雙價(jià)轉(zhuǎn)基因棉上棉蚜種群結(jié)構(gòu)分析

雙價(jià)轉(zhuǎn)基因棉上棉蚜種群結(jié)構(gòu)分析

20世紀(jì)70年代，自動(dòng)駕駛實(shí)驗(yàn)室首次將bt-內(nèi)毒素基因轉(zhuǎn)移到煙臺(tái)后，bt-內(nèi)毒素基因的煙臺(tái)、番茄、馬蹄、棉花和玉米在國(guó)內(nèi)外相繼報(bào)告。1996年轉(zhuǎn)Bt基因玉米、棉花、西紅柿在美國(guó)開(kāi)始種植推廣,1998年轉(zhuǎn)Bt基因棉花在中國(guó)河北、山東、河南等地也開(kāi)始大面積種植。除單價(jià)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(jià)轉(zhuǎn)基因棉也展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。無(wú)庸置疑,轉(zhuǎn)基因作物在減少化學(xué)農(nóng)藥用量、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和提高控制害蟲(chóng)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(duì)人類(lèi)、有益生物、非靶標(biāo)有害生物等是否存在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)?隨著轉(zhuǎn)基因作物推廣面積的迅速擴(kuò)大,特別是在“斑蝶事件”后,這一問(wèn)題越來(lái)越為研究人員所關(guān)注。然而,迄今人們對(duì)轉(zhuǎn)基因棉的研究還主要集中在靶標(biāo)害蟲(chóng)棉鈴蟲(chóng)等鱗翅目害蟲(chóng)上,關(guān)于轉(zhuǎn)基因棉對(duì)棉田內(nèi)非靶標(biāo)重要害蟲(chóng)是否有影響報(bào)道甚少。Sims認(rèn)為轉(zhuǎn)基因棉對(duì)螨類(lèi)無(wú)不良影響;Wilson等則認(rèn)為轉(zhuǎn)基因棉由于對(duì)鱗翅目害蟲(chóng)的抗性減輕了棉葉的受害,間接促進(jìn)了甘薯白粉虱的種群增長(zhǎng);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(chóng)有加重發(fā)生的趨勢(shì),認(rèn)為其主要原因可能是轉(zhuǎn)基因棉減輕了鱗翅目害蟲(chóng)種群的危害,同時(shí)又由于鱗翅目害蟲(chóng)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(lèi)害蟲(chóng)上升。由于上述研究結(jié)論均來(lái)自于大田調(diào)查,難以說(shuō)明轉(zhuǎn)基因作物本身對(duì)非靶標(biāo)害蟲(chóng)的直接影響。鑒此,本研究將以棉田刺吸類(lèi)害蟲(chóng)的典型代表棉蚜為試驗(yàn)對(duì)象,在室內(nèi)條件下用轉(zhuǎn)Bt基因單價(jià)棉、轉(zhuǎn)Bt與豇豆胰蛋白酶抑制劑(cowpeatrypsininhibitor,CpTI)基因的雙價(jià)棉連續(xù)多代飼養(yǎng),以探明轉(zhuǎn)基因棉對(duì)棉蚜種群增長(zhǎng)能力的影響,為評(píng)估轉(zhuǎn)基因棉對(duì)刺吸類(lèi)非靶標(biāo)害蟲(chóng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供依據(jù)。1材料和方法1.1保鈴棉32b“國(guó)抗22號(hào)”:雙價(jià)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(jià)轉(zhuǎn)基因棉(導(dǎo)入Bt基因,從孟山都公司購(gòu)買(mǎi));常規(guī)棉“泗棉3號(hào)”(雙價(jià)轉(zhuǎn)基因棉的親本,從泗陽(yáng)棉花原種場(chǎng)購(gòu)買(mǎi))。1.2棉專(zhuān)業(yè)大學(xué)生的增殖率測(cè)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(gè)品種1葉1心期的棉苗飼養(yǎng)。試驗(yàn)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(shí)剔除所產(chǎn)仔蚜。在產(chǎn)仔高峰時(shí)將成蚜挑至另1株無(wú)蟲(chóng)苗上,經(jīng)1d產(chǎn)仔后再將成蚜轉(zhuǎn)移至原來(lái)苗上,所產(chǎn)仔蚜作為下一代的起始蟲(chóng)量,數(shù)量仍保持5~10頭。如此進(jìn)行蚜蟲(chóng)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(shí)測(cè)蚜蟲(chóng)數(shù)量均在50頭以上。利用生命表數(shù)據(jù)計(jì)算棉蚜的凈增殖率R0=Σlxmx;平均壽命T=Σ(xlxmx)/Σ(lxmx);內(nèi)稟增長(zhǎng)率rm=lnR0/T,其中l(wèi)x為棉蚜在x時(shí)間的存活率,mx為棉蚜在x時(shí)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(zhǎng)的棉蚜成蟲(chóng),浸泡于70%酒精中。每個(gè)棉花品種收集30頭以上,在解剖鏡下用測(cè)微尺測(cè)量蚜蟲(chóng)頭寬、體寬、體長(zhǎng)和腹管長(zhǎng)。2結(jié)果2.1改變棉根對(duì)棉蚜蟲(chóng)種群增長(zhǎng)的影響2.1.1棉專(zhuān)業(yè)患者棉/認(rèn)識(shí)較少對(duì)轉(zhuǎn)棉仿真的影響由表1可見(jiàn),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(gè)代次的凈增殖率,僅第11代雙價(jià)轉(zhuǎn)基因棉國(guó)抗22上棉蚜凈增殖率顯著低于常規(guī)棉泗棉3號(hào),而單價(jià)轉(zhuǎn)基因棉保鈴棉32B上棉蚜凈增殖率與泗棉3號(hào)無(wú)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(hào)上的均無(wú)顯著差異。第1代棉蚜凈增殖率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其余各代(表1),主要是由于第1代棉蚜是在相對(duì)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(zhǎng)。所以無(wú)論單價(jià)轉(zhuǎn)基因棉還是雙價(jià)轉(zhuǎn)基因棉都未穩(wěn)定地表現(xiàn)出對(duì)棉蚜凈增殖率有利或不利的影響。同一橫行中不同小寫(xiě)字母者表示差異達(dá)0.05顯著水平。Figuresfollowedwithdifferentsmalllettersinthesamelinemeansignificantlydifferentat0.05level.2.1.2雙價(jià)考核原理轉(zhuǎn)基因棉和常規(guī)棉上的棉蚜內(nèi)稟增長(zhǎng)率的差異不同于凈增殖率:第8代棉蚜單價(jià)轉(zhuǎn)基因棉保鈴棉32B上的蚜蟲(chóng)內(nèi)稟增長(zhǎng)率極顯著高于常規(guī)棉泗棉3號(hào)(P<0.01),雙價(jià)轉(zhuǎn)基因棉國(guó)抗22號(hào)上的蚜蟲(chóng)內(nèi)稟增長(zhǎng)率與常規(guī)棉泗棉3號(hào)無(wú)差異(表2),而此代次兩個(gè)轉(zhuǎn)基因棉上棉蚜的凈增殖率與常規(guī)棉均無(wú)明顯差異(表1);第11代,雙價(jià)轉(zhuǎn)基因棉國(guó)抗22號(hào)上棉蚜凈增殖率顯著低于常規(guī)棉泗棉3號(hào)(P<0.05)(表1),但它們的內(nèi)稟增長(zhǎng)率卻無(wú)明顯差異;其余各代次,兩個(gè)轉(zhuǎn)基因棉上棉蚜的內(nèi)稟增長(zhǎng)率與常規(guī)棉泗棉3號(hào)均無(wú)顯著差異(表2)。由此可見(jiàn)轉(zhuǎn)基因棉對(duì)棉蚜內(nèi)稟增長(zhǎng)率亦未表現(xiàn)出明顯的影響。同一橫行不同大、小寫(xiě)字母者分別表示差異達(dá)0.01和0.05顯著水平。Figuresfollowedwithdifferentcapitalandsmalllettersinthesamelinemeansignificantlydifferentat0.01and0.05level,respectively.2.1.3棉/棉類(lèi)型對(duì)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(jià)轉(zhuǎn)基因棉保鈴棉32B和雙價(jià)轉(zhuǎn)基因棉國(guó)抗22號(hào)上的棉蚜壽命均顯著短于常規(guī)棉泗棉3號(hào)(P<0.05),但在其他代次,3個(gè)品種間棉蚜的壽命無(wú)顯著差異。所以,兩個(gè)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(xiě)字母者表示差異達(dá)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(duì)轉(zhuǎn)基因棉和常規(guī)棉上第14代棉蚜的體型測(cè)量結(jié)果(表4)表明,在這3個(gè)棉花品種上,棉蚜的頭寬、體寬及體長(zhǎng)均無(wú)顯著差異,但腹管長(zhǎng)度差異顯著。雙價(jià)轉(zhuǎn)基因棉國(guó)抗22號(hào)上棉蚜的腹管顯著長(zhǎng)于常規(guī)棉泗棉3號(hào)(P<0.05),而單價(jià)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(hào)上的棉蚜(P<0.05)。同一列中不同大、小寫(xiě)字母者分別表示差異達(dá)0.01和0.05顯著水平。Figuresfollowedwithdifferentcapitalandsmalllettersinthecolumnmeansignificantlydifferentat0.01and0.05level,respectively.3棉/棉分布對(duì)棉城種群增長(zhǎng)的影響本研究從蚜蟲(chóng)凈增殖率、內(nèi)稟增長(zhǎng)率等方面分析轉(zhuǎn)基因棉對(duì)棉蚜種群增長(zhǎng)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(jià)轉(zhuǎn)基因棉國(guó)抗22號(hào)上棉蚜的凈增殖率顯著低于常規(guī)棉泗棉3號(hào);在第8代單價(jià)轉(zhuǎn)基因棉保鈴棉32B上棉蚜內(nèi)稟增長(zhǎng)率顯著高于常規(guī)棉泗棉3號(hào),其余各代次兩個(gè)轉(zhuǎn)基因棉與常規(guī)棉上的棉蚜凈增殖率及內(nèi)稟增長(zhǎng)率均無(wú)顯著差異。因此無(wú)論是從凈增殖率還是從內(nèi)稟增長(zhǎng)率來(lái)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(zhǎng)的跡象。棉蚜的體型大小常與其營(yíng)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(gè)體頭寬、體寬和體長(zhǎng)大小無(wú)差異,但腹管長(zhǎng)度差異顯著,其中單價(jià)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(jià)棉上的棉蚜則顯著長(zhǎng)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(duì)棉蚜潛在影響的前導(dǎo)信號(hào)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(zhǎng)率差異不同于凈增殖率。由于凈增殖率表示每一雌性個(gè)體經(jīng)過(guò)1個(gè)世代后所產(chǎn)生的后代,而內(nèi)稟增長(zhǎng)率則包括了種群生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖以及存活等方面。它代表每一雌性個(gè)體的瞬時(shí)增長(zhǎng)率,可衡量當(dāng)時(shí)或未來(lái)種群消長(zhǎng)趨勢(shì)。因此從轉(zhuǎn)基因棉對(duì)棉蚜的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的角度,內(nèi)稟增長(zhǎng)率更適合作為衡量棉蚜種群增長(zhǎng)的指標(biāo)。雙價(jià)轉(zhuǎn)基因棉由于導(dǎo)入了Bt和胰蛋白酶抑制劑雙價(jià)基因,因而對(duì)靶標(biāo)害蟲(chóng)的殺傷活性明顯優(yōu)于單價(jià)轉(zhuǎn)基因棉。本研究中雙價(jià)轉(zhuǎn)基因棉在對(duì)非靶標(biāo)害蟲(chóng)的影響上亦不同于