沈文靜, 劉來盤, 方志翔, 張 莉, 劉 標(biāo)

(生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所, 南京 210042)

楊樹是我國重要的栽培樹種，在我國分布廣泛且大規(guī)模種植，由于人工林品種單一，蟲害十分嚴(yán)重(張星耀等, 2012)。為了有效防治蟲害，減少農(nóng)藥的使用，我國早在20世紀(jì)80年代末就開展來源蘇云金芽孢桿菌Bacillusthuringiensis的殺蟲基因(Bt基因)在楊樹中應(yīng)用相關(guān)研究。2002年，轉(zhuǎn)cry1Ac基因歐洲黑楊Populusnigra和轉(zhuǎn)cry1Ac+API基因741楊獲得原國家林業(yè)局良種審定和商品化許可，使得我國成為轉(zhuǎn)基因林木樹種應(yīng)用最早的國家(丁莉萍等, 2016)。據(jù)農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)基因生物安全管理辦公室統(tǒng)計(jì)，截止2011年，我國已推廣轉(zhuǎn)Bt基因楊樹450 hm2，2018年轉(zhuǎn)基因楊樹研發(fā)和應(yīng)用被納入“轉(zhuǎn)基因生物新品種培育”國家科技重大專項(xiàng)實(shí)施，轉(zhuǎn)Bt基因楊樹的推廣使用面積進(jìn)一步擴(kuò)大。

轉(zhuǎn)Bt基因棉花Gossypiumhirsutum是我國使用最早、種植面積最大的轉(zhuǎn)基因作物，2015年我國轉(zhuǎn)Bt基因棉花種植面積達(dá)370萬公頃，占全部棉花面積的97%(James, 2016)。轉(zhuǎn)基因棉花長期種植對棉田節(jié)肢動物群落多樣性的影響已有較多研究，雒珺瑜連續(xù)5年調(diào)查轉(zhuǎn)Bt棉田中節(jié)肢動物多樣性變化發(fā)現(xiàn)，相比非轉(zhuǎn)基因棉花，轉(zhuǎn)Bt棉田中節(jié)肢動物昆蟲群落、害蟲亞群落和天敵亞群落結(jié)構(gòu)等均無顯著差異(雒珺瑜, 2016)。Liu和Luo(2019)報(bào)道轉(zhuǎn)基因棉田臨近植物的多樣性與棉田葉片危害程度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明臨近植物對棉田生物多樣性產(chǎn)生影響。轉(zhuǎn)Bt基因楊樹大面積推廣后，轉(zhuǎn)基因楊樹和轉(zhuǎn)基因棉花不可避免相遇，形成轉(zhuǎn)基因楊棉復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。目前已有轉(zhuǎn)基因楊樹和轉(zhuǎn)基因棉花復(fù)合系統(tǒng)對生物多樣性影響相關(guān)報(bào)道，陳輝惶等(2012)報(bào)道轉(zhuǎn)基因楊棉復(fù)合系統(tǒng)對靶標(biāo)類害蟲有極強(qiáng)的抑制作用，但系統(tǒng)內(nèi)節(jié)肢動物均勻度和生物多樣性降低；姜文虎等(2018)研究表明轉(zhuǎn)基因楊棉復(fù)合系統(tǒng)對節(jié)肢動物群落沒有負(fù)面效應(yīng)。上述研究主要基于樹齡大于6年的成年楊樹，而林下種植的轉(zhuǎn)基因楊樹和轉(zhuǎn)基因棉花在空間上更接近，對生物多樣性和靶標(biāo)害蟲長期影響有待研究。本研究構(gòu)建了楊樹幼林下套種轉(zhuǎn)基因棉花的復(fù)合系統(tǒng)，調(diào)查了楊樹和棉花地上部節(jié)肢動物種類和數(shù)量，分析了轉(zhuǎn)基因楊樹林下種植對轉(zhuǎn)基因棉花節(jié)肢動物群落多樣性影響，監(jiān)測不同時期轉(zhuǎn)基因楊樹和轉(zhuǎn)基因棉花外源Bt蛋白表達(dá)水平，研究結(jié)果能夠?yàn)檗D(zhuǎn)基因楊棉復(fù)合系統(tǒng)安全使用提供數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試植物

楊樹品種為轉(zhuǎn)cry1Ac基因歐洲黑楊P.nigra世紀(jì)楊，非轉(zhuǎn)基因楊樹為107楊，楊樹植株均由中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所提供；棉花G.hirsutum品種為轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花冀H239。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)與小區(qū)設(shè)置

試驗(yàn)地位于河北省任丘市馬漢鎮(zhèn)，試驗(yàn)地為平坦農(nóng)地，土質(zhì)一致。抗蟲轉(zhuǎn)基因歐洲黑楊和非轉(zhuǎn)基因楊樹107楊均為2019年4月新栽植，移栽時樹齡1年，本研究設(shè)置轉(zhuǎn)基因楊樹與轉(zhuǎn)基因棉花(復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)1)和非轉(zhuǎn)基因楊樹與轉(zhuǎn)基因棉花(復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)2)兩種楊棉復(fù)合系統(tǒng)，每復(fù)合系統(tǒng)設(shè)置3個重復(fù)小區(qū)。每個小區(qū)625 m2(25 m×25 m)，楊樹株行距3 m×3 m，楊樹林下種植轉(zhuǎn)基因棉花冀H239(株行距0.5 m×0.5 m)。棉花種植時間為2019年5月，除不施用農(nóng)藥外，棉田采取常規(guī)管理模式?？紤]到種植現(xiàn)狀，本研究未設(shè)置非轉(zhuǎn)基因棉花小區(qū)。

1.3 調(diào)查方法

種植后每隔約15 d采用直接觀察法調(diào)查楊樹和棉花地上部植株節(jié)肢動物種類和個體數(shù)量，小區(qū)采用S型取樣法在林中隨機(jī)確定3個調(diào)查點(diǎn)，每點(diǎn)調(diào)查10株楊樹和棉花，記錄植株上所有節(jié)肢動物的種類及個體數(shù)量。對田間不能辨別的種類編號保存，帶回實(shí)驗(yàn)室鑒定。

1.4 葉片Bt蛋白測定

每月采集一次楊樹和棉花新鮮葉片，均為枝條倒數(shù)第3葉，低溫保存，外源Bt蛋白含量利用Envirologix公司Cry1Ab/c 蛋白ELISA試劑盒(AP003)測定，具體測定按照試劑盒說明書進(jìn)行。

1.5 數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計(jì)各調(diào)查日期節(jié)肢動物種類與個體數(shù)量，計(jì)算群落香農(nóng)指數(shù)(Shannon-Wiener指數(shù)H=-∑PilnPi)、優(yōu)勢集中性指數(shù)[C=∑(Ni/N)2]、均勻度指數(shù)(Pielou指數(shù)J=H/lnS)，其中，S為物種數(shù)，Pi=Ni/N，Ni為第i個物種的個體數(shù)，N為總個體數(shù)(Krebs, 1999)。

使用Excel2016和SPSS18軟件中方差分析法對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，顯著性水平均設(shè)為0.05。

2 結(jié)果

2.1 楊棉復(fù)合系統(tǒng)中地上節(jié)肢動物主要類群

2019年4-10月間共調(diào)查10次，2個楊棉復(fù)合系統(tǒng)中共發(fā)現(xiàn)地上部節(jié)肢動物60種，分屬10目42科(表1)。60種節(jié)肢動物中復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)1(轉(zhuǎn)基因楊樹和棉花)與復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)2(非轉(zhuǎn)基因楊樹和棉花)相同物種41種。將復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)1和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)2中節(jié)肢動物按照調(diào)查所在植物進(jìn)行分組，共計(jì)有13種在2個系統(tǒng)中4種調(diào)查植物均有發(fā)現(xiàn)。兩種復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)基因棉花植株上相同物種共計(jì)有25種，主要物種白粉虱Trialeurodesvaporariorum、大青葉蟬Cicadellaviridis、紅蜘蛛Tetranychuscinnbarinus、瓢蟲類、蜘蛛類、盲蝽類等，這些物種在棉花上的多度均大于1%，為轉(zhuǎn)基因棉花上常見物種或優(yōu)勢物種。轉(zhuǎn)基因楊樹和非轉(zhuǎn)基因楊樹上相同物種共計(jì)有20種，主要物種為鱗翅目毒蛾類、葉蟬類、葉甲類、瓢蟲類等。復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)1轉(zhuǎn)基因楊樹和棉花上相同物種共計(jì)有18種，復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)2中非轉(zhuǎn)基因楊樹和棉花楊樹上相同物種共計(jì)有14種。

表1 轉(zhuǎn)基因或非轉(zhuǎn)基因楊樹與轉(zhuǎn)基因棉花復(fù)合系統(tǒng)中地上節(jié)肢動物群落的目和科組成Table 1 The order and family composition of the above-ground arthropod community in transgenic ornon-transgenic poplar-transgenic cotton composite systems

2.2 不同楊棉復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)對節(jié)肢動物群落組成和個體數(shù)量的影響

為具體分析轉(zhuǎn)基因楊樹種植對復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)地上節(jié)肢動物類群的影響，將節(jié)肢動物分為害蟲、捕食性天敵、寄生性天敵和中性昆蟲4種功能群，統(tǒng)計(jì)整個調(diào)查期各功能群內(nèi)代表性節(jié)肢動物累計(jì)個體數(shù)量(表2)。2種復(fù)合系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)基因棉花植株地上節(jié)肢動物各類群累計(jì)個體數(shù)量相當(dāng)，除鱗翅類害蟲外，各類群累計(jì)個體數(shù)量均無顯著性差異(P>0.05)。轉(zhuǎn)基因楊樹上的鱗翅目害蟲、寄生蜂類累計(jì)個體數(shù)量顯著小于非轉(zhuǎn)基因楊樹上的(P<0.05)，而葉甲類、植食性蝽累計(jì)個體數(shù)量顯著高于非轉(zhuǎn)基因楊樹上的(P<0.05)，其他9個類群累計(jì)個體數(shù)量在兩種楊樹上無顯著性差異(P>0.05)。雖然轉(zhuǎn)基因楊樹上的植食性蝽類個體數(shù)量高于非轉(zhuǎn)基因楊樹上的，因其個體數(shù)量少，可能是調(diào)查誤差導(dǎo)致。相比非轉(zhuǎn)基因楊樹，轉(zhuǎn)基因楊樹上鱗翅目害蟲的顯著減少主要是Bt蛋白控制靶標(biāo)害蟲美國白蛾Hyphantriacunea、楊黃卷葉螟Botyodesdiniasalis等鱗翅目害蟲。雖然2個復(fù)合系統(tǒng)中棉花上鱗翅類害蟲個體數(shù)量均較少，但復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)1中棉花上的鱗翅類昆蟲個復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)1 Composite system 1: 轉(zhuǎn)基因楊樹-轉(zhuǎn)基因棉花Transgenic poplar-transgenic cotton; 復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)2 Composite system 2: 非轉(zhuǎn)基因楊樹-轉(zhuǎn)基因棉花Non-transgenic poplar-transgenic cotton. 下同The same below. 表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差; 同行數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05, Duncan氏復(fù)極差檢驗(yàn))。Data in the table are mean±SD. Different small letters following the data in the same row meant significant difference (P<0.05, Duncan’s multiple range test).

表2 轉(zhuǎn)基因或非轉(zhuǎn)基因楊樹與轉(zhuǎn)基因棉花復(fù)合系統(tǒng)中地上節(jié)肢動物各主要功能群累計(jì)個體數(shù)量(頭/100株)Table 2 The accumulated numbers of individuals of the main functional groups of above-ground arthropodsin transgenic or non-transgenic poplar-transgenic cotton composite systems (individuals per 100 plants)

體數(shù)量顯著少于復(fù)合系統(tǒng)2中棉花上個體數(shù)量(P<0.05)。轉(zhuǎn)基因楊樹不僅顯著降低自身鱗翅類害蟲個體數(shù)量，還對同一系統(tǒng)中棉花上鱗翅目昆蟲個體數(shù)量有協(xié)同控制作用。相比非轉(zhuǎn)基因楊樹-棉花系統(tǒng)，轉(zhuǎn)基因楊樹種植未對同系統(tǒng)中轉(zhuǎn)基因棉花地上節(jié)肢動物各功能群個體數(shù)量產(chǎn)生明顯影響。

2.3 不同楊棉復(fù)合系統(tǒng)節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)多樣性變化

將各調(diào)查時期數(shù)據(jù)相加，從系統(tǒng)整體和物種(植物種類)兩個層次研究轉(zhuǎn)基因楊樹種植對楊棉生態(tài)系統(tǒng)節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù)的影響(表3)。從生態(tài)系統(tǒng)整體層面，復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)1和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)2中節(jié)肢動物群落在香農(nóng)指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢集中性指數(shù)均無顯著差異(P>0.05)。將棉花地上節(jié)肢動物數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)2種復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)基因棉花上上述3種指數(shù)也無顯著性差異(P>0.05)，這一結(jié)果和節(jié)肢動物各類群累計(jì)個體數(shù)量是一致的。轉(zhuǎn)基因楊樹上節(jié)肢動物香農(nóng)指數(shù)顯著高于非轉(zhuǎn)基因楊樹上的(P<0.05)，優(yōu)勢集中性指數(shù)顯著低于非轉(zhuǎn)基因楊樹上的(P<0.05)。不管是轉(zhuǎn)基因楊樹還是非轉(zhuǎn)基因楊樹，其節(jié)肢動物香農(nóng)指數(shù)均顯著高于各自對應(yīng)復(fù)合系統(tǒng)中棉花上的(P<0.05)。

表3 調(diào)查期間轉(zhuǎn)基因或非轉(zhuǎn)基因楊樹與轉(zhuǎn)基因棉花復(fù)合系統(tǒng)中節(jié)肢動物群落多樣性指數(shù)Table 3 The diversity indexes of arthropod communities in transgenic or non-transgenicpoplar-transgenic cotton composite systems during the whole investigation period

按照調(diào)查日期分別計(jì)算2個復(fù)合系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)基因棉花地上節(jié)肢動物多樣性指數(shù)(圖1: A)，2個復(fù)合系統(tǒng)中棉花上節(jié)肢動物香農(nóng)指數(shù)在各調(diào)查期呈現(xiàn)相同波動趨勢，在7月底到8月中旬，由于棉田暴發(fā)白粉虱和蚜蟲，使得2個復(fù)合系統(tǒng)中轉(zhuǎn)基因棉花上節(jié)肢動物的香農(nóng)指數(shù)均斷崖式下降，隨著白粉虱暴發(fā)結(jié)束，香農(nóng)指數(shù)再次上升，10月棉花進(jìn)入生育后期，葉片衰老凋落，植株上節(jié)肢動物種類和個體數(shù)量變少，香農(nóng)指數(shù)相應(yīng)降低。10次調(diào)查中，2個復(fù)合系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)基因棉花上節(jié)肢動物的香農(nóng)指數(shù)僅8月17日有顯著性差異(P<0.05)，其他時期均無顯著性差異。2個復(fù)合系統(tǒng)中棉花地上節(jié)肢動物群落均勻度指數(shù)變化趨勢與香農(nóng)指數(shù)變化趨勢一致，在7月底白粉虱暴發(fā)后，8月和9月兩次調(diào)查中復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)2中棉花上節(jié)肢動物均勻度指數(shù)值高于復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)1中棉花上節(jié)肢動物的均勻度指數(shù)值，但無顯著差異。復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)1和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)2中棉花上節(jié)肢動物優(yōu)勢集中性指數(shù)變化趨勢一致，數(shù)值上也無顯著差異。2個復(fù)合系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)基因棉花上節(jié)肢動物的優(yōu)勢集中性指數(shù)出現(xiàn)兩次上升，原因與導(dǎo)致香農(nóng)指數(shù)變化的因素一致。群落的穩(wěn)定性是指群落在一段時間過程中維持物種間相互組合及各物種個體數(shù)量關(guān)系的能力，以及在受到擾動的情況下恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的能力。在7月底白粉虱暴發(fā)造成棉株上節(jié)肢動物群落香農(nóng)指數(shù)和均勻度降低， 隨著暴發(fā)期過去，不管復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)1還是復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)2相關(guān)群落結(jié)構(gòu)指數(shù)均能夠大致恢復(fù)到暴發(fā)前水平，這表明兩種系統(tǒng)中棉花節(jié)肢動物群落保存了相對穩(wěn)定，也說明相比非轉(zhuǎn)基因楊樹，轉(zhuǎn)基因楊樹的種植未對棉花地上節(jié)肢動物群落穩(wěn)定造成明顯影響。

圖1 轉(zhuǎn)基因或非轉(zhuǎn)基因楊樹與轉(zhuǎn)基因棉花復(fù)合系統(tǒng)中棉花(A, C和E)和楊樹(B, D和F)地上節(jié)肢動物群落多樣性指數(shù)動態(tài)變化Fig. 1 Dynamics of diversity indexes of the above-ground arthropod communities on cotton (A, C, and E) and poplar (B, D, and F) plants in transgenic or non-transgenic poplar-transgenic cotton composite systems

從系統(tǒng)整體看，轉(zhuǎn)基因楊樹地上節(jié)肢動物香農(nóng)指數(shù)顯著高于非轉(zhuǎn)基因楊樹上的(表3)。每次調(diào)查單獨(dú)計(jì)算群落多樣性指數(shù)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因楊樹地上節(jié)肢動物香農(nóng)指數(shù)在大部分調(diào)查期均高于非轉(zhuǎn)基因楊樹上的，6月5日、6月21日和9月7日的香農(nóng)指數(shù)值顯著高于非轉(zhuǎn)基因楊樹上的(P<0.05)，鱗翅目害蟲個體數(shù)量是轉(zhuǎn)基因楊樹和非轉(zhuǎn)基因楊樹地上節(jié)肢動物群落功能群個體數(shù)量最主要差異所在，6月5日和6月21日非轉(zhuǎn)基因楊樹上美國白蛾、卷葉螟個體數(shù)量均遠(yuǎn)超轉(zhuǎn)基因楊樹上的，引起這兩個時期非轉(zhuǎn)基因楊樹上節(jié)肢動物香農(nóng)指數(shù)下降(圖1: B)。7月31日棉田暴發(fā)了白粉虱，雖然主要是發(fā)生在棉株上，但因害蟲自主遷飛、風(fēng)力等因素，轉(zhuǎn)基因楊樹和非轉(zhuǎn)基因楊樹上均發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的白粉虱，雖然遠(yuǎn)小于棉株上的數(shù)量，但基數(shù)大，仍然造成轉(zhuǎn)基因楊樹和非轉(zhuǎn)基因楊樹上節(jié)肢動物香農(nóng)指數(shù)和均勻度指數(shù)降低，優(yōu)勢集中性指數(shù)上升。和棉花不同的是，在調(diào)查后期，轉(zhuǎn)基因楊樹和非轉(zhuǎn)基因楊樹上節(jié)肢動物香農(nóng)指數(shù)下降的程度有限，在10月17日調(diào)查中，復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)1中轉(zhuǎn)基因楊樹上發(fā)現(xiàn)13個物種，而棉花上只有4個物種，復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)2也是這一情況。10月中旬棉花已經(jīng)進(jìn)入收獲期，葉片開始枯黃，而楊樹還正常生長，枝葉茂盛，這可能造成了系統(tǒng)中地上節(jié)肢動物向楊樹聚集。

2.4 Bt蛋白在轉(zhuǎn)基因楊樹和棉花葉片中含量變化

轉(zhuǎn)Bt基因植物抗蟲性主要通過其表達(dá)的Bt蛋白來實(shí)現(xiàn)，利用ELISA方法每月監(jiān)測轉(zhuǎn)基因楊樹和棉花葉片中外源Bt的表達(dá)量(表4)。轉(zhuǎn)基因棉花葉片外源Bt蛋白含量5月21日(苗期)最高，達(dá)到1 026.26±89.35 ng/g FW，而后隨著生育期的延長而逐漸下降，10月17日(收獲期)最低(293.33±68.73 ng/g FW)。 轉(zhuǎn)基因楊樹葉片Bt蛋白含量變化幅度遠(yuǎn)小于棉花葉片的，7月18日楊樹葉片Bt蛋白含量最高(121.56±17.04 ng/g FW)，其他5個時期變化范圍在76.28～96.39 ng/g FW間，且在這5個調(diào)查時期均無顯著差異(P>0.05)。每月監(jiān)測數(shù)據(jù)均表明轉(zhuǎn)基因楊樹葉片中外源Bt蛋白含量顯著低于轉(zhuǎn)基因棉花葉片中的。

3 討論

隨著我國轉(zhuǎn)基因植物研發(fā)和利用不斷推進(jìn)，目前轉(zhuǎn)Bt基因棉花、玉米、水稻和楊樹在我國均獲得安全生產(chǎn)證書。和其他國家大面積單一作物種植模式不同，我國碎片化的土地承包制度和間作套種耕作模式使得不同外源基因不同類型的轉(zhuǎn)基因植物共處在同一田地中，轉(zhuǎn)基因楊樹和轉(zhuǎn)基因棉花復(fù)合種植就是一種常用的種植模式。轉(zhuǎn)基因楊棉復(fù)合種植模式下對生物多樣性和病蟲害發(fā)展等影響已有相關(guān)研究，Zhang(2015a, 2015b)在河北利用已栽種6年的轉(zhuǎn)cry1Ac基因741白楊和非轉(zhuǎn)基因楊樹設(shè)置4個不同楊樹-棉花生態(tài)系統(tǒng)組合，研究轉(zhuǎn)cry1Ac基因741白楊對系統(tǒng)內(nèi)害蟲和節(jié)肢動物多樣性影響；陳輝惶等(2012)在新疆利用已栽種7年的轉(zhuǎn)cry1Ac基因歐洲黑楊和非轉(zhuǎn)基因楊樹，設(shè)置類似系統(tǒng)研究節(jié)肢動物群落變化。上述兩位學(xué)者利用樹齡較大的楊樹設(shè)置小區(qū)，可能因郁閉，棉花小區(qū)未設(shè)置在林下，而是緊靠楊樹林，形成楊樹-棉花隔離帶復(fù)合系統(tǒng)。本研究考慮到我國北方退耕還林，幼林階段林下復(fù)合種植的現(xiàn)實(shí)，種植1年生楊樹，直接在林下種植棉花，楊樹和棉花在同一空間，形成復(fù)雜關(guān)聯(lián)的楊樹-棉花林下復(fù)合系統(tǒng)。楊樹-棉花隔離帶系統(tǒng)和楊樹-棉花林下系統(tǒng)在我國都廣泛存在，甚至間雜在一起，這兩種系統(tǒng)的調(diào)查數(shù)據(jù)可互相補(bǔ)充和參考。

單一楊樹種植模式下，轉(zhuǎn)Bt基因楊樹對節(jié)肢動物群落生物多樣性影響結(jié)論相對一致，一般認(rèn)為轉(zhuǎn)Bt基因楊樹對靶標(biāo)害蟲和非靶標(biāo)植食性害蟲均存在負(fù)效應(yīng),而對天敵和中性節(jié)肢動物的組成和發(fā)生均具有正效應(yīng)(高素紅等, 2006; 胡建軍等, 2010; Zuoetal., 2018)。轉(zhuǎn)基因楊棉復(fù)合系統(tǒng)對節(jié)肢動物多樣性影響還不確切，陳輝惶等(2012)報(bào)道中對靶標(biāo)類害蟲有較強(qiáng)的復(fù)合抑制效果，但是會造成其他非靶標(biāo)害蟲種類和個體數(shù)量增加，并有上升為主要害蟲的趨勢，并引致天敵的增殖；姜文虎等(2018)報(bào)道轉(zhuǎn)基因楊棉復(fù)合系統(tǒng)對靶標(biāo)害蟲具有較好的毒殺以及控制種群個體數(shù)量的作用，對系統(tǒng)中非目標(biāo)昆蟲以及天敵和中性昆蟲作用不明顯。本研究中的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)1和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)2群落總體結(jié)構(gòu)無大區(qū)別，但轉(zhuǎn)基因楊樹上葉甲類累計(jì)個體數(shù)量高于非轉(zhuǎn)基因楊樹上的，而寄生蜂類群的個體數(shù)量則低于非轉(zhuǎn)基因楊樹上的(表2)，轉(zhuǎn)基因楊樹上鱗翅目害蟲減少所留下的空生態(tài)位填補(bǔ)問題還需進(jìn)一步監(jiān)測。單一轉(zhuǎn)基因植物對群落結(jié)構(gòu)和生物多樣性影響結(jié)論不能夠簡單推廣到多類型轉(zhuǎn)基因植物共存的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中。

Zhang等(2015b)將棉花和楊樹調(diào)查數(shù)據(jù)整合一個總體分析，認(rèn)為轉(zhuǎn)基因楊棉生態(tài)系統(tǒng)對害蟲有較強(qiáng)的抑制作用，對群落結(jié)構(gòu)沒有影響，群落多樣性指數(shù)表明轉(zhuǎn)基因棉花和轉(zhuǎn)基因楊樹組合要好于其他組合。陳輝惶等(2012)報(bào)道非轉(zhuǎn)基因楊樹林中優(yōu)勢節(jié)肢動物類群復(fù)雜，轉(zhuǎn)基因楊棉系統(tǒng)使均勻度和生物多樣性降低。本研究中復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)1和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)2總體群落結(jié)構(gòu)指數(shù)均無顯著差異，轉(zhuǎn)基因楊樹和非轉(zhuǎn)基因楊樹地上節(jié)肢動物的香農(nóng)指數(shù)(Shannon-Wienner指數(shù))均較高，而2個復(fù)合系統(tǒng)中轉(zhuǎn)基因棉花上節(jié)肢動物香農(nóng)指數(shù)相對較低(表3)，將楊樹和棉花的調(diào)查數(shù)據(jù)整合，計(jì)算獲得整個復(fù)合系統(tǒng)的節(jié)肢動物香農(nóng)指數(shù)卻更接近轉(zhuǎn)基因棉花上的，這是因?yàn)?019年7-8月間棉花上白粉虱和蚜蟲大暴發(fā)，種群個體數(shù)量巨大，極大降低了整個系統(tǒng)生物多樣性。當(dāng)研究復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)中節(jié)肢動物多樣性時，由于植物物種豐富多樣，生態(tài)系統(tǒng)中節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定，生物多樣性特征指數(shù)在生態(tài)系統(tǒng)總體層面有指示意義。但對于只有2～3種植物存在簡單復(fù)合生態(tài)中，由于不同植物自身特性和空間布局差異，各類植物所棲息和吸引的節(jié)肢動物種類的個體數(shù)量差異巨大，尤其是某一特定時期暴發(fā)的種群個體數(shù)量龐大的害蟲，生態(tài)系統(tǒng)層面生物多樣性特征指數(shù)不能夠反映真實(shí)情況，因此有必要按照研究目的將復(fù)合系統(tǒng)拆解分析。

Bt蛋白含量是轉(zhuǎn)基因植物控制害蟲的物質(zhì)基礎(chǔ)，Bt蛋白含量穩(wěn)定大量表達(dá)是生產(chǎn)應(yīng)用所必需的。Sachs等(1998)認(rèn)為外源Bt蛋白表達(dá)量受植物類型、基因類型、基因插入位點(diǎn)、種植環(huán)境、啟動子等多方面影響。大量研究表明轉(zhuǎn)Bt基因棉花葉片Bt蛋白含量隨生長發(fā)育推進(jìn)而降低(張永軍等, 2001; 沈平等, 2010)，本研究結(jié)果(表4)也證實(shí)了這一點(diǎn)。牛小云等(2011)報(bào)道轉(zhuǎn)cry3A基因741白楊樹葉片毒蛋白含量隨生長期無規(guī)律變化，張益文(2012)報(bào)道轉(zhuǎn)cry1Ac基因741楊樹長短枝葉片均隨生長時期先上升后下降，本研究中采用轉(zhuǎn)基因楊樹為轉(zhuǎn)cry1Ac基因歐洲黑楊，其外源蛋白表達(dá)量總體保持穩(wěn)定。張超等(2019)報(bào)道轉(zhuǎn)多Bt基因歐洲黑楊中葉片Cry3A蛋白含量極顯著高于Cry1Ac蛋白，張益文等(2015)報(bào)道轉(zhuǎn)cry1Ac基因歐洲黑楊Bt蛋白在不同株系間表達(dá)量差異較大，可見轉(zhuǎn)基因楊樹葉片Bt蛋白表達(dá)量和生育期變化趨勢因Bt基因類型和楊樹種類不同而有較大差異。

Zhang等(2015a)和本研究均發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因棉花-轉(zhuǎn)基因楊樹復(fù)合系統(tǒng)中楊樹植株上還有靶標(biāo)害蟲(美國白蛾等)存活。由于本研究采用林下種植方式，棉花衰老先于楊樹，系統(tǒng)內(nèi)包括鱗翅目害蟲在內(nèi)的昆蟲在10月份向楊樹聚集。本研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因楊樹葉片Bt含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)基因棉花葉片的(表4)，張益文(2012)報(bào)道轉(zhuǎn)基因楊樹棉花復(fù)合系統(tǒng)中轉(zhuǎn)cry1Ac基因741楊樹葉片Bt蛋白含量也低于棉花葉片的。靶標(biāo)害蟲對Bt蛋白抗性是轉(zhuǎn)基因植物應(yīng)用后面臨的最棘手問題，McGaughey和Whalon(1992)提出轉(zhuǎn)Bt基因植物害蟲抗性風(fēng)險管理4項(xiàng)措施，其中高劑量庇護(hù)所是Bt植物應(yīng)用后延緩抗性發(fā)展的主要措施。Jin等(2015)報(bào)道玉米、花生以及大豆等非棉花寄主作物充當(dāng)自然庇護(hù)所延緩了我國黃河流域和長江流域棉鈴蟲對Cry1Ac抗性的演化，但延緩效率低于非Bt棉花。Wan等(2017)研究表明Bt棉花和非Bt棉花混合種植可以有效控制紅鈴蟲對Bt棉花的抗性發(fā)展。庇護(hù)所策略只有當(dāng)轉(zhuǎn)基因作物能夠持續(xù)表達(dá)足夠高的Bt蛋白而導(dǎo)致全部或大部分敏感和抗性害蟲死亡時才能發(fā)揮作用(Tabashniketal., 2013)。轉(zhuǎn)基因棉花-轉(zhuǎn)基因楊樹兩種植物外源Bt蛋白表達(dá)量差異大，且存在包括靶標(biāo)昆蟲在內(nèi)的昆蟲向轉(zhuǎn)基因楊樹遷移可能，因此需對復(fù)合系統(tǒng)下美國白蛾等靶標(biāo)生物的抗性發(fā)展持續(xù)監(jiān)測。

本研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因楊樹的引入未對轉(zhuǎn)基因棉花地上部節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)和多樣性指數(shù)產(chǎn)生顯著影響，轉(zhuǎn)基因楊樹能夠協(xié)同控制棉花上鱗翅目害蟲個體數(shù)量；相比對照楊樹，轉(zhuǎn)基因楊樹不僅顯著控制了鱗翅目昆蟲個體數(shù)量，其地上部節(jié)肢動物生物香農(nóng)指數(shù)有所提高。轉(zhuǎn)基因楊樹為多年生植物，無法在短時間內(nèi)通過改變種植方式、增加或者改變外源蛋白種類等方法延緩抗性發(fā)展，因此密切監(jiān)測靶標(biāo)生物的抗性發(fā)展是轉(zhuǎn)基因楊樹長時間廣范圍使用的安全保證。