯著水平。說(shuō)明雙價(jià)棉、單價(jià)棉和常規(guī)棉害蟲(chóng)亞群落的穩(wěn)定性無(wú)明顯差異。

三種類型棉田天敵亞群落的多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)集中性指數(shù)均無(wú)明顯差異，表明雙價(jià)棉、單價(jià)棉和常規(guī)棉田天敵亞群落的穩(wěn)定性無(wú)明顯差異。

3 討論

本研究表明，雙價(jià)棉和單價(jià)棉及常規(guī)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落、害蟲(chóng)亞群落和天敵亞群落的結(jié)構(gòu)與組成無(wú)明顯差異；雙價(jià)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落、害蟲(chóng)亞群落和天敵亞群落的多樣性指數(shù)與單價(jià)棉和常規(guī)棉田相比均無(wú)明顯差異，表明轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落、害蟲(chóng)亞群落和天敵亞群落的穩(wěn)定性與常規(guī)棉相比均無(wú)明顯差異，該研究結(jié)果與崔金杰等［6－9］、張征田等［10］、劉萬(wàn)學(xué)等［11］、張永軍等［12］的研究結(jié)果一致。

種植轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉后，由于食物鏈關(guān)系必然引起昆蟲(chóng)群落內(nèi)部害蟲(chóng)種群動(dòng)態(tài)的變化和天敵種群動(dòng)態(tài)的變化，昆蟲(chóng)群落的種類也會(huì)發(fā)生時(shí)空的變化，優(yōu)勢(shì)種會(huì)發(fā)生演替，有關(guān)的演替規(guī)律尚需要進(jìn)一步的研究分析。

本研究只探討了轉(zhuǎn)cr y1Ac＋cr y2Ab棉對(duì)棉田節(jié)肢動(dòng)物群落的影響，有關(guān)轉(zhuǎn)cry1Ac＋cry2Ab棉對(duì)靶標(biāo)害蟲(chóng)棉鈴蟲(chóng)、甜菜夜蛾的抗蟲(chóng)性和抗蟲(chóng)性的穩(wěn)定性、其生存競(jìng)爭(zhēng)能力等方面的研究作者將另文發(fā)表。

［1］ 李付廣，崔金杰．轉(zhuǎn)雙價(jià)基因抗蟲(chóng)棉選育及抗蟲(chóng)性鑒定［J］．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000（1）：46－52．

［2］ 趙建周，盧美光，范賢林．轉(zhuǎn)雙價(jià)基因抗蟲(chóng)煙草延緩棉鈴蟲(chóng)抗性的作用評(píng)價(jià)［J］．科學(xué)通報(bào)，1999，44（15）：1635－1639．

［3］ 崔金杰，夏敬源．麥套夏播轉(zhuǎn)基因棉R93－6對(duì)昆蟲(chóng)群落的影響［J］．昆蟲(chóng)學(xué)報(bào)，2000（1）：43－51．

［4］ 何洪?。递喿髅尢锢ハx(chóng)群落的初步研究［J］．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，1991（1）：22－44．

［5］ 趙志模，郭依泉．群落生態(tài)學(xué)原理與方法［M］．重慶：科學(xué)技術(shù)出版社重慶分社，1990．

［6］ 崔金杰，夏敬源．一熟轉(zhuǎn)Bt基因棉田昆蟲(chóng)群落研究［J］．西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，27（6）：28－32．

［7］ 崔金杰，夏敬源．麥套夏播轉(zhuǎn)Bt基因棉對(duì)昆蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)和組成的影響［J］．河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，33（4）：342－345．

［8］ 崔金杰，夏敬源．轉(zhuǎn)Bt基因棉田昆蟲(chóng)群落多樣性及其影響因素研究［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，20（5）：153－158．

［9］ 崔金杰，夏敬源．轉(zhuǎn)雙價(jià)基因棉花對(duì)棉鈴蟲(chóng)的抗蟲(chóng)性及時(shí)空動(dòng)態(tài)［J］．棉花學(xué)報(bào)，2002，14（6）：323－329．

［10］張征田，梁子安，王明偉，等．3種不同類型棉田害蟲(chóng)與天敵時(shí)空動(dòng)態(tài)變化［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35（22）：6856－6857．

［11］劉萬(wàn)學(xué)，萬(wàn)方浩，郭建英．轉(zhuǎn)Bt基因棉田節(jié)肢動(dòng)物群落營(yíng)養(yǎng)層及優(yōu)勢(shì)功能團(tuán)的組成與變化［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，22（5）：729－735．

［12］張永軍，吳孔明，彭于發(fā)，等．轉(zhuǎn)抗蟲(chóng)基因植物生態(tài)安全性研究進(jìn)展［J］．昆蟲(chóng)知識(shí)，2002，39（5）：321－327．