雙價轉(zhuǎn)基因棉上棉蚜種群結(jié)構(gòu)分析

雙價轉(zhuǎn)基因棉上棉蚜種群結(jié)構(gòu)分析

20世紀70年代，自動駕駛實驗室首次將bt-內(nèi)毒素基因轉(zhuǎn)移到煙臺后，bt-內(nèi)毒素基因的煙臺、番茄、馬蹄、棉花和玉米在國內(nèi)外相繼報告。1996年轉(zhuǎn)Bt基因玉米、棉花、西紅柿在美國開始種植推廣,1998年轉(zhuǎn)Bt基因棉花在中國河北、山東、河南等地也開始大面積種植。除單價轉(zhuǎn)基因棉外,導(dǎo)入Bt基因和胰蛋白酶抑制劑基因的雙價轉(zhuǎn)基因棉也展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。無庸置疑,轉(zhuǎn)基因作物在減少化學(xué)農(nóng)藥用量、保護生態(tài)環(huán)境和提高控制害蟲危害方面發(fā)揮了巨大作用,但轉(zhuǎn)基因作物安全性如何?對人類、有益生物、非靶標(biāo)有害生物等是否存在生態(tài)風(fēng)險?隨著轉(zhuǎn)基因作物推廣面積的迅速擴大,特別是在“斑蝶事件”后,這一問題越來越為研究人員所關(guān)注。然而,迄今人們對轉(zhuǎn)基因棉的研究還主要集中在靶標(biāo)害蟲棉鈴蟲等鱗翅目害蟲上,關(guān)于轉(zhuǎn)基因棉對棉田內(nèi)非靶標(biāo)重要害蟲是否有影響報道甚少。Sims認為轉(zhuǎn)基因棉對螨類無不良影響;Wilson等則認為轉(zhuǎn)基因棉由于對鱗翅目害蟲的抗性減輕了棉葉的受害,間接促進了甘薯白粉虱的種群增長;崔金杰等發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)基因棉田內(nèi)棉蚜、紅蜘蛛、棉盲蝽、白粉虱、棉葉蟬等刺吸式口器害蟲有加重發(fā)生的趨勢,認為其主要原因可能是轉(zhuǎn)基因棉減輕了鱗翅目害蟲種群的危害,同時又由于鱗翅目害蟲減少使棉田天敵特別是寄生性天敵數(shù)量下降,造成刺吸類害蟲上升。由于上述研究結(jié)論均來自于大田調(diào)查,難以說明轉(zhuǎn)基因作物本身對非靶標(biāo)害蟲的直接影響。鑒此,本研究將以棉田刺吸類害蟲的典型代表棉蚜為試驗對象,在室內(nèi)條件下用轉(zhuǎn)Bt基因單價棉、轉(zhuǎn)Bt與豇豆胰蛋白酶抑制劑(cowpeatrypsininhibitor,CpTI)基因的雙價棉連續(xù)多代飼養(yǎng),以探明轉(zhuǎn)基因棉對棉蚜種群增長能力的影響,為評估轉(zhuǎn)基因棉對刺吸類非靶標(biāo)害蟲的生態(tài)風(fēng)險提供依據(jù)。1材料和方法1.1保鈴棉32b“國抗22號”:雙價轉(zhuǎn)基因棉(導(dǎo)入Bt和CpTI雙基因,由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物遺傳生理研究所提供);“保鈴棉32B”:單價轉(zhuǎn)基因棉(導(dǎo)入Bt基因,從孟山都公司購買);常規(guī)棉“泗棉3號”(雙價轉(zhuǎn)基因棉的親本,從泗陽棉花原種場購買)。1.2棉專業(yè)大學(xué)生的增殖率測定除第1代和第2代棉蚜在室內(nèi)變溫條件(20~25℃)下外,其余各代棉蚜均在室內(nèi)恒溫恒光條件(27±1℃,L∶D=14∶10)下,分別用上述3個品種1葉1心期的棉苗飼養(yǎng)。試驗前每株棉苗接5頭左右成蚜,待在同一天產(chǎn)足5頭以上仔蚜?xí)r,剔除成蚜,每苗留5~10頭仔蚜,并記數(shù)作為起始蚜量,此后每天檢查棉蚜存活數(shù)和產(chǎn)仔數(shù),同時剔除所產(chǎn)仔蚜。在產(chǎn)仔高峰時將成蚜挑至另1株無蟲苗上,經(jīng)1d產(chǎn)仔后再將成蚜轉(zhuǎn)移至原來苗上,所產(chǎn)仔蚜作為下一代的起始蟲量,數(shù)量仍保持5~10頭。如此進行蚜蟲的繼代飼養(yǎng),獲得不同世代。每世代不同棉株處理重復(fù)10次,以保證各處理實測蚜蟲數(shù)量均在50頭以上。利用生命表數(shù)據(jù)計算棉蚜的凈增殖率R0=Σlxmx;平均壽命T=Σ(xlxmx)/Σ(lxmx);內(nèi)稟增長率rm=lnR0/T,其中l(wèi)x為棉蚜在x時間的存活率,mx為棉蚜在x時間的每雌產(chǎn)仔量。1.3主張浸泡與執(zhí)行收集第14代不同棉花品種上生長的棉蚜成蟲,浸泡于70%酒精中。每個棉花品種收集30頭以上,在解剖鏡下用測微尺測量蚜蟲頭寬、體寬、體長和腹管長。2結(jié)果2.1改變棉根對棉蚜蟲種群增長的影響2.1.1棉專業(yè)患者棉/認識較少對轉(zhuǎn)棉仿真的影響由表1可見,在棉蚜17代的連續(xù)飼養(yǎng)中調(diào)查了第1代,第4至第5代、第7至第12代以及第17代共10個代次的凈增殖率,僅第11代雙價轉(zhuǎn)基因棉國抗22上棉蚜凈增殖率顯著低于常規(guī)棉泗棉3號,而單價轉(zhuǎn)基因棉保鈴棉32B上棉蚜凈增殖率與泗棉3號無顯著差異,其余各代次,轉(zhuǎn)基因棉上棉蚜凈增殖率與泗棉3號上的均無顯著差異。第1代棉蚜凈增殖率遠遠高于其余各代(表1),主要是由于第1代棉蚜是在相對較低的室內(nèi)自然變溫條件(20~25℃)下飼養(yǎng)的,以后各代則在27℃恒溫條件下飼養(yǎng),前者更適于棉蚜的生長。所以無論單價轉(zhuǎn)基因棉還是雙價轉(zhuǎn)基因棉都未穩(wěn)定地表現(xiàn)出對棉蚜凈增殖率有利或不利的影響。同一橫行中不同小寫字母者表示差異達0.05顯著水平。Figuresfollowedwithdifferentsmalllettersinthesamelinemeansignificantlydifferentat0.05level.2.1.2雙價考核原理轉(zhuǎn)基因棉和常規(guī)棉上的棉蚜內(nèi)稟增長率的差異不同于凈增殖率:第8代棉蚜單價轉(zhuǎn)基因棉保鈴棉32B上的蚜蟲內(nèi)稟增長率極顯著高于常規(guī)棉泗棉3號(P<0.01),雙價轉(zhuǎn)基因棉國抗22號上的蚜蟲內(nèi)稟增長率與常規(guī)棉泗棉3號無差異(表2),而此代次兩個轉(zhuǎn)基因棉上棉蚜的凈增殖率與常規(guī)棉均無明顯差異(表1);第11代,雙價轉(zhuǎn)基因棉國抗22號上棉蚜凈增殖率顯著低于常規(guī)棉泗棉3號(P<0.05)(表1),但它們的內(nèi)稟增長率卻無明顯差異;其余各代次,兩個轉(zhuǎn)基因棉上棉蚜的內(nèi)稟增長率與常規(guī)棉泗棉3號均無顯著差異(表2)。由此可見轉(zhuǎn)基因棉對棉蚜內(nèi)稟增長率亦未表現(xiàn)出明顯的影響。同一橫行不同大、小寫字母者分別表示差異達0.01和0.05顯著水平。Figuresfollowedwithdifferentcapitalandsmalllettersinthesamelinemeansignificantlydifferentat0.01and0.05level,respectively.2.1.3棉/棉類型對棉/權(quán)益的影響比較各代次不同棉花品種上棉蚜的壽命(表3)可以看出,僅在第8代,不同品種上棉蚜的壽命存在差異,單價轉(zhuǎn)基因棉保鈴棉32B和雙價轉(zhuǎn)基因棉國抗22號上的棉蚜壽命均顯著短于常規(guī)棉泗棉3號(P<0.05),但在其他代次,3個品種間棉蚜的壽命無顯著差異。所以,兩個轉(zhuǎn)基因棉也未穩(wěn)定影響棉蚜壽命。同一橫行中不同小寫字母者表示差異達0.05顯著水平。Figuresfollowedwithdifferentsmalllettersinthesamelinemeansignificantlydifferentat0.05level.2.2棉/棉保鈴棉保鈴棉保鈴棉的腹管特征對轉(zhuǎn)基因棉和常規(guī)棉上第14代棉蚜的體型測量結(jié)果(表4)表明,在這3個棉花品種上,棉蚜的頭寬、體寬及體長均無顯著差異,但腹管長度差異顯著。雙價轉(zhuǎn)基因棉國抗22號上棉蚜的腹管顯著長于常規(guī)棉泗棉3號(P<0.05),而單價轉(zhuǎn)基因棉保鈴棉32B上棉蚜的腹管則顯著短于常規(guī)棉泗棉3號上的棉蚜(P<0.05)。同一列中不同大、小寫字母者分別表示差異達0.01和0.05顯著水平。Figuresfollowedwithdifferentcapitalandsmalllettersinthecolumnmeansignificantlydifferentat0.01and0.05level,respectively.3棉/棉分布對棉城種群增長的影響本研究從蚜蟲凈增殖率、內(nèi)稟增長率等方面分析轉(zhuǎn)基因棉對棉蚜種群增長的影響。結(jié)果表明,棉蚜在轉(zhuǎn)基因棉苗上連續(xù)17代的飼養(yǎng)中,僅在第11代雙價轉(zhuǎn)基因棉國抗22號上棉蚜的凈增殖率顯著低于常規(guī)棉泗棉3號;在第8代單價轉(zhuǎn)基因棉保鈴棉32B上棉蚜內(nèi)稟增長率顯著高于常規(guī)棉泗棉3號,其余各代次兩個轉(zhuǎn)基因棉與常規(guī)棉上的棉蚜凈增殖率及內(nèi)稟增長率均無顯著差異。因此無論是從凈增殖率還是從內(nèi)稟增長率來看,在短期內(nèi)轉(zhuǎn)基因棉都未明顯地表現(xiàn)出有利于棉蚜種群增長的跡象。棉蚜的體型大小常與其營養(yǎng)和溫度有關(guān)。本研究結(jié)果表明,轉(zhuǎn)基因棉與常規(guī)棉上棉蚜個體頭寬、體寬和體長大小無差異,但腹管長度差異顯著,其中單價轉(zhuǎn)基因棉上棉蚜的腹管顯著短于常規(guī)棉上的棉蚜,而雙價棉上的棉蚜則顯著長于常規(guī)棉上的棉蚜。腹管是棉蚜分泌蜜露的器官,轉(zhuǎn)基因棉導(dǎo)致棉蚜腹管的差異是否能作引起腹管本身功能的變異,這種差異是否能作為轉(zhuǎn)基因棉對棉蚜潛在影響的前導(dǎo)信號還有待于深入研究。本研究結(jié)果中,不同代次間棉蚜內(nèi)稟增長率差異不同于凈增殖率。由于凈增殖率表示每一雌性個體經(jīng)過1個世代后所產(chǎn)生的后代,而內(nèi)稟增長率則包括了種群生長發(fā)育、繁殖以及存活等方面。它代表每一雌性個體的瞬時增長率,可衡量當(dāng)時或未來種群消長趨勢。因此從轉(zhuǎn)基因棉對棉蚜的生態(tài)風(fēng)險評估的角度,內(nèi)稟增長率更適合作為衡量棉蚜種群增長的指標(biāo)。雙價轉(zhuǎn)基因棉由于導(dǎo)入了Bt和胰蛋白酶抑制劑雙價基因,因而對靶標(biāo)害蟲的殺傷活性明顯優(yōu)于單價轉(zhuǎn)基因棉。本研究中雙價轉(zhuǎn)基因棉在對非靶標(biāo)害蟲的影響上亦不同于