轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米對(duì)瓢蟲科天敵種群動(dòng)態(tài)的影響

劉 慧，何康來(lái)，白樹雄，王振營(yíng)

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

目前，在已進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用的轉(zhuǎn)基因抗蟲作物中，導(dǎo)入基因主要來(lái)自蘇云金芽孢桿菌 Bacillus thuringiensis(簡(jiǎn)稱Bt)殺蟲晶體蛋白基因。已有研究表明，轉(zhuǎn)cry1Ab基因抗蟲玉米對(duì)歐洲玉米螟Ostrinia nubilalis(Hübner)具有很好的控制作用(Ostlie et al.，1997)，并且可明顯減輕玉米穗腐病的發(fā)生，降低玉米籽粒中的霉菌毒素，提高品質(zhì)(Munkvold et al.，1999)。Bt 玉米對(duì)亞洲玉米螟O.furnacalis(Guenée)也有很好的控制效果(王冬妍等，2004;He et al.，2006)。至2011 年 Bt玉米已在全球16個(gè)國(guó)家商業(yè)化種植，種植面積已達(dá)5100萬(wàn)hm2，占全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積的32%(James，2012)。我國(guó)研發(fā)的轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲玉米已進(jìn)入環(huán)境釋放階段。孟山都公司以及杜邦公司的轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米MON810和先正達(dá)公司的轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米Bt11也先后被批準(zhǔn)在我國(guó)進(jìn)行環(huán)境釋放，有的已進(jìn)入生產(chǎn)性試驗(yàn)階段。

Losey et al.(1999)發(fā)表了抗鱗翅目害蟲的Bt玉米花粉對(duì)帝王斑蝶Danaus plexippus(L.)有潛在風(fēng)險(xiǎn)的論述。盡管后來(lái)的研究表明，目前商業(yè)化的轉(zhuǎn)Bt基因玉米對(duì)帝王斑蝶種群的影響微乎其微(Shelton et al.，2002)，但轉(zhuǎn)基因抗蟲作物對(duì)非靶標(biāo)生物的影響仍受到廣泛關(guān)注。大規(guī)模種植Bt作物是否會(huì)影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中天敵的種類和數(shù)量也引起各國(guó)研究人員的重視。有研究表明，在Bt棉田內(nèi)，七星瓢蟲Coccinella septempunctata L.、龜紋瓢蟲Propylaea japonica(Thunberg)、草間小黑蛛Ergonidium graminicolum(Sundevall)和大眼蟬長(zhǎng)蝽Geocoris punctipes(Say)的捕食量顯著高于常規(guī)田，但其種群數(shù)量與常規(guī)棉田無(wú)顯著差異(崔金杰和夏敬源，1998、1999)。瓢蟲是玉米田的一類重要的多食性天敵昆蟲，其在Bt玉米田間可能直接或間接攝入殺蟲蛋白(álvarez-Alfageme et al.，2008;Lundgren et al.，2005;Wold et al.，2001)，且可能影響其生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而影響其在田間的種群動(dòng)態(tài)。因此，本研究通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米田與對(duì)照玉米田中瓢蟲科天敵昆蟲種類豐富度和種群動(dòng)態(tài)的比較，研究轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米對(duì)主要瓢蟲科天敵的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試玉米品種是由孟山都遠(yuǎn)東公司提供的轉(zhuǎn)cry1Ab基因的抗蟲玉米(Event MON810)及非轉(zhuǎn)基因玉米對(duì)照。試驗(yàn)地點(diǎn)位于河北省廊坊市中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所試驗(yàn)基地。分春播和夏播，Bt玉米及其對(duì)照親本玉米小區(qū)隨機(jī)排列，每小區(qū)面積為20 m×20 m，重復(fù)4次。肥水管理按常規(guī)操作，全生育期未使用任何農(nóng)藥。

1.2 調(diào)查方法

1.2.1 直接觀察調(diào)查法 從定苗后10 d到成熟，每5 d調(diào)查1次，每小區(qū)采用雙對(duì)角線5點(diǎn)取樣，每點(diǎn)調(diào)查20株玉米。記錄整株玉米上各種瓢蟲的種類、數(shù)量和發(fā)育階段。將田間不易識(shí)別的種類編號(hào)，帶回室內(nèi)鑒定。

1.2.2 吸蟲器調(diào)查法 吸蟲器由山東華盛農(nóng)業(yè)藥械股份有限公司生產(chǎn)的機(jī)動(dòng)噴霧器改裝而成。從定苗15 d后開始，利用吸蟲器依照雙對(duì)角線5點(diǎn)取樣法進(jìn)行抽樣。每點(diǎn)抽取10株玉米(全株)及其地面1 m2范圍內(nèi)的所有節(jié)肢動(dòng)物。將抽取的樣品帶回室內(nèi)清理，挑出瓢蟲科昆蟲，并對(duì)其進(jìn)行分類和計(jì)數(shù)。

1.2.3 調(diào)查時(shí)間 調(diào)查于2004年進(jìn)行，春播玉米從6月15日開始到8月23日結(jié)束;夏播玉米從7月28日開始到10月5日結(jié)束。

1.3 數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用SPSS11.5軟件進(jìn)行分析，差異顯著性比較采用t測(cè)驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)瓢蟲科昆蟲物種豐富度和優(yōu)勢(shì)度的影響

瓢蟲科昆蟲是玉米田捕食性天敵的主要類群。本研究表明，Bt玉米田與對(duì)照田瓢蟲科昆蟲種類相同，有龜紋瓢蟲、異色瓢蟲Harmonia axyridis(Pallas)、七星瓢蟲、黑背毛瓢蟲 Scymnus(Neopullus)babai Sasaji、深點(diǎn)食螨瓢蟲 Stethorus punctillum(Weise)、長(zhǎng)隆小毛瓢蟲 Scymnus folchinii(Canepari)、連斑小毛瓢蟲Scymnus inderihensis(Mulsant)和展緣異點(diǎn)瓢蟲Anisosticta kabensis(Lewis)等8種。其中，春播時(shí)Bt玉米田與對(duì)照田以龜紋瓢蟲為優(yōu)勢(shì)種，夏播時(shí)以龜紋瓢蟲和異色瓢蟲為主，七星瓢蟲和深點(diǎn)食螨瓢蟲次之，其余4種瓢蟲數(shù)量較少(表1)。

2.2 對(duì)龜紋瓢蟲種群動(dòng)態(tài)的影響

圖1顯示，Bt玉米田龜紋瓢蟲種群消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)趨勢(shì)和對(duì)照田基本一致。春播Bt玉米田中龜紋瓢蟲的數(shù)量?jī)H在玉米生長(zhǎng)后期顯著高于對(duì)照田，其他時(shí)期與對(duì)照田沒(méi)有顯著差異。夏播Bt玉米田中龜紋瓢蟲的種群數(shù)量較對(duì)照田或高或低，但兩者間無(wú)顯著性差異。

2.3 對(duì)異色瓢蟲種群動(dòng)態(tài)的影響

從圖2可以看出，Bt玉米田異色瓢蟲種群數(shù)量的變化趨勢(shì)與對(duì)照基本相似。春播Bt玉米田中異色瓢蟲在玉米各生育期的種群數(shù)量與對(duì)照田沒(méi)有明顯差異。夏播Bt玉米田中異色瓢蟲種群數(shù)量在8月17日和9月27日與對(duì)照田存在顯著差異;8月17日Bt玉米田異色瓢蟲數(shù)量顯著高于對(duì)照田，而9月27日Bt玉米田異色瓢蟲數(shù)量顯著低于對(duì)照田。其他時(shí)間兩者沒(méi)有顯著差異。

表1 Bt玉米和對(duì)照玉米田瓢蟲科昆蟲優(yōu)勢(shì)度比較Table 1 Comparison of the abundance of species of Coccinellidae between MON810 and non-Bt corn fields

圖1 Bt玉米田與對(duì)照田龜紋瓢蟲種群消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Fig.1 The seasonal dynamics of P.japonica in Bt maize MON810 and non-Bt maize fields at Langfang，Hebei Province，China

圖2 Bt玉米田與對(duì)照田異色瓢蟲種群消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Fig.2 The seasonal dynamics of H.axyridis in Bt maize MON810 and non-Bt maize fields at Langfang，Hebei Province，China

3 討論

已有研究表明，Bt玉米對(duì)捕食性天敵的種群數(shù)量和捕食作用沒(méi)有明顯的副作用(Al-Deeb et al.，2001;Dogan et al.，1996;Orr，1997;Ostlite et al.，1997;Pilcher et al.，1997)。玉米田中常見(jiàn)的 3 種捕食性天敵，斑鞘飾瓢蟲Coleomegilla maculata De-Geer，狡詐花蝽 Orius insidiosus Say和草蛉 Chrysoperla carnea Stephens幼蟲直接取食Bt玉米花粉，不會(huì)影響其發(fā)育或存活(Pilcher et al.，1997)。在實(shí)驗(yàn)室中給斑鞘飾瓢蟲喂以不同濃度的表達(dá)Cry3Bb殺蟲蛋白的MON863玉米的混合花粉，發(fā)現(xiàn)MON863花粉對(duì)斑鞘飾瓢蟲的適度參數(shù)沒(méi)有影響(Lundgren et al.，2002)。取食在轉(zhuǎn) cry1Ab 基因玉米MON810和Bt11上繁殖的玉米蚜Rhopalosiphum maidis(Fitch)以及直接取食這2種Bt玉米的花粉對(duì)龜紋瓢蟲的存活、生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖沒(méi)有明顯的不利影響(李麗莉，2004)。用轉(zhuǎn) cry1Ah或 cry1Ab基因玉米花粉飼喂異色瓢蟲的結(jié)果表明，與對(duì)照相比，異色瓢蟲各蟲態(tài)發(fā)育歷期沒(méi)有顯著差異，多數(shù)齡期體內(nèi)的α-乙酸萘酯酶、乙酰膽堿酯酶以及谷光甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活性與對(duì)照組相比沒(méi)有顯著差異(崔蕾等，2011a;張永軍等，2005)。研究轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米對(duì)深點(diǎn)食螨瓢蟲適應(yīng)度和消化的影響發(fā)現(xiàn)，Bt玉米對(duì)其存活、成蟲發(fā)育歷期和繁殖以及消化功能沒(méi)有顯著的負(fù)面影響(álvarez-Alfageme et al.，2008)。進(jìn)一步的研究表明，深點(diǎn)食螨瓢蟲取食轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米上的二斑葉螨Tetranychus urticae Koch后對(duì)其幼蟲和成蟲的存活率、發(fā)育歷期和干重均沒(méi)有不利影響(Li et al.，2010)。室內(nèi)研究表明，Cry1Ab和Cry3Bb殺蟲蛋白對(duì)二星瓢蟲Adalia bipunctata(L.)幼蟲的死亡率、體重和發(fā)育歷期沒(méi)有顯著的負(fù)面影響(álvarez-Alfageme et al.，2011)，這與Schmidt et al.(2009)的研究結(jié)果有差異，后者研究表明，取食Cry1Ab和Cry3Bb殺蟲蛋白的二星瓢蟲幼蟲和蛹的死亡率顯著高于對(duì)照。轉(zhuǎn)cry1Ah基因玉米花粉對(duì)龜紋瓢蟲幼蟲發(fā)育歷期、成蟲重量、蛹重、幼蟲/成蟲存活率和成蟲的步速以及翻躍時(shí)間沒(méi)有顯著的負(fù)面影響(崔蕾等，2011b)。

也有研究表明，基因抗蟲作物對(duì)捕食性瓢蟲有不利影響，在實(shí)驗(yàn)室條件下，給二星瓢蟲成蟲喂以取食過(guò)葉片中表達(dá)雪花蓮凝集素(GNA)的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的蚜蟲12 d后，二星瓢蟲的繁殖力、卵的存活率和壽命明顯下降;在給二星瓢蟲改喂來(lái)自非轉(zhuǎn)基因大豆上的豌豆蚜Acyrthosiphon pisum Harris后，負(fù)面影響消失了。這可能是因?yàn)榭寡恋鞍自谘料x腸道組織中被吸收和積累，從而以較高的濃度有效地傳送給瓢蟲，也可能是因?yàn)槿∈矴NA植物后蚜蟲生長(zhǎng)發(fā)育延緩或發(fā)育不良，從而導(dǎo)致自身營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低，或者是前兩者的聯(lián)合作用(Birch et al.，1999)。

本研究結(jié)果顯示，轉(zhuǎn) cry1Ab基因抗蟲玉米田與對(duì)照田瓢蟲科昆蟲種類和優(yōu)勢(shì)種群組成相同。春播時(shí)Bt玉米田與對(duì)照田以龜紋瓢蟲的優(yōu)勢(shì)度最高，僅在玉米生長(zhǎng)后期Bt玉米田中的龜紋瓢蟲數(shù)量顯著高于對(duì)照田，其他時(shí)期沒(méi)有顯著差異。夏播時(shí)以龜紋瓢蟲和異色瓢蟲為主，僅在8月17日Bt玉米田中異色瓢蟲數(shù)量顯著高于對(duì)照田，在9月27日顯著低于對(duì)照田，而其他時(shí)期Bt玉米田和對(duì)照田中異色瓢蟲優(yōu)勢(shì)度以及田間種群動(dòng)態(tài)沒(méi)有顯著差異。這可能由于以上2個(gè)時(shí)間點(diǎn)Bt玉米田和對(duì)照田中蚜蟲數(shù)量不同，從而影響了瓢蟲的數(shù)量。由此可以得出，轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米(MON810)對(duì)玉米田重要的瓢蟲科天敵的豐富度、優(yōu)勢(shì)度和種群動(dòng)態(tài)沒(méi)有不良影響。

本研究結(jié)果僅從田間種群數(shù)量上評(píng)價(jià)了轉(zhuǎn)cry1Ab抗蟲玉米對(duì)捕食性瓢蟲的影響，并且只是短期的試驗(yàn)結(jié)果。有關(guān)轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲玉米對(duì)瓢蟲科天敵長(zhǎng)期的潛在效應(yīng)需要進(jìn)一步深入的研究。

崔金杰，夏敬源.1998.麥套夏播轉(zhuǎn)Bt基因棉田主要害蟲及其天敵的發(fā)生規(guī)律.棉花學(xué)報(bào)，10(5):255-262.

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

崔蕾，王振營(yíng)，何康來(lái)，白樹雄.2011a.轉(zhuǎn)Bt-cry1Ah基因玉米花粉對(duì)龜紋瓢蟲解毒酶和中腸蛋白酶活性的影響.生物安全學(xué)報(bào)，20(1):64-68.

崔蕾，王振營(yíng)，何康來(lái)，白樹雄.2011b.轉(zhuǎn)cry1Ah基因玉米花粉對(duì)龜紋瓢蟲生長(zhǎng)發(fā)育和成蟲移動(dòng)能力的影響.中國(guó)生物防治學(xué)報(bào)，27(4):564-568.

李麗莉.2004.轉(zhuǎn)Bt基因玉米對(duì)玉米蚜及其捕食性天敵龜紋瓢蟲的影響.楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué).

王冬妍，王振營(yíng)，何康來(lái)，叢斌，白樹雄，文麗萍.2004.Bt玉米殺蟲蛋白含量的時(shí)空表達(dá)及對(duì)亞洲玉米螟的殺蟲效果.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，37(8):1155-1159.

張永軍，孫毅，袁海濱，吳孔明，彭于發(fā).2005.轉(zhuǎn)Bt-cry1Ab玉米花粉對(duì)異色瓢蟲生長(zhǎng)發(fā)育及體內(nèi)三種代謝酶活性的影響.昆蟲學(xué)報(bào)，48(6):898-902.

Al-Deeb M A，Wiled G E and Higgins R A.2001.No effect of Bacillus thuingiensis corn and Bacillus thuingiensis on the predator Orius insidiosus(Hemiptera:Anthocoridae).Environmental Entomology，30:625-629.

álvarez-Alfageme F，Bigler F and Romeis J.2011.Laboratory toxicity studies demonstrate no adverse effects of Cry1Ab and Cry3Bb1 to larvae of Adalia bipunctata(Coleoptera:Coccinellidae):the importance of study design.Transgenic Research，20:467-479.

álvarez-Alfageme F，F(xiàn)erry N，Casta?era P，Ortego F and Gatehouse A M R.2008.Prey mediated effects of Bt maize on fitness and digestive physiology of the red spider mite predator Stethorus punctillum Weise(Coleoptera:Coccinellidae).Transgenic Research，17:943-954.

Birch N E，Geoghegan I E，Majerus M E N，McNicol J W，Hackett C A，Gatehouse A M R and Gatehouse J A.1999.Tri-trophic interactions involving pest aphids，predatory 2-spot ladybirds and transgenic potatoes expressing snowdrop lectin for aphid resistance.Molecular Breeding，5:75-83.

Dogan E B，Berry R E，Reed G L and Rossignol P A.1996.Biological parameters of convergent lady beetle(Coleoptera:coccinellidae)feeding on aphids(Homoptera:aphididae)on transgenic potato.Journal of Economic Entomology，89:1105-1108.

He K L，Wang Z Y，Bai S X，Zheng L，Wang Y B and Cui H Y.2006.Efficacy of transgenic Bt cotton forresistance to the Asian corn borer(Lepidoptera:Crambidae).Crop Protection，25:167-173.

James C.2012.2011年全球生物技術(shù)/轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化發(fā)展態(tài)勢(shì).中國(guó)生物工程雜志，32(1):1-14.

Li Y and Romeis J.2010.Bt maize expressing Cry3Bb1 does not harm the spider mite，Tetranychus urticae，or its ladybird beetle predator，Stethorus punctillum.Biological Control，53:337-344.

Losey J E，Rayor L S and Carter M E.1999.Transgenic pollen harms monarch larve.Nature，399:214.

Lundgren J G and Wiedenmann R N.2002.Coleopteran-specific Cry3Bb toxin from transgenic corn pollen does not affect the fieness of a nontarget species，Coleomegilla maculata De-Geer(Coleoptera:Coccinellidae).Environmental Entomology，31:1213-1218.

Lundgren J G，Huber A and Wiedenmann R N.2005.Quantification of consumption of corn pollen by the predator Coleomegilla maculata(Coleoptera:Coccinellidae)during anthesis in an lllinois cornfield.Agricultural and Forest Entomology，7:53-60.

Munkvold G P，Hellmich R L and Rice L G.1999.Comparison of fumonisin concentrations in kernels of transgenic Bt maize hybrids and nontransgenic hybrids.Plant Disease，83:130-138.

Orr D B and Landis D A.1997.Oviposition of European corn borer(Lepidoptera:Pyrlidae)and impact of natural enemy populations in transgenic versus isogenic corn.Journal of Economic Entomology，90:905-909.

Ostlite K R，Hutchison W D and Hellmich R L.1997.Bt Corn and European Corn Borer，Long Term Success Through Resistance Management.NCR-602，University of Minnesota，St.Paul，MN.

Pilcher C D，Obrycki J J，Rice M E and Lewis L C.1997.Preimaginal development，survival and field abundance of insect predactors on transgenic Bacillus thuingiensis corn.Environmental Entomology，26:446-456.

Schmidt J E U，Braun C U，Whitehouse L P and Hilbeck A.2009.Effects of activated Bt transgene products(Cry1Ab，Cry3Bb)on immature stages of the ladybird Adalia bipunctata in laboratory ecotoxicity testing.Archives of Environmental Contamination and Toxicology，56:221-228.

Shelton A M，Zhao J Z and Roush R T.2002.Economic，ecological，food safety，and social consequences of the deployment of Bt transgenic plants.Annual Review of Entomology，47:845-881.

Wold S J，Burkness E C，Hutchinson W D and Venette R C.2001.In-field monitoring of beneficial insect populations in transgenic corn expressing a Bacillus thuringensis toxin.Journal of Entomological Science，36:177-187.