楊 艷, 李云河, 曹鳳勤, 程立生, 彭于發(fā)
1中國(guó)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193; 2海南大學(xué)環(huán)境與植物保護(hù)學(xué)院,海南 海口 570228; 3瓊臺(tái)師范高等??茖W(xué)校,海南 ???571127
轉(zhuǎn)基因植物主要利用基因工程技術(shù)將其他生物如蘇云金桿菌(Bacillusthuringiensis,Bt)的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)入靶標(biāo)植物的基因組中,使其獲得新的性狀(如抗蟲等),或者將植物基因組中的不良基因敲除,得到品質(zhì)更好的植物新品系。自世界上第1例轉(zhuǎn)基因植物——煙草于1983年問世以來,轉(zhuǎn)基因植物的研究和應(yīng)用得到了迅猛的發(fā)展。1996年,轉(zhuǎn)基因作物在美國(guó)開始商業(yè)化種植,隨后越來越多的國(guó)家開始種植轉(zhuǎn)基因作物,2013年,全球種植轉(zhuǎn)基因作物的國(guó)家為27個(gè),種植面積達(dá)到1.75億hm2。我國(guó)于1997年開始商業(yè)化種植轉(zhuǎn)基因Bt棉花,到2013年我國(guó)轉(zhuǎn)基因棉花的種植面積達(dá)到420萬hm2,占我國(guó)棉花總種植面積的90%;2006年開始商業(yè)化種植轉(zhuǎn)基因抗病番木瓜,目前,轉(zhuǎn)基因番木瓜只在我國(guó)廣東和海南2個(gè)省份種植,2013年總種植面積達(dá)58萬hm2(James,2014)。
轉(zhuǎn)基因作物的廣泛種植帶給人類巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益,如抗病蟲轉(zhuǎn)基因作物的種植,有效減少了廣譜化學(xué)農(nóng)藥的施用,增加了農(nóng)民收入,改善了生態(tài)環(huán)境,提高了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量等(Brookes & Barfoot,2013)。同時(shí),轉(zhuǎn)基因作物的應(yīng)用為解決糧食短缺和能源匱乏等問題帶來了曙光(胡笑形,2012)。然而,轉(zhuǎn)基因作物的應(yīng)用也可能給人類和環(huán)境帶來潛在的風(fēng)險(xiǎn)(Yuetal.,2011)。因此,伴隨著轉(zhuǎn)基因生物的產(chǎn)生,其安全問題一直備受關(guān)注,爭(zhēng)論持續(xù)不斷。為有效預(yù)防和控制轉(zhuǎn)基因作物可能帶來的安全風(fēng)險(xiǎn),在任何轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化應(yīng)用前,都必須通過嚴(yán)格的安全性評(píng)價(jià)(EFSA,2010; Lietal.,2014)。
在轉(zhuǎn)基因植物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中,轉(zhuǎn)基因抗蟲作物對(duì)非靶標(biāo)有益節(jié)肢動(dòng)物(如經(jīng)濟(jì)昆蟲、天敵昆蟲和觀賞昆蟲等)的潛在影響一直是科學(xué)界關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)問題。目前,國(guó)際上已制定了相對(duì)完善的評(píng)價(jià)程序和方法,可以對(duì)轉(zhuǎn)基因作物進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)的環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(王園園等,2011; Lietal.,2014; Romeisetal.,2008a、2012);在轉(zhuǎn)基因抗蟲作物如Bt棉花、玉米和水稻對(duì)非靶標(biāo)生物影響評(píng)價(jià)方面積累了大量的數(shù)據(jù)(Chenetal.,2011; Romeisetal.,2006、2008b)。目前種植的轉(zhuǎn)基因抗蟲作物主要表達(dá)對(duì)鱗翅目昆蟲具有殺蟲活性的Cry1和Cry2類蛋白,因此,評(píng)價(jià)其對(duì)鱗翅目蝶類和蠶類等非靶標(biāo)節(jié)肢動(dòng)物的潛在影響是當(dāng)前轉(zhuǎn)基因抗蟲作物環(huán)境安全評(píng)價(jià)的一個(gè)重要方面(Yuetal.,2011)。本文在歸納總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)分析當(dāng)前種植的轉(zhuǎn)基因抗蟲作物對(duì)鱗翅目非靶標(biāo)蝶類和蠶類昆蟲的潛在影響,以期為相關(guān)科研工作者及我國(guó)轉(zhuǎn)基因植物的安全應(yīng)用和管理提供參考。
由于農(nóng)田有益節(jié)肢動(dòng)物種類繁多,不可能對(duì)每個(gè)物種逐一評(píng)價(jià),需要選擇合適的、具有代表性的節(jié)肢動(dòng)物物種作為指示生物進(jìn)行評(píng)價(jià)(李云河和吳孔明,2013; 王園園等,2011; EFSA,2010; Romeisetal.,2008a、2013)。一般情況下,選擇指示性生物應(yīng)遵循4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)(李云河和吳孔明,2013; Romeisetal.,2008a、2013)。(1)在作物田中發(fā)揮重要生態(tài)功能的節(jié)肢動(dòng)物種,如捕食性天敵草蛉和瓢蟲等。(2)在轉(zhuǎn)基因抗蟲作物田,較容易暴露于外源殺蟲化合物,最有可能受到影響的節(jié)肢動(dòng)物種。由于當(dāng)前的轉(zhuǎn)基因作物表達(dá)的外源殺蟲蛋白全部為胃毒性殺蟲化合物,只有那些有機(jī)會(huì)取食到(暴露于)轉(zhuǎn)基因殺蟲蛋白的物種才有可能受到負(fù)面影響。(3)與轉(zhuǎn)基因抗蟲植物靶標(biāo)昆蟲親緣關(guān)系較近,最有可能對(duì)植物所表達(dá)殺蟲蛋白敏感的節(jié)肢動(dòng)物種,如當(dāng)評(píng)價(jià)以鱗翅目害蟲為靶標(biāo)的轉(zhuǎn)基因抗蟲作物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)時(shí),應(yīng)該將鱗翅目非靶標(biāo)昆蟲作為重點(diǎn)評(píng)價(jià)對(duì)象。(4)在試驗(yàn)操作上具有便利性和可行性。一般來說,易于在實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)、易于在試驗(yàn)中處理和觀察的非靶標(biāo)節(jié)肢動(dòng)物應(yīng)優(yōu)先選擇為指示性物種。
當(dāng)前,全世界種植的轉(zhuǎn)基因抗蟲作物可分為2類:(1)表達(dá)一種或多種cry1、cry2類和vips類基因的轉(zhuǎn)基因作物,以鱗翅目害蟲為靶標(biāo);(2)表達(dá)cry3類基因的轉(zhuǎn)基因作物,以鞘翅目害蟲為靶標(biāo)(Yuetal.,2011)。蝶類和蠶類均屬于鱗翅目昆蟲,其幼蟲對(duì)轉(zhuǎn)基因抗蟲作物表達(dá)的殺蟲蛋白可能具有一定的敏感性。蝶類作為重要的傳粉昆蟲,大多具有美學(xué)觀賞價(jià)值,其中部分蝶類昆蟲被鑒定為稀有瀕危的生物物種;而蠶類則為重要的經(jīng)濟(jì)昆蟲。蝶類和蠶類幼蟲分別喜食馬利筋草AsclepiascurassavicaL.和桑樹MorusalbaL.葉片,如果其取食的葉片上飄落有轉(zhuǎn)基因抗蟲作物的花粉,2種昆蟲就會(huì)受到殺蟲蛋白的威脅。因此,轉(zhuǎn)基因抗蟲作物對(duì)蝶類和蠶類昆蟲的潛在影響備受關(guān)注,一度成為轉(zhuǎn)基因抗蟲作物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的研究熱點(diǎn)(Chenetal.,2011; Hellmichetal.,2001、2008; Loseyetal.,1999; Stanley-Hornetal.,2001)。
風(fēng)險(xiǎn)由危險(xiǎn)和產(chǎn)生這種危險(xiǎn)的可能性組成。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估就是鑒定“危險(xiǎn)”是否存在和“危險(xiǎn)”發(fā)生可能性的過程。評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因抗蟲作物對(duì)非靶標(biāo)生物的潛在影響,不但要鑒定其所表達(dá)的外源殺蟲蛋白對(duì)受試生物的毒性(toxicity),而且要明確受試?yán)ハx暴露(exposure)于殺蟲化合物的途徑和程度,然后根據(jù)2個(gè)方面的研究數(shù)據(jù)綜合分析轉(zhuǎn)基因抗蟲作物對(duì)受試生物的影響。只注重毒性評(píng)價(jià),而忽視暴露水平的鑒定將可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的研究結(jié)論。例如,Loseyetal.(1999)指出,帝王斑蝶DanausplexippusL.取食人工撒在馬利筋草葉片上的轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米花粉后,其幼蟲的存活率顯著下降。該報(bào)道引起了公眾的廣泛關(guān)注,美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局和美國(guó)農(nóng)業(yè)部及時(shí)組織了相關(guān)科學(xué)家開展了為期2年的深入研究。結(jié)果表明:雖然帝王斑蝶幼蟲對(duì)轉(zhuǎn)Bt玉米表達(dá)的Cry1Ab蛋白敏感,但在田間自然條件下,其幼蟲暴露于Bt蛋白的劑量十分低,遠(yuǎn)未達(dá)到影響帝王斑蝶種群密度的程度。因此,該轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米對(duì)美國(guó)帝王斑蝶的種群密度不會(huì)造成顯著的負(fù)面影響(Hellmichetal.,2008)。
除美國(guó)帝王斑蝶,其他蝶類昆蟲也引起了相關(guān)研究者的關(guān)注,如北美黑鳳蝶PapiliopolyxenesFabr.、歐洲粉蝶PierisbrassicaeL.、孔雀蛺蝶InachisioL.、藍(lán)灰蝶PseudozizeeriamahaKollar、金鳳蝶PapiliomachaonL.和蕁麻蛺蝶AglaisurticaeL.等。研究工作主要集中在2個(gè)方面:(1)實(shí)驗(yàn)室條件下評(píng)價(jià)取食不同劑量Bt作物花粉或純Bt殺蟲蛋白對(duì)蝶類昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育的影響(表1);(2)田間調(diào)查不同蝶類昆蟲暴露于Bt殺蟲蛋白的途徑和程度。
大量的研究數(shù)據(jù)顯示,由于蝶類昆蟲屬鱗翅目,對(duì)以鱗翅目害蟲為靶標(biāo)的轉(zhuǎn)Bt基因作物表達(dá)的Cry1Ab等殺蟲蛋白同樣敏感。因此,表達(dá)這類Bt蛋白的轉(zhuǎn)基因作物花粉可能對(duì)蝶類昆蟲幼蟲的存活率和生長(zhǎng)發(fā)育具有負(fù)面影響,然而不同蝶類昆蟲對(duì)同一Bt蛋白的敏感程度存在差異(表1)。例如,帝王斑蝶初孵幼蟲取食附有轉(zhuǎn)基因玉米Event 176花粉(表達(dá)Cry1Ab蛋白)的馬利筋草48 h,即使花粉濃度僅為5~10?!m-2,生長(zhǎng)發(fā)育也會(huì)受到抑制,且死亡率隨著花粉濃度的升高而增大,體質(zhì)量顯著降低(Hasen & Obrycki,2000; Hellmichetal.,2001)。同樣,取食附有轉(zhuǎn)基因玉米Event 176花粉的葉片對(duì)北美黑鳳蝶、歐洲粉蝶、孔雀蛺蝶、藍(lán)灰蝶和金鳳蝶幼蟲的生長(zhǎng)發(fā)育均產(chǎn)生不利影響,且隨著花粉濃度的增大,幼蟲體質(zhì)量和存活率均顯著降低(Felkeetal.,2002、2010; Lang & Vojtech,2006;
Shirai & Takahashi,2005; Wraightetal.,2000; Zangerletal.,2001)。由于轉(zhuǎn)基因玉米Event 176花粉對(duì)多數(shù)蝶類昆蟲幼蟲表現(xiàn)出較高的毒性,該轉(zhuǎn)基因品種已不再商業(yè)化種植(Flipse & Dsseweijer,2013; Meissle,2013)。但是,同樣表達(dá)Cry1Ab蛋白的轉(zhuǎn)基因玉米Mon 810及Bt 11的花粉對(duì)蝶類昆蟲的影響較低。例如,帝王斑蝶幼蟲取食附有高濃度轉(zhuǎn)基因玉米Mon 810花粉(601~1000粒·cm-2)的馬利筋草葉片后,生長(zhǎng)發(fā)育未受負(fù)面影響,體質(zhì)量反而增長(zhǎng)。取食附有轉(zhuǎn)基因玉米Bt 11花粉(濃度大于1600?!m-2)的馬利筋草葉片,與取食非轉(zhuǎn)基因玉米花粉相比,帝王斑蝶幼蟲生長(zhǎng)發(fā)育無顯著差異(Hellmichetal.,2001)。其他蝶類昆蟲如北美黑鳳蝶取食附有高濃度(10000?!m-2)轉(zhuǎn)基因玉米Mon 810花粉的葉片后,各項(xiàng)生理指標(biāo)均未受到顯著不良影響(Wraightetal.,2000)。雖然有一些研究表明,取食轉(zhuǎn)基因玉米Mon 810和Bt 11花粉或/和花藥對(duì)帝王斑蝶生命參數(shù)產(chǎn)生了一定的影響,如取食量下降、羽化率下降、發(fā)育遲緩等,但影響程度明顯低于轉(zhuǎn)基因玉米Event 176花粉(Andersonetal.,2004、2005; Divelyetal.,2004; Mülleretal.,2012; Prasifkaetal.,2007)。
不同轉(zhuǎn)基因玉米花粉對(duì)蝶類昆蟲的影響程度不同,主要是由于Cry1Ab蛋白在不同轉(zhuǎn)基因玉米花粉中的表達(dá)量存在差異,如Cry1Ab蛋白在Event 176玉米花粉中的表達(dá)量為90.5 ng·g-1~29.3 μg·g-1(Lang & Vojtech,2006; Shirai & Takahashi,2005; Wraightetal.,2000),而在Bt 11和Mon 810玉米花粉中的表達(dá)量?jī)H為2.1 ng·g-1~0.9 μg·g-1(EPA,1999; Hansen & Obrycki,2000; Hellmichetal.,2001; Mülleretal.,2012; Wraightetal.,2000)。相關(guān)研究表明,蝶類昆蟲對(duì)Bt蛋白的敏感性隨著齡期的增大而降低,如帝王斑蝶幼蟲取食附有相同濃度Bt玉米花藥的馬利筋草葉片,初孵幼蟲死亡率顯著高于3齡幼蟲(Andersonetal.,2004; Hansen & Obrycki,2000)。除了研究表達(dá)Cry1Ab蛋白的轉(zhuǎn)基因玉米花粉外,還涉及表達(dá)Cry1Ac、Cry1F和Cry9C蛋白的轉(zhuǎn)基因玉米花粉。總體來說,帝王斑蝶對(duì)Cry1Ab和Cry1Ac蛋白較為敏感,但對(duì)Cry1F和Cry9C蛋白不太敏感(Hellmichetal.,2001)。
研究者一般通過調(diào)查田間Bt玉米花粉飄落在蝶類昆蟲寄主植物葉片的情況,分析不同蝶類昆蟲暴露于Bt殺蟲蛋白的途徑和程度。研究表明,玉米花粉能飄落至距離玉米田60 m外的地方(Raynoretal.,1972),但花粉大多沉積在距離田邊3 m的范圍內(nèi)。據(jù)報(bào)道,花粉在田間馬利筋草葉片上的平均沉積量為0~217?!m-2,葉片上花粉沉積量超過300粒·cm-2的概率較低(Hansen & Obrycki,2000; Jesse & Obrycki,2003; Kochetal.,2003; Shirai & Takahashi,2005)。盡管Pleasantsetal.(2001)發(fā)現(xiàn)玉米田間馬利筋草葉片上的玉米花粉最高沉積量達(dá)1449?!m-2,但這是特例,其平均沉積量?jī)H170.6?!m-2。Hansen & Obrycki(2000)報(bào)道,田間轉(zhuǎn)基因玉米Event 176花粉在田間馬利筋草葉片上的沉積量平均為217?!m-2,而田間Bt 11花粉在馬利筋草葉片上的平均沉積量則為74.2粒·cm-2。關(guān)于上述差異的原因需要進(jìn)一步研究。也有研究發(fā)現(xiàn),與玉米植株相同距離的不同植物葉片上的玉米花粉密度不同,這可能與植物的高度、葉面的性質(zhì)等因素有關(guān)(Gathmannetal.,2006; Zangerletal.,2001)??傊?,由于玉米花粉粒相對(duì)較重,其漂移距離有限,隨著與玉米植株距離的增大,花粉飄落量將顯著減少,如距離玉米田邊0.5 m的歐洲防風(fēng)草PastinacasativaL.葉片上飄落的玉米花粉平均密度為210?!m-2,而距離田邊7 m處花粉密度迅速降低19倍,僅為11?!m-2(Wraightetal.,2000)。
綜上所述,轉(zhuǎn)基因Bt玉米的種植是否會(huì)給蝶類昆蟲帶來顯著的負(fù)面影響,不僅取決于蝶類昆蟲對(duì)花粉中表達(dá)的Bt蛋白的敏感性,而且取決于自然條件下這些昆蟲取食的Bt玉米花粉量。從2個(gè)方面的研究數(shù)據(jù)分析,目前國(guó)際上的普遍共識(shí)是:雖然一些蝶類昆蟲對(duì)抗鱗翅目轉(zhuǎn)基因玉米花粉中的Cry1Ab、Cry1Ac等殺蟲蛋白敏感,但在自然條件下,其暴露于Cry殺蟲蛋白的水平很低,因此,轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米的種植不會(huì)顯著影響田間蝶類昆蟲的種群密度。但是,為進(jìn)一步確保轉(zhuǎn)基因Bt玉米對(duì)蝶類昆蟲的安全性,目前推薦種植的抗鱗翅目害蟲轉(zhuǎn)基因玉米品種花粉中不表達(dá)外源殺蟲蛋白或表達(dá)量較低。
我國(guó)是世界蠶業(yè)的起源地(胡龍成,2000),栽桑養(yǎng)蠶、制絲織綢一直是我國(guó)的歷史傳統(tǒng)(方旭東等,2011)。我國(guó)除西藏、青海外,其他各省(市、自治區(qū))均有蠶桑生產(chǎn),其中以浙江、江蘇和四川等地為主產(chǎn)省,而上述養(yǎng)蠶主產(chǎn)區(qū)均為我國(guó)重要水稻產(chǎn)區(qū),并且桑稻間種的種植模式在這些地區(qū)比較流行(蔣彩英,2004; 王忠華等,2001)。因此,轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻如Bt水稻在我國(guó)一旦商業(yè)化應(yīng)用,其花粉將可能飄落到稻田附近的桑葉上,進(jìn)而對(duì)蠶類昆蟲產(chǎn)生影響。樊龍江等(2003)報(bào)道,稻田附近的桑葉上水稻花粉的沉積量為13.3~199.0粒·cm-2,平均沉積量為93粒·cm-2;Yaoetal.(2006)報(bào)道,稻田附近的桑葉上水稻花粉沉積濃度最高可達(dá)1635.9?!m-2,但發(fā)生概率僅為0.2%。所以,家蠶通過取食附有轉(zhuǎn)Bt基因水稻花粉的桑葉而取食到Bt殺蟲蛋白的可能性很高。另外,目前培育的轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻大多數(shù)以鱗翅目害蟲為靶標(biāo),而家蠶同屬鱗翅目,其可能對(duì)轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻表達(dá)的Bt蛋白也敏感(Yuetal.,2011; Romeisetal.,2008a、2013)。因此,在轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻環(huán)境安全評(píng)價(jià)工作中,其對(duì)蠶類昆蟲的潛在影響受到廣泛關(guān)注(表2)。
評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻對(duì)家蠶的潛在影響,主要通過室內(nèi)生物測(cè)定比較家蠶取食Bt水稻花粉與非轉(zhuǎn)基因水稻花粉后,生存率、發(fā)育歷期、體質(zhì)量等生命參數(shù)的差異(表2)。許多結(jié)果表明,取食表達(dá)同類Bt蛋白的不同轉(zhuǎn)基因水稻花粉對(duì)家蠶的影響差異顯著,這主要由Bt蛋白在不同水稻品種花粉中的含量不同所致。例如,轉(zhuǎn)基因水稻KMD1和B1花粉中的Cry1Ab蛋白濃度是TT9-3花粉的3倍以上,從而造成KMD1和B1花粉對(duì)家蠶幼蟲的毒性顯著高于TT9-3(Yaoetal., 2008)。家蠶幼蟲對(duì)Bt水稻花粉的敏感程度隨齡期的增長(zhǎng)而逐漸下降(表2)(袁志東等,2006; Yaoetal.,2008)。此外,不同品種家蠶對(duì)同種Bt水稻花粉敏感程度不同,其中以菁松幼蟲對(duì)Cry1Ab蛋白最為敏感(袁志東等,2006a、2006b)。短期取食較低濃度的Bt水稻花粉對(duì)家蠶幼蟲不會(huì)產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響(王忠華等,2001; Yangetal.,2014);但是,家蠶整個(gè)幼蟲期取食表達(dá)cry1C和cry2A基因的水稻花粉后,發(fā)育延緩,且14 d體質(zhì)量、羽化率均顯著下降(Yangetal.,2014)。然而,田間調(diào)查表明,大田桑葉上沉積的花粉量非常有限,顯著低于對(duì)家蠶有負(fù)面影響的劑量。因此,種植當(dāng)前培育的轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻對(duì)我國(guó)的蠶絲產(chǎn)業(yè)造成負(fù)面影響的可能性較小(Chenetal.,2011; Kimetal.,2008; Lietal.,2005; Yangetal.,2014; Yaoetal.,2008)。但是,為確保轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)環(huán)境的安全性,在未來轉(zhuǎn)Bt基因水稻培育中,應(yīng)盡量降低Bt蛋白在花粉中的表達(dá)量。
此外,在其他轉(zhuǎn)基因抗蟲作物如Bt棉花和玉米環(huán)境安全評(píng)價(jià)中,蠶類昆蟲也受到許多研究者的關(guān)注(表2)。研究發(fā)現(xiàn),取食Bt抗蟲棉(轉(zhuǎn)Cry1Ac或Cry1A+CpTI)花粉對(duì)家蠶或柞蠶的生長(zhǎng)發(fā)育沒有顯著的負(fù)面影響,這可能是因?yàn)槊藁ɑǚ壑械腂t蛋白含量遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)Bt水稻花粉(李文東等,2002、2003; Lietal.,2002、2005)。Niuetal.(2013)也報(bào)道,長(zhǎng)期取食表達(dá)Cry1Ac或Cry1Ac/Cry2Ab蛋白的棉花花粉對(duì)家蠶的生存率和體質(zhì)量均無顯著影響。此外,Lietal.(2002)報(bào)道,家蠶幼蟲取食表達(dá)Cry1Ab蛋白的MON 810玉米花粉,即使取食較高花粉劑量,其生長(zhǎng)發(fā)育均未受到顯著負(fù)面影響,這可能也是因?yàn)镃ry1Ab蛋白在MON 810玉米花粉中的含量極低(表1)。
基因重組技術(shù)作為21世紀(jì)最有價(jià)值的生物技術(shù),必將帶來一場(chǎng)農(nóng)業(yè)“綠色革命”。我國(guó)耕地資源相對(duì)貧乏,農(nóng)業(yè)發(fā)展受到諸多因素的制約,采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率顯得尤其重要。但是,基因重組技術(shù)的應(yīng)用也可能對(duì)環(huán)境和人類健康帶來潛在的風(fēng)險(xiǎn),因此,加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因生物安全評(píng)價(jià)與管理是保障生物育種技術(shù)持續(xù)健康發(fā)展的基礎(chǔ)。在轉(zhuǎn)基因抗蟲作物環(huán)境安全評(píng)價(jià)中,其對(duì)非靶標(biāo)節(jié)肢動(dòng)物的潛在影響是一項(xiàng)重要的評(píng)價(jià)內(nèi)容。國(guó)內(nèi)外大量研究結(jié)果表明,轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲作物專一性強(qiáng),僅對(duì)靶標(biāo)害蟲及與其親緣關(guān)系十分近的非靶標(biāo)昆蟲具有毒殺作用(Romeisetal.,2008a)。但由于這類非靶標(biāo)昆蟲在自然條件下暴露于Cry殺蟲蛋白的水平很低,抗鱗翅目害蟲轉(zhuǎn)基因作物的種植不可能顯著影響田間蝶類昆蟲的種群密度,也不會(huì)對(duì)蠶絲產(chǎn)業(yè)帶來負(fù)面影響。
雖然大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)了當(dāng)前培育的轉(zhuǎn)Bt基因作物的安全性,但由于公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因作物及其風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知不足,對(duì)轉(zhuǎn)基因作物及其產(chǎn)品的安全性過于擔(dān)憂,導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因作物的產(chǎn)業(yè)化步伐緩慢,這將嚴(yán)重影響這一新興技術(shù)的發(fā)展。因此,我國(guó)相關(guān)科學(xué)家及政府部門應(yīng)該在生物技術(shù)科普教育中發(fā)揮更積極的作用,使民眾對(duì)轉(zhuǎn)基因作物及其安全性有更全面和理性的認(rèn)識(shí),為我國(guó)生物技術(shù)健康發(fā)展和應(yīng)用營(yíng)造良好有序的環(huán)境。
樊龍江, 吳月友, 龐洪泉, 吳建國(guó), 舒慶堯, 徐孟奎, 陸劍飛. 2003. 轉(zhuǎn)基因Bt水稻花粉在桑葉上的自然飄落濃度. 生態(tài)學(xué)報(bào), 23(4): 826-833.
方旭東, 張建華, 許冠鈞. 2011. 論蠶桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)策. 科技和產(chǎn)業(yè), (5): 4-9.
胡龍成. 2000. 一身是寶說家蠶. 綠化與生活, 11(5): 33-34.
胡笑形. 2012. 轉(zhuǎn)基因作物與農(nóng)藥的關(guān)系和作用. 精細(xì)與專用化學(xué)品, 20(4): 1-10.
蔣彩英. 2004.Bt水稻花粉對(duì)家蠶安全性評(píng)價(jià)及對(duì)家蠶安全的Bt菌株生物學(xué)的研究. 杭州: 浙江大學(xué).
李文東, 吳孔明, 王小奇, 郭予元. 2003. 轉(zhuǎn)Cry1Ac和Cry1A+CpTI基因棉花粉對(duì)柞蠶生長(zhǎng)發(fā)育影響的評(píng)價(jià). 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào), 11(5): 488-493.
李文東, 葉恭銀, 吳孔明, 王小奇, 郭予元. 2002. 轉(zhuǎn)抗蟲基因棉花和玉米花粉對(duì)家蠶生長(zhǎng)發(fā)育影響的評(píng)價(jià). 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 35(11): 1543-1549.
李云河, 吳孔明. 2013. 轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化種植的生態(tài)效應(yīng)∥李文華,等. 中國(guó)當(dāng)代生態(tài)學(xué)研究: 可持續(xù)發(fā)展生態(tài)學(xué). 北京: 科學(xué)出版社, 197-214.
王園園, 李云河, 陳秀萍, 武紅巾, 彭于發(fā). 2011. 抗蟲轉(zhuǎn)基因植物對(duì)非靶標(biāo)節(jié)肢動(dòng)物生態(tài)影響的研究進(jìn)展. 生物安全學(xué)報(bào), 20(2): 100-107.
王忠華, 倪新強(qiáng), 徐孟奎, 舒慶堯, 夏英武. 2001.Bt水稻“克螟稻”花粉對(duì)家蠶生長(zhǎng)發(fā)育的影響. 遺傳, 23(5): 463-466.
袁艷華, 楊妮娜, 胡華偉, 董兆克, 張國(guó)安. 2007. 轉(zhuǎn)Bt-cry1Ab/Ac水稻花粉對(duì)家蠶生長(zhǎng)發(fā)育及體內(nèi)酶活性的影響∥植物保護(hù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)——中國(guó)植物保護(hù)學(xué)會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集. 北京: 中國(guó)植物保護(hù)學(xué)會(huì), 1.
袁志東. 2006a.Bt水稻花粉對(duì)家蠶不同品種的毒力測(cè)定和生物學(xué)影響研究. 杭州: 浙江大學(xué).
袁志東, 姚洪渭, 葉恭銀, 胡萃. 2006b. 轉(zhuǎn)Bt基因水稻花粉對(duì)家蠶不同品種幼蟲的生存分析. 蠶桑通報(bào), 37(3): 23-27.
Anderson P L, Hellmich R L, Prasifka J R and Lewis L C. 2005. Effects on fitness and behavior of monarch butterfly larvae exposed to a combination ofCry1Ab-expressing corn anthers and pollen.EnvironmentalEntomology, 34: 944-952.
Anderson P L, Hellmich R L, Sears M K, Sumerford D V and Lewis L C. 2004. Effects ofCry1Ab-expressing corn anthers on monarch butterfly larvae.EnvironmentalEntomology, 33: 1109-1115.
Brookes G and Barfoot P. 2013. Key environmental impacts of
global genetically modified (GM) crop use 1996-2011.GMCropsandFood:BiotechnologyinAgricultureandtheFoodChain, 4: 109-119.
Chen M, Shelton A and Ye G Y. 2011. Insect-resistant genetically modified rice in China: from research to commercialization.AnnualReviewofEntomology, 56: 81-101.
Dively G P, Rose R, Sears M K, Hellmich R L, Stanley-Horn D E, Calvin D D, Russo J M and Anderson P L. 2004. Effects on monarch butterfly larvae (Lepidoptera: Danaidae) after continuous exposure to Cry1Ab-expressing corn during anthesis.EnvironmentalEntomology, 33: 1116-1125.
EPA. 1999. Biopesticide fact sheet:BacillusthuringiensisCryIA(b)Delta-endotoxinandtheGeneticMaterialNecessaryforItsProductioninCorn. http:∥www.epa. gov/pesticides/biopesticides /factsheets/ fs006430t.htm.
EFSA. 2010. Guidance on the environmental risk assessment of genetically modified plants.TheEFSAJournal, 8: 1879.
Felke M, Lorenz N and Langenbruch G A. 2002. Laboratory studies on the effects of pollen fromBt-maize on larvae of some butterfly species.JournalofAppliedEntomology, 126: 320-325.
Felke M, Lorenz N, Langenbruch G A, Feiertag S and Kassa A. 2010. Effect ofBt-176 maize pollen on first instar larvae of the Peacock butterfly (Inachisio)(Lepidoptera; Nymphalidae).EnvironmentalBiosafetyResearch, 9: 5-12.
Flipse S M and Osseweijer P. 2013. Media attention to GM food cases: an innovation perspective.PublicUnderstandingofScience, 22: 185-202.
Gathmann A, Wirooks L, Hothorn L A, Bartsch D and Schuphan I. 2006. Impact ofBtmaize pollen (MON810) on lepidopteran larvae living on accompanying weeds.MolecularEcology, 15: 2677-2685.
Hansen L C and Obrycki J J. 2000. Field deposition ofBttransgenic corn pollen: lethal effects on the monarch butterfly.Oecologia, 125: 241- 248.
Hellmich R L, Albajes R, Bergvinson D, Prasifka J R, Wang Z Y and Weiss M J. 2008. The present and future role of insect-resistant genetically modified maize∥Romeis J, Shelton A M and Kennedy G G.IntergationofInsect-resistantGeneticallyModifiedCropswithIPMSystems. Berlin: Springer, 119-158.
Hellmich R L, Siegfried B D, Sears M K, Stanley-Horn D E, Daniels M J, Mattila H R, Spencer T, Bidne K G and Lewis L C. 2001. Monarch larvae sensitivity toBacillusthuringiensis-purified proteins and pollen.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences, 98: 11925-11930.
James C. 2014.GlobalStatusofCommercializedBiotech/GMCropsin2013. Ithaca, NY, USA: International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA).
Jesse L C and Obrycki J J. 2003. Occurrence ofDanausplexippusL. (Lepidoptera: Danaidae) on milkweedsAsclepiassyriacain transgenicBtcorn agroecosystems.Agriculture,EcosystemsandEnvironment, 97: 225-233.
Kim Y H, Kim H, Lee S and Lee S H. 2008. Effects ofBttransgenic Chinese cabbage pollen expressingBacillusthuringiensisCry1Ac toxin on the non-target insectBombyxmori(Lepidoptera: Bombyxidae) larvae.JournalofAsia-PacificEntomology, 11: 107-110.
Koch R L, Hutchison W D and Venette R C. 2003. Survival of monarch butterfly,Danausplexippus(Nymphalidae), larvae on milkweed nearBtcornfields.Journal-lepidopteristsSociety, 57: 92-99.
Lang A and Vojtech E. 2006. The effects of pollen consumption of transgenicBtmaize on the common swallowtail,PapiliomachaonL. (Lepidoptera, Papilionidae).BasicandAppliedEcology, 7: 296-306.
Li Y H, Romeis J, Wu K M and Peng Y F. 2014. Tier-1 assays for assessing the toxicity of insecticidal proteins produced by genetically engineered plants to non-target arthropods.InsectScience, 21: 125-134.
Li W D, Wu K M, Wang X Q, Wang G R and Guo Y Y. 2005. Impact of pollen grains fromBttransgenic corn on the growth and development of Chinese tussah silkworm,Antheraeapernyi(Lepidoptera: Saturniidae).EnvironmentalEntomology, 34: 922-928.
Li W D, Ye G Y, Wu K M, Wang X Q and Guo Y Y. 2002. Evaluation of impact of pollen grains fromBt,Bt/CpTItransgenic cotton andBtcorn plants on the growth and development of the mulberry silkworm,BombyxmoriLinnaeus (Lepidoptera: Bombycidae).AgriculturalSciencesinChina, 1: 1334-1343.
Losey J, Raynor L and Carter M E. 1999. Transgenic pollen harms Monarch larvae.Nature, 399: 214.
Mattila H R, Sears M K and Duan J J. 2005. Response ofDanausplexippusto pollen of two new Bt corn events via laboratory bioassay.EntomologiaExperimentalisetApplicata, 116: 31-41.
Müller A K, Schuppener M and Rauschen S. 2012. Assessing the impact of Cry1Ab expressing corn pollen on larvae ofAglaisurticaein a laboratory bioassay.GMOsinIntegratedPlantProduction, 73: 55-60.
Niu L, Ma Y, Mannakkara A, Zhao Y, Ma W, Lei C and Chen L. 2013. Impact of single and stacked insect-resistantBt-cotton on the honey bee and silkworm.PLoSONE, 8: e72988.
Pleasants J M, Hellmich R L, Dively G P, Sears M K, Stanley-Horn D E, Mattila H R, Foster J E, Clark P and Jones G D. 2001. Corn pollen deposition on milkweeds in and near cornfields.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences, 98: 11919-11924.
Prasifka P L, Hellmich R L, Prasifka J R and Lewis L C. 2007. Effects of Cry1Ab-expressing corn anthers on the movement of monarch butterfly larvae.EnvironmentalEntomology, 36: 228-233.
Raynor G S, Ogden E C and Hayes J V. 1972. Dispersion and deposition of corn pollen from experimental sources.AgronomyJournal, 64: 420-427.
Romeis J,lvarez-Alfageme F and Bigler F. 2012. Putative effects of Cry1Ab to larvae ofAdaliabipunctata—reply to Hilbecketal. (2012).EnvironmentalSciencesEurope, 24: 18.
Romeis J, Bartsch D, Bigler F, Candolfi M, Gielkens M M C, Hartley S E, Hellmich R L, Huesing J E, Jepson P C, Layton R, Quemada H, Raybould A, Rose R I, Schiemann J, Sear M K, Shelton A M, Sweet J, Vaituzis Z and Wolt J D. 2008a. Assessment of risk of insect-resistant transgenic crops to nontarget arthropods.NatureBiotechnology, 26: 203-208.
Romeis J, Shelton A M and Kennedy G G. 2008b.IntegrationofInsectresistantGeneticallyModifiedCropswithinIPMPrograms. Dordrecht, The Netherlands: Springer.
Romeis J, Meissle M and Bigler F. 2006. Transgenic crops expressingBacillusthuringiensistoxins and biological control.NatureBiotechnology, 24: 63-71.
Romeis J, Raybould A, Bigler F, Candolfi M P, Hellmich R L, Huesing J E and Shelton A M. 2013. Deriving criteria to select arthropod species for laboratory tests to assess the ecological risks from cultivating arthropod-resistant genetically engineered crops.Chemosphere, 90: 901- 909.
Shirai Y and Takahashi M. 2005. Effects of transgenicBtcorn pollen on a non-target lycaenid butterfly,Pseudozizeeriamaha.AppliedEntomologyandZoology, 40: 151-159.
Stanley-Horn D E, Dively G P, Hellmich R L, Mattila H R, Sears M K, Rose R, Jesse L C H, Losey J E, Obrycki J J and Lewis L. 2001. Assessing the impact of Cry1Ab-expressing corn pollen on monarch butterfly larvae in field studies.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences, 98: 11931-11936.
Wraight C L, Zangerl A R, Carroll M J and Berenbaum M R. 2000. Absence of toxicity ofBacillusthuringiensispollen to black swallowtails under field conditions.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences, 97: 7700-7703.
Yang Y, Liu Y, Cao F Q, Chen X P, Cheng L S, Romeis J, Li Y H and Peng Y F. 2014. Consumption ofBtrice pollen containing Cry1C or Cry2A protein poses a low to negligible risk to the SilkwormBombyxmori(Lepidoptera: Bombyxidae).PLoSONE, 9: e102302.
Yao H, Ye G, Jiang C, Fan L, Datta K, Hu C and Datta S K. 2006. Effect of the pollen of transgenic rice line, TT9-3 with a fusedcry1Ab/cry1Acgene fromBacillusthuringiensisBerliner on non-target domestic silkworm,BombyxmoriLinnaeus (Lepidoptera: Bombyxidae).AppliedEntomologyandZoology, 41: 339-348.
Yao H W, Jiang C Y, Ye G Y, Hu C and Peng Y F. 2008. Toxicological assessment of pollen from differentBtrice lines onBombyxmori(Lepidoptera: Bombyxidae).EnvironmentalEntomology, 37: 825-837.
Yu H L, Li Y H and Wu K M. 2011. Risk assessment and ecological effects of transgenicBacillusthuringiensiscrops on non-target organisms.JournalofIntegrativePlantBiology, 53: 520-538.
Zangerl A R, McKenna D, Wraight C L, Carroll M, Ficarello P, Warner R and Berenbaum M R. 2001. Effects of exposure to event 176Bacillusthuringiensiscorn pollen on monarch and black swallowtail caterpillars under field conditions.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences, 98: 11908-11912.