抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)稻縱卷葉螟田間自然種群的影響

蔣顯斌, 肖國(guó)櫻

(1.中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長(zhǎng)沙 410125;2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所,南寧 530007; 3.中國(guó)科學(xué)院研究生院,北京 100049)

抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)稻縱卷葉螟田間自然種群的影響

蔣顯斌1,2,3, 肖國(guó)櫻1*

(1.中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長(zhǎng)沙 410125;2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所,南寧 530007; 3.中國(guó)科學(xué)院研究生院,北京 100049)

[目的]明確抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)非目標(biāo)生物的影響。[方法]以稻縱卷葉螟為指示物種,調(diào)查其在抗除草劑轉(zhuǎn)基因秈稻‘Bar68-1’稻田與非轉(zhuǎn)基因親本對(duì)照‘D68’稻田的種群密度、發(fā)育進(jìn)度以及水稻的受害程度。[結(jié)果]在轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因稻田中,除2007年水稻乳熟期外,稻縱卷葉螟幼蟲的發(fā)生密度無(wú)顯著差異;稻縱卷葉螟不同齡期幼蟲比例(%)在轉(zhuǎn)基因稻田與非轉(zhuǎn)基因稻田之間表現(xiàn)出較高的一致性;除2007年分蘗末期外,處理與對(duì)照間的單株受害葉片數(shù)和卷葉率(%)差異均不顯著;轉(zhuǎn)基因水稻與對(duì)照植株的卷葉指數(shù)(%)表現(xiàn)基本一致。[結(jié)論]轉(zhuǎn)基因抗除草劑水稻‘Bar68-1’對(duì)非目標(biāo)物種稻縱卷葉螟不造成影響。

轉(zhuǎn)基因抗除草劑水稻; 非目標(biāo)生物; 指示物種; 稻縱卷葉螟; 自然種群

轉(zhuǎn)基因作物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)一直是人們廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題[1]。轉(zhuǎn)基因作物釋放可能帶來(lái)兩種類型的危害:(1)對(duì)目標(biāo)生物的非預(yù)期影響,例如轉(zhuǎn)基因抗蟲、抗病作物對(duì)目標(biāo)害蟲、病害的抗性演化;(2)對(duì)非目標(biāo)生物的非預(yù)期影響,例如轉(zhuǎn)基因植物直接或間接引起當(dāng)?shù)厣锒鄻有缘淖兓?或通過(guò)基因漂移途徑將外源基因整合到不同的生物物種個(gè)體中[2]。由于轉(zhuǎn)基因作物對(duì)非目標(biāo)物種的任何不利影響都可能帶來(lái)致使當(dāng)?shù)厣锒鄻有愿淖兊娘L(fēng)險(xiǎn),越來(lái)越多的研究者對(duì)于轉(zhuǎn)基因作物對(duì)非目標(biāo)生物的影響高度關(guān)注[3-5]。由于具有可在將來(lái)不斷擴(kuò)展和完善,從而持續(xù)地得到改進(jìn)和驗(yàn)證的優(yōu)點(diǎn),指示物種的方法已廣泛應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[4],對(duì)于嚴(yán)格要求依個(gè)案原則進(jìn)行的轉(zhuǎn)基因植物對(duì)非目標(biāo)生物和生物多樣性影響的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估來(lái)說(shuō)也是一個(gè)新的應(yīng)用趨勢(shì)。

抗除草劑自商業(yè)化種植以來(lái)一直是轉(zhuǎn)基因作物的主要性狀。隨著轉(zhuǎn)基因抗除草劑作物已在全球廣泛種植[6-7],轉(zhuǎn)基因抗除草劑水稻的培育研究也進(jìn)展迅猛[8-13]。但對(duì)于田間自然條件下非目標(biāo)生物群體對(duì)抗除草劑作物的反應(yīng)目前仍知之甚少[14]。為明確抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)非目標(biāo)生物的影響,本試驗(yàn)以稻縱卷葉螟為指示物種,對(duì)抗除草劑轉(zhuǎn)基因秈稻‘Bar68-1’稻田與非轉(zhuǎn)基因親本對(duì)照‘D68’稻田中稻縱卷葉螟的種群密度、發(fā)育情況及水稻受害程度進(jìn)行調(diào)查、比較,并就抗除草劑水稻對(duì)生物多樣性的影響的問(wèn)題本質(zhì)進(jìn)行探討。

1 材料與方法

1.1 材料

抗草銨膦除草劑水稻‘Bar68-1’是用Bar基因轉(zhuǎn)化秈稻品種‘D68’而來(lái)的早秈稻[12],‘D68’為‘Bar68-1’的非轉(zhuǎn)基因親本對(duì)照。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和作物管理

試驗(yàn)于2007年和2008年在湖南省長(zhǎng)沙市中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所的實(shí)驗(yàn)田(28.20N,113.08E)進(jìn)行(農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全審批書:農(nóng)基安審字(2006)第060號(hào))。田塊面積 2 145 m2,小區(qū)面積120 m2,2007年設(shè)6個(gè)小區(qū),2008年設(shè)4個(gè)小區(qū),人工單本移栽,插植規(guī)格為20 cm×20 cm,各小區(qū)隨機(jī)排列。2007年為5月18日播種,6月5日移栽,8月29日收割;2008年為5月25日播種,6月20日移栽,9月5日收割。田間管理除不噴施殺蟲劑外,其余按照水稻田的普通栽培管理方法進(jìn)行[15]。

1.3 取樣

2007年在轉(zhuǎn)基因水稻和非轉(zhuǎn)基因?qū)φ盏咎锏母?個(gè)小區(qū)采用平行跳躍法取樣,每點(diǎn)連續(xù)調(diào)查相鄰2株水稻,每小區(qū)查10點(diǎn),分別在水稻分蘗中期、分蘗末期、齊穗期和乳熟期調(diào)查稻縱卷葉螟造成的卷葉數(shù)及葉片受害程度;2007-2008年在轉(zhuǎn)基因水稻和非轉(zhuǎn)基因?qū)φ辗N植小區(qū)中各隨機(jī)取一區(qū)采用對(duì)角線5點(diǎn)取樣,每點(diǎn)調(diào)查5株連續(xù)相鄰水稻,分別在水稻分蘗中期、分蘗末期、齊穗期和乳熟期剝查稻縱卷葉螟幼蟲的發(fā)生密度和發(fā)育階段,其中自2007年的水稻齊穗期始同時(shí)記錄稻縱卷葉螟造成的稻株卷葉數(shù)及葉片受害程度[16]。卷葉率(%)以每株受稻縱卷葉螟為害葉片數(shù)×100/單株綠葉數(shù)計(jì)算。葉片受害程度按以下標(biāo)準(zhǔn)記錄:0級(jí),葉片未受害;1級(jí),卷葉面積＜1/3;2級(jí),1/3≤卷葉面積＜1/2;3級(jí),卷葉面積≥1/2;卷葉指數(shù)(%)=(1級(jí)受害葉片數(shù)×1+2級(jí)受害葉片數(shù)×2+3級(jí)受害葉片數(shù)×3)×100/(調(diào)查葉片數(shù)×6)[17]。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)轉(zhuǎn)基因稻田和對(duì)照稻田的不同齡期幼蟲比例(%)、卷葉指數(shù)(%)用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 15.0(SPSS Inc.,Chicago,IL,USA)的 Wilcoxon秩-和檢驗(yàn)(即Mann-Whitney U非參數(shù)檢驗(yàn))進(jìn)行比較,其余均值比較以t檢驗(yàn)進(jìn)行。數(shù)值用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(SE)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻‘Bar68-1’稻田稻縱卷葉螟的發(fā)生情況

除2007年的水稻乳熟期外(圖1),抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻‘Bar68-1’與非轉(zhuǎn)基因親本對(duì)照‘D68’稻田稻縱卷葉螟幼蟲的發(fā)生密度差異不顯著(圖1,圖2);2007年乳熟期的差異原因可能由于轉(zhuǎn)基因水稻的取樣點(diǎn)正好處于具有一定的聚集分布特點(diǎn)的稻縱卷葉螟幼蟲的高密度區(qū)。抗除草劑水稻與對(duì)照稻田的稻縱卷葉螟幼蟲各發(fā)育階段在轉(zhuǎn)基因稻田與非轉(zhuǎn)基因稻田之間表現(xiàn)出較高一致性(差異不顯著即p值大于0.05的調(diào)查結(jié)果占全部調(diào)查時(shí)間的82.5%);在一些調(diào)查時(shí)期部分齡期的幼蟲百分比在轉(zhuǎn)基因稻田和對(duì)照稻田有顯著差異,但是這種差異沒(méi)有在不同調(diào)查時(shí)間及不同年份間得到重復(fù)(表1)。

圖1 抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻‘Bar68-1’與非轉(zhuǎn)基因親本對(duì)照‘D68’稻田稻縱卷葉螟幼蟲的發(fā)生密度(2007)

圖2 抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻‘Bar68-1’與非轉(zhuǎn)基因親本對(duì)照‘D68’稻田稻縱卷葉螟幼蟲的發(fā)生密度(2008)

表1 抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻‘Bar68-1’與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ铡瓺68’稻田稻縱卷葉螟幼蟲發(fā)育階段比較

2.2 抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻‘Bar68-1’稻田稻縱卷葉螟的為害情況

田間調(diào)查結(jié)果表明,稻縱卷葉螟發(fā)生為害嚴(yán)重,水稻受害葉片數(shù)和卷葉率均較高。除2007年的水稻分蘗末期外,抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻‘Bar68-1’與非轉(zhuǎn)基因親本對(duì)照‘D68’在大多數(shù)生育期的單株受害葉片數(shù)和卷葉率差異不顯著(圖3～圖6)。水稻植株葉片受稻縱卷葉螟為害造成的卷葉指數(shù)在轉(zhuǎn)基因稻田與非轉(zhuǎn)基因稻田之間表現(xiàn)基本一致(差異不顯著的調(diào)查期占全部調(diào)查期的62.5%)。

表2 抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻‘Bar68-1’與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ铡瓺68’葉片受稻縱卷葉螟為害程度

3 討論

轉(zhuǎn)基因作物給生態(tài)環(huán)境造成的影響一般可分為直接影響和間接影響兩種。如果轉(zhuǎn)基因作物對(duì)非目標(biāo)生物種群有直接毒理效應(yīng)就是直接影響;如果轉(zhuǎn)基因作物的推廣應(yīng)用使田間管理和農(nóng)事操作發(fā)生改變,即因作物耕作制度改變從而帶來(lái)農(nóng)田生物多樣性變化的,屬于間接影響[18]。抗除草劑轉(zhuǎn)基因作物對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響也同樣可分為抗除草劑作物的直接影響和使用除草劑帶來(lái)的間接影響兩種。為了減少試驗(yàn)影響因素的干擾,本試驗(yàn)并未使用草銨膦除草劑,只對(duì)稻縱卷葉螟的發(fā)生、發(fā)育及其對(duì)轉(zhuǎn)基因抗除草劑水稻的致害程度進(jìn)行了調(diào)查,即試驗(yàn)只研究抗除草劑水稻本身的直接影響,避免了除草劑及其與作物交互作用的干擾。研究結(jié)果表明,轉(zhuǎn)基因抗除草劑水稻‘Bar68-1’對(duì)非目標(biāo)物種稻縱卷葉螟沒(méi)有直接影響(或者說(shuō)其影響與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ掌贩N基本一致)。

抗除草劑水稻對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響與使用傳統(tǒng)除草劑的影響有無(wú)本質(zhì)區(qū)別,是個(gè)值得探討的問(wèn)題。如果抗除草劑水稻是因?yàn)槭褂昧顺輨┒闺s草數(shù)量減少,進(jìn)而致使以雜草為食或?yàn)闂⒌氐姆悄繕?biāo)生物受到影響,那么這種影響是因使用除草劑造成的,應(yīng)當(dāng)屬于間接影響。這種生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)并不屬于轉(zhuǎn)基因技術(shù)所獨(dú)有的風(fēng)險(xiǎn)[18],傳統(tǒng)除草劑的使用也會(huì)產(chǎn)生同樣的生態(tài)安全問(wèn)題。田間進(jìn)行的定量研究表明,農(nóng)業(yè)管理方式的變化對(duì)非轉(zhuǎn)基因作物農(nóng)田生態(tài)環(huán)境造成的影響與轉(zhuǎn)基因作物的影響一樣顯著[2]。在加拿大安大略省進(jìn)行的轉(zhuǎn)基因抗草甘膦作物及其管理方式對(duì)土壤腐食性生物豐度的影響研究結(jié)果表明,受觀測(cè)生物群體的絕對(duì)豐度很少受到除草劑或作物品種的影響,其中差異顯著的影響不能在所有年份或一年內(nèi)的所有取樣時(shí)間保持一致,轉(zhuǎn)基因作物與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理措施的改變對(duì)非目標(biāo)生物具有相同的潛在影響[14]。

轉(zhuǎn)基因作物對(duì)非目標(biāo)生物可能帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)取決于轉(zhuǎn)基因作物的類型、外源基因?qū)胄誀畹男再|(zhì)和轉(zhuǎn)基因作物釋放的環(huán)境等具體情況。通常認(rèn)為要觀察所有可能受到轉(zhuǎn)基因作物影響的非目標(biāo)物種是不可行的,需為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估選擇一個(gè)指示物種[20]。理想的指示物種應(yīng)是轉(zhuǎn)基因作物釋放的環(huán)境中最具代表性的類群[19]。因此指示物種的選擇也應(yīng)當(dāng)具體問(wèn)題具體分析,依照個(gè)案原則進(jìn)行。Hilbeck等[21]應(yīng)用改良事件樹分析程序提出了21個(gè)雜草與鱗翅目昆蟲的非目標(biāo)物種組合,這些組合可作為對(duì)抗除草劑轉(zhuǎn)基因玉米在德國(guó)釋放種植后進(jìn)行監(jiān)測(cè)的指示物種;他們也同樣提到?jīng)]有必要對(duì)所有組合都進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)本試驗(yàn)研究的抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻‘Bar68-1’而言,因稻縱卷葉螟在該水稻種植區(qū)域普遍發(fā)生,對(duì)該區(qū)域的稻田生態(tài)特點(diǎn)具有一定的代表性,可以作為評(píng)估‘Bar68-1’對(duì)非目標(biāo)生物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)指示物種。

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Effects of genetically modified herbicide-tolerant rice on natural populations of rice leaf roller

Jiang Xianbin1,2,3, Xiao Guoying1
(1.Key Laboratory of Agro-Ecological Processes in Subtropical Region,Institute of Subtropical Agriculture,Chinese Academy of Sciences,Changsha410125,China;2.Research Institute of Rice,Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning530007,China;3.Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China)

[Objective]This study attempted to investigate the effects of genetically modified herbicide-tolerant(GMHT)rice(Oryza sativaL.)‘Bar68-1’on non-target organisms.[Method]The population density,larval development of the indicator species rice leaf roller,Cnaphalocrocis medinalisGuené e,and rice damage degrees were investigated both in the genetically modified herbicide tolerant(GMHT)rice‘Bar68-1’fields and non-GM rice‘D68’fields.[Result]There was no significantly difference in larval population density of rice leaf roller in the GMHT rice fields and in the control,except in the milky stage in 2007;larval development in the fields of GMHT rice wassimilar to that in the control.The number and percentage of rolled leaves per plant had nosignificant difference in GMHT and non-GM rice except at late tillering stage of rice in 2007.Damage ratings of the rolled leaves between GMHT and non-GM rice were basically the same.[Conclusion]The effects of GMHT rice‘Bar68-1’on natural populations of rice leaf roller in rice fields were similar to that of non-GM rice‘D68’.

GMHT rice; non-target organisms; indicator species; rice leaf roller; natural population

S 435.112;Q 145.1

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2011.02.010

2010-01-19

2010-03-22

轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項(xiàng)(2008ZX08001-003);中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目(KSCX1-Yw-03)

*通信作者Tel:0731-84619770;E-mail:xiaoguoying@isa.ac.cn