轉(zhuǎn)基因玉米對田間節(jié)肢動物群落多樣性的影響

任振濤，沈文靜，劉標，薛堃，

（1中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，北京100081；2環(huán)境保護部南京環(huán)境科學(xué)研究所，南京210042）

轉(zhuǎn)基因玉米對田間節(jié)肢動物群落多樣性的影響

任振濤1，沈文靜2，劉標2，薛堃1，2

（1中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，北京100081；2環(huán)境保護部南京環(huán)境科學(xué)研究所，南京210042）

【目的】明確轉(zhuǎn)基因抗草甘膦（EPSPS）、抗蟲（Bt Cry1Ab）玉米DBN9936對大田節(jié)肢動物群落多樣性的影響，為轉(zhuǎn)基因作物的生物安全提供基本數(shù)據(jù)。【方法】于2015年玉米生長季，在吉林四平伊通滿族自治縣實驗基地，對比轉(zhuǎn)基因玉米田與對照田節(jié)肢動物群落多樣性與結(jié)構(gòu)。在田間隔離條件下，采用直接觀察法、陷阱法和縱剖莖稈等方法對田間玉米植株、地表和莖稈內(nèi)的節(jié)肢動物數(shù)量和種類進行統(tǒng)計，分析比較節(jié)肢動物的功能群和多樣性指數(shù)、優(yōu)勢集中性指數(shù)、均勻性指數(shù)等，并對節(jié)肢動物群落的相似度進行比較。【結(jié)果】玉米材料上的節(jié)肢動物群落由13目、44科組成。主要害蟲是玉米蚜、雙斑螢葉甲和亞洲玉米螟；捕食性天敵主要為草蛉、瓢蟲和蜘蛛等。轉(zhuǎn)基因玉米DBN9936整個生育期植株上的亞洲玉米螟、棉鈴蟲等鱗翅目靶標昆蟲數(shù)量顯著低于受體玉米DBN318和常規(guī)玉米先玉335；雙斑螢葉甲的數(shù)量與受體玉米DBN318基本一致，但明顯高于常規(guī)種先玉335，這體現(xiàn)出品種間的性狀差異，而非轉(zhuǎn)基因引起的次生害蟲數(shù)量增大；其他各組處理田間非靶標節(jié)肢動物數(shù)量未發(fā)現(xiàn)顯著差異。轉(zhuǎn)基因玉米DBN9936噴施2倍草甘膦除草劑后2周和4周，對其田間節(jié)肢動物種類及數(shù)量進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)與DBN318、先玉335和未噴施除草劑的DBN9936相比，各個功能群內(nèi)種類和數(shù)量上沒有顯著差異。收獲期調(diào)查鉆蛀性害蟲的數(shù)量和危害情況，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因玉米DBN9936的蛀孔數(shù)、活蟲數(shù)、隧道長度和穗尖被害數(shù)等指標顯著低于DBN318和先玉335，表現(xiàn)出對亞洲玉米螟和棉鈴蟲明顯的抗性。轉(zhuǎn)基因玉米DBN9936與非轉(zhuǎn)基因玉米DBN318（對照）和常規(guī)玉米先玉335相比，田間節(jié)肢動物物種數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)和優(yōu)勢集中性指數(shù)等指標隨時間變化的趨勢基本一致，無顯著差異。無論是否噴施除草劑，轉(zhuǎn)基因玉米DBN9936與受體相比，節(jié)肢動物群落相似性指數(shù)呈現(xiàn)出逐漸上升并最終維持在高水平的變化趨勢，即在生長季各個玉米品種的田間節(jié)肢動物群落會由最初的有一定差異逐步趨于一致?！窘Y(jié)論】在本研究中，不同地塊的節(jié)肢動物群落多樣性的變化趨勢基本相同，在7月中下旬至8月中旬出現(xiàn)明顯的波動，結(jié)合氣象條件記錄和大田觀察，可以認為是干旱和雙斑螢葉甲暴發(fā)而導(dǎo)致群落多樣性水平下降，主要體現(xiàn)在優(yōu)勢集中度上升和均勻度下降兩個方面。這表明轉(zhuǎn)基因玉米DBN9936田間節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)與受體品系DBN318和常規(guī)種先玉335基本相似，與對照相比該轉(zhuǎn)基因玉米對非靶標節(jié)肢動物群落影響無顯著差異。

轉(zhuǎn)基因玉米；節(jié)肢動物群落；生物多樣性；優(yōu)勢集中性指數(shù)；均勻性指數(shù)

0 引言

【研究意義】轉(zhuǎn)基因玉米賦予了植株抗玉米螟、抗除草劑草甘膦特性，提高了植株的抗旱性，是具有優(yōu)良復(fù)合性狀的玉米新材料[1]。在2014年全球商業(yè)化種植的27種轉(zhuǎn)基因作物中，轉(zhuǎn)基因玉米的種植面積僅次于轉(zhuǎn)基因大豆，占轉(zhuǎn)基因作物總種植面積的30%；盡管中國轉(zhuǎn)基因作物種植面積已達390萬hm2，居全球第6位，但只有轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉和轉(zhuǎn)基因抗病毒番木瓜被廣泛種植[2-3]。目前，中國玉米產(chǎn)量和種植面積均已超過水稻成為第一大作物[4]。轉(zhuǎn)基因玉米在中國尚未被批準商業(yè)化種植，但相關(guān)的研究早在1997年就已開展，目前中國已有一批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因玉米材料，在這些新材料進行田間釋放和獲得環(huán)境安全證書之前，有必要對其生態(tài)環(huán)境安全問題進行評價?！厩叭搜芯窟M展】據(jù)國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織（ISAAA）統(tǒng)計，2015年全球28個國家選擇種植轉(zhuǎn)基因作物，種植面積達到1.797億hm2，比1996年增長了100倍以上[5]。關(guān)于抗蟲轉(zhuǎn)基因作物對非靶標昆蟲的影響已有大量的報導(dǎo)。轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉在殺死棉鈴蟲（Helicoverpa armigera）的同時，棉田中的其他鱗翅目昆蟲，如棉紅鈴蟲（Pectinophora gossypiella）、亞洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）、棉小造橋蟲（Anomis flava）、棉大卷葉螟（Sylepta derogata）和斜紋夜蛾（Spodoptera litura）等也會被毒殺或者控制[6-11]，而轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉田中的棉蚜（Aphis gossypii）、朱砂葉螨（Tetranychus cinnbarinus）、綠盲蝽（Apolygus lucorum）、棉葉蟬（Empoasca biguttula）、溫室白粉虱（Trialeurodes vaporariorum）和煙粉虱（Bemisia tabaci）等比常規(guī)棉田高[12-15]。也有研究發(fā)現(xiàn)，抗蟲轉(zhuǎn)基因作物對一些非靶標昆蟲沒有影響，例如抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻對非靶標害蟲灰飛虱（Laodelphax striatellus）個體發(fā)育及種群生命參數(shù)影響不顯著[16]。MARVIER等[17]綜合農(nóng)田試驗分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)Bt基因作物農(nóng)田中的非靶標昆蟲比施農(nóng)藥的傳統(tǒng)作物農(nóng)田更多，但比未施藥的傳統(tǒng)作物農(nóng)田更少。【本研究切入點】由此可見，不同的轉(zhuǎn)基因作物對于同種非靶標昆蟲的影響具有明顯差異，同種轉(zhuǎn)基因作物對不同非靶標昆蟲的影響也存在差異。對于任何轉(zhuǎn)基因作物品種來說，遵循“逐案（case by case）”原則進行相關(guān)研究是對其安全性研究的必要步驟?！緮M解決的關(guān)鍵問題】于2015年玉米生長季，系統(tǒng)調(diào)查轉(zhuǎn)基因抗草甘膦抗蟲玉米田中節(jié)肢動物種類和數(shù)量，通過轉(zhuǎn)基因玉米田與對照田節(jié)肢動物群落多樣性與結(jié)構(gòu)的比較，為轉(zhuǎn)基因抗草甘膦抗蟲玉米的生態(tài)安全評價提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

所用玉米材料為轉(zhuǎn)基因抗草甘膦（EPSPS）抗蟲（Bt Cry1Ab）玉米轉(zhuǎn)化體DBN9936、受體玉米品種DBN318和常規(guī)玉米品種先玉335。上述材料均由北京大北農(nóng)生物技術(shù)有限公司提供。

1.2 試驗處理及小區(qū)設(shè)計

依照“轉(zhuǎn)基因植物及其產(chǎn)品環(huán)境安全檢測抗蟲玉米第4部分：生物多樣性影響”（中華人民共和國國家標準 農(nóng)業(yè)部953號公告-10.4-2007）[18]、“轉(zhuǎn)基因植物及其產(chǎn)品環(huán)境安全檢測抗除草劑玉米第4部分：生物多樣性影響”（中華人民共和國國家標準 農(nóng)業(yè)部953號公告-11.4-2007）[19]和“轉(zhuǎn)基因玉米環(huán)境安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范第3部分：對生物多樣性影響的檢測”（中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY/T 720.3-2003）[20]，采用隨機區(qū)組排列和地塊設(shè)置。小區(qū)面積為150 m2（10 m×15 m），小區(qū)間設(shè)有1.0 m寬隔離帶。玉米按條播的方式進行播種，行距60 cm，株距25 cm。本試驗全生育期不噴施殺蟲劑。試驗處理包括噴施除草劑（參考有關(guān)專利，劑量為2倍劑量，將除草劑草甘膦420 g ae/hm2的濃度定為1倍劑量）與未噴施除草劑的轉(zhuǎn)基因玉米、未噴施除草劑的受體玉米品種和未噴施除草劑的常規(guī)玉米，每個處理重復(fù)3次。

1.3 試驗方法

試驗于2015年在吉林四平市伊通滿族自治縣試驗基地進行。每個小區(qū)均采用對角線5點取樣方法確定采樣點位置，使用如下3種方法進行調(diào)查。

1.3.1 直接觀察法 用于植株上節(jié)肢動物種類數(shù)量的調(diào)查。從定苗10 d至成熟，每7 d調(diào)查1次，每點調(diào)查10株玉米。記錄玉米植株上所有節(jié)肢動物的種類（及其不同發(fā)育階段）及數(shù)量。對田間不能識別的種類進行編號，帶回室內(nèi)鑒定。

1.3.2 陷阱調(diào)查法 用于地表節(jié)肢動物的調(diào)查。在玉米定苗后10 d開始至成熟，每14 d調(diào)查1次。每點埋設(shè)3個塑料杯（Φ7 cm×8 cm），間隔0.5 m，杯中放有5%的洗滌劑水，水量為杯容積的1/3，過夜后調(diào)查杯中的節(jié)肢動物種類和數(shù)量，不易識別的種類進行編號，帶回室內(nèi)鑒定。

1.3.3 縱剖莖稈 于玉米成熟后收獲前調(diào)查一次。每點選擇10株玉米，縱向剖開莖桿，調(diào)查莖桿內(nèi)部是否有鉆蛀類害蟲，記錄害蟲種類、齡期、數(shù)量及危害狀況（鉆蛀空道長度、受害穗尖長度等）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)各個類群數(shù)量占總數(shù)的百分比，將研究發(fā)現(xiàn)的節(jié)肢動物進行多度等級劃分，即該類群個體數(shù)占總個體數(shù)的百分比＞10%為優(yōu)勢類群，1%—10%為常見類群，＜1%為稀有類群[21-22]。

用節(jié)肢動物群落的多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)、優(yōu)勢集中性指數(shù)和群落相似系數(shù)4個指標，分析比較各玉米材料田間整個昆蟲群落的動態(tài)，以此研究轉(zhuǎn)化體對田間節(jié)肢動物群落多樣性是否產(chǎn)生影響。

節(jié)肢動物群落的多樣性指數(shù)（Shannon-Wiener指數(shù)）計算公式：

式中，H為多樣性指數(shù)，Pi=Ni/N；Ni為第i個物種的個體數(shù)，N為總個體數(shù)。

節(jié)肢動物群落的均勻性指數(shù)（Pielou指數(shù)）計算公式：

式中，J為均勻性指數(shù)，H為多樣性指數(shù)，S為物種數(shù)。

節(jié)肢動物群落的優(yōu)勢集中性指數(shù)計算公式：

式中，C為優(yōu)勢集中性指數(shù)，Ni為第i個物種的個體數(shù)，N為總個體數(shù)。

統(tǒng)計玉米田節(jié)肢動物群落物種組成的目、科、屬及個體數(shù)，利用群落相似性系數(shù)C’比較其相似性，其計算公式為：

其中，w為A、B群落樣本中共有物種的2個個體數(shù)相對低值的總和，a、b分別為A、B群落樣本中所有物種個體數(shù)的總和。

對于符合正態(tài)分布的變量使用t-檢驗對兩組數(shù)據(jù)的顯著性進行分析，使用單因素方差分析（one-way AVOVA）對轉(zhuǎn)基因玉米、受體玉米和常規(guī)玉米之間的差異進行分析；對于不能確定其分布的變量，采用非參數(shù)檢驗方法分析其差異，兩組數(shù)據(jù)使用Mann-Whitney檢驗，多于兩組數(shù)據(jù)則采用Kruskal-Wallis檢驗。顯著性水平均設(shè)為0.05。

2 結(jié)果

2.1 田間節(jié)肢動物主要類群和功能群

對供試玉米材料在2015年全生育期內(nèi)田間節(jié)肢動物種類進行調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，玉米植株上的節(jié)肢動物群落由13目、44科的昆蟲及蜘蛛組成（表1）。

表1 玉米田間節(jié)肢動物群落的目、科分布Table 1 The order and family patterns of the arthropod community in maize field

2015年玉米生育期內(nèi)玉米田間節(jié)肢動物群落中主要功能群統(tǒng)計見表2。玉米材料上主要害蟲是玉米蚜（Rhopalosiphum maidis）和雙斑螢葉甲（Monolepta hieroglyphica），捕食性天敵主要為草蛉、瓢蟲和蜘蛛等。相比先玉335和受體DBN318，轉(zhuǎn)化體DBN9936上鱗翅目害蟲明顯較少，差異顯著；而玉米植株上的蚜蟲、瓢蟲和蜘蛛均較多，處理之間不存在顯著差異。轉(zhuǎn)化體DBN9936上的葉甲數(shù)量介于受體品系和常規(guī)對照品系之間，受體品系DBN318玉米上葉甲數(shù)量顯著高于先玉335玉米上的葉甲數(shù)量，在2015年雙斑螢葉甲暴發(fā)的情況下，先玉335表現(xiàn)出一定的對雙斑螢葉甲的抗性。

轉(zhuǎn)化體DBN9936噴施2倍草甘膦除草劑后2周和4周，對其田間節(jié)肢動物種類及數(shù)量進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)噴施除草劑的轉(zhuǎn)化體DBN9936與DBN318、先玉335和未噴施除草劑的轉(zhuǎn)化體DBN9936相比，各個功能群內(nèi)種類和數(shù)量上沒有顯著差異（表3）。

2.2 節(jié)肢動物豐富度動態(tài)

根據(jù)前述的調(diào)查方法，連續(xù)調(diào)查轉(zhuǎn)化體DBN9936、受體DBN318與常規(guī)種先玉335植株上和小區(qū)地表節(jié)肢動物種類及數(shù)量。各處理的田間節(jié)肢動物群落物種豐富度均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，田間節(jié)肢動物物種數(shù)變化均是從調(diào)查初期的較低水平先上升至9月上旬玉米達到成熟期的高水平，之后3種玉米材料的節(jié)肢動物物種數(shù)有所下降；9月2日各玉米材料在植株上的節(jié)肢動物的種數(shù)達到最大，9月9日各玉米材料的地表節(jié)肢動物的種數(shù)達到最大。通過全生育期的調(diào)查，植株上和地表節(jié)肢動物結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)化體DBN9936上的節(jié)肢動物群落物種數(shù)與先玉335和DBN318相比不存在顯著差異。9月2日數(shù)據(jù)中，常規(guī)種先玉335植株上的物種數(shù)量明顯多于受體材料DBN318，而這兩種常規(guī)材料植株上的節(jié)肢動物物種數(shù)量與轉(zhuǎn)化體DBN9936兩個處理植株上的節(jié)肢動物物種數(shù)量均沒有顯著差異?？梢哉J為，該轉(zhuǎn)基因玉米并未引起田間節(jié)肢動物群落中物種數(shù)量的變化（圖1）。

表2 整個生育期中玉米材料上主要功能群中各物種累計數(shù)量Table 2 The accumulated number of each species in main functional groups on maize materials during the whole growing period

表3 轉(zhuǎn)化體噴施2倍草甘膦后與其他材料中主要功能群中物種數(shù)量的比較（施藥后2周和4周）Table 3 The number of major functional groups at the time of 2 and 4 weeks after spraying glyposate

2.3 節(jié)肢動物群落多樣性

通過計算3種玉米材料的田間節(jié)肢動物群落的Shannon-Wiener指數(shù)，得到這3種玉米材料田間節(jié)肢動物在整個生育期的多樣性動態(tài)變化（圖2）。植株上節(jié)肢動物群落調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果表明，在7月份玉米田系統(tǒng)中節(jié)肢動物的多樣性指數(shù)較高；8月份由于天氣干旱少雨，雙斑螢葉甲大量暴發(fā)，節(jié)肢動物的種類和數(shù)量出現(xiàn)波動，多樣性指數(shù)急劇下降，之后逐漸回升。由于8月之后玉米蚜種群數(shù)量較大，多樣性指數(shù)回升較緩慢。而地表節(jié)肢動物群落在初期生物多樣性指數(shù)較低，之后逐漸增高。從整體上看，轉(zhuǎn)化體DBN9936與受體品種DBN318、常規(guī)種先玉335的田間節(jié)肢動物群落多樣性變化趨勢一致，無顯著差異。

2.4 節(jié)肢動物群落優(yōu)勢集中性

3種玉米材料的田間節(jié)肢動物優(yōu)勢集中性指數(shù)及其動態(tài)變化見圖3。在7月末和8月中，3個玉米材料植株上的節(jié)肢動物優(yōu)勢集中性指數(shù)較高，呈雙峰（7月29日和8月19日）模式，田間節(jié)肢動物群落的物種組成集中在雙斑螢葉甲和玉米蚜等少數(shù)幾種節(jié)肢動物上。Shannon-Wiener指數(shù)與優(yōu)勢集中性指數(shù)從不同角度反映了相同的變化趨勢，即7月末和8月初田間節(jié)肢動物群落中物種數(shù)量明顯下降。地表群落統(tǒng)計結(jié)果顯示，優(yōu)勢集中性指數(shù)由較高水平逐漸下降。轉(zhuǎn)化體DBN9936對節(jié)肢動物群落優(yōu)勢集中性沒有顯著影響。

2.5 節(jié)肢動物群落均勻性

圖1 田間節(jié)肢動物群落物種豐富度動態(tài)（A：植株；B：地表）Fig. 1 The species richness dynamics of arthropod community in the fields (A: maize plant; B: land surface)

圖2 田間節(jié)肢動物多樣性指數(shù)動態(tài)（A：植株；B：地表）Fig. 2 The biodiversity index dynamics of arthropod community in the fields (A: maize plant; B: land surface)

3種玉米材料4個處理的田間節(jié)肢動物Pielou指數(shù)見圖4。植株和地表各處理的節(jié)肢動物群落均勻性變化趨勢一致，在7月底至8月中旬，雙斑螢葉甲和蚜蟲的先后暴發(fā)導(dǎo)致玉米材料的田間節(jié)肢動物群落均勻性急劇降低后緩慢上升。植株和地表的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果和均勻性指數(shù)變化趨勢說明轉(zhuǎn)化體DBN9936對節(jié)肢動物群落均勻性沒有顯著影響。植株上的節(jié)肢動物均勻性指數(shù)變化范圍是0.18—0.98，而地表節(jié)肢動物均勻性指數(shù)變化范圍是0.39—0.97，地表節(jié)肢動物均勻性指數(shù)變化范圍更小。

圖3 田間節(jié)肢動物優(yōu)勢集中性指數(shù)動態(tài)（A：植株；B：地表）Fig. 3 The dominant concentration index dynamics of field arthropod community (A: maize plant; B: land surface)

圖4 田間節(jié)肢動物物種均勻性指數(shù)動態(tài)（A：植株；B：地表）Fig. 4 The evenness index dynamics of field arthropod community (A: maize plant; B: land surface)

2.6 節(jié)肢動物群落相似性

群落相似性系數(shù)反映兩個不同群落物種的相似性，數(shù)值越接近1，群落間相似性越高。常規(guī)種先玉335、受體DBN318、轉(zhuǎn)化體品種DBN9936和噴施除草劑轉(zhuǎn)化體品種DBN9936田間節(jié)肢動物群落間相似系數(shù)動態(tài)見圖5。圖中可見，各處理之間的節(jié)肢動物群落相似性變化趨勢一致。噴施除草劑與未噴施除草劑的轉(zhuǎn)化體、未噴施除草劑的轉(zhuǎn)化體與受體、噴施除草劑的轉(zhuǎn)化體與受體以及受體與常規(guī)種相比較，植株上的節(jié)肢動物群落相似度均表現(xiàn)為初期相似度較低，之后呈現(xiàn)較為明顯的上升，后期維持在較高的相似度水平；而在不同處理地塊地表的節(jié)肢動物群落相似度表現(xiàn)不同，初期相似度較高，之后呈下降趨勢，于7月末達到低值后回升至較高相似度水平。總體來看，植株上的節(jié)肢動物群落逐步趨于一致，而種植了不同玉米材料地塊的地表節(jié)肢動物群落則保持相對穩(wěn)定。

圖5 田間節(jié)肢動物群落相似性系數(shù)動態(tài)（A：植株；B：地表）Fig. 5 The similarity coefficient dynamics of field arthropod community (A: maize plant; B: land surface)

2.7 玉米穗期鉆蛀類害蟲危害評價

在收獲前，觀察穗尖并縱剖玉米莖稈，量化鉆蛀類害蟲對莖稈（亞洲玉米螟）和穗尖（棉鈴蟲）的危害。轉(zhuǎn)化體DBN9936的植株上沒有發(fā)現(xiàn)蛀孔，而受體DBN318莖稈上蛀孔平均數(shù)量為28.5個/百株，最長隧道長度為16.5 cm，常規(guī)對照先玉335莖稈上蛀孔平均數(shù)量為44.0個/百株，最長隧道長度為13.0 cm；轉(zhuǎn)化體DBN9936植株上活蟲數(shù)量不足1頭/百株，而受體DBN318則大約每5株植株上就會發(fā)現(xiàn)1頭活蟲，先玉335約4株植株就會發(fā)現(xiàn)1頭活蟲。轉(zhuǎn)化體在蛀孔數(shù)量和活蟲數(shù)量上顯著低于受體和常規(guī)品種，表現(xiàn)出對鉆蛀類害蟲具有明顯的抗性。穗尖被害情況也表現(xiàn)出與不同材料蛀害相同的趨勢。根據(jù)試驗方案，每個處理最終檢視150株植株，其中，噴施除草劑和未噴施除草劑的轉(zhuǎn)化體DBN9936玉米材料上分別有9株和3株的穗尖受到蟲害，而受體材料DBN318則有48株的穗尖受害，常規(guī)對照先玉335穗尖受害植株數(shù)量更是達到70株。這些數(shù)量上的差異表明轉(zhuǎn)化體對鉆蛀類害蟲具有明顯的抗性（表4）。

表4 收獲前期亞洲玉米螟和棉鈴蟲對3種玉米材料危害情況統(tǒng)計Table 4 The damage of three maize lines by O. furnacalis and H. armigera before harvest

3 討論

本研究以轉(zhuǎn)基因抗草甘膦抗蟲玉米為研究對象，通過對其全生育期田間節(jié)肢動物群落的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因玉米DBN9936與其受體DBN318和常規(guī)種先玉335相比，使用物種豐富度、群落多樣性、優(yōu)勢集中性和群落均勻性等幾個指數(shù)表示的群落性質(zhì)上不存在顯著差異。在對各個功能群進行分析時發(fā)現(xiàn)，DBN9936田間害蟲中鱗翅目害蟲的數(shù)量顯著少于受體DBN318和常規(guī)種先玉335；葉甲（主要是雙斑螢葉甲）數(shù)量與受體DBN318相當，但是顯著多于常規(guī)種先玉335。在收獲前對玉米穗尖和莖稈危害情況調(diào)查表明，DBN9936植株上的鉆蛀類害蟲危害狀況明顯輕于受體DBN318和先玉335。綜合以上研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因玉米DBN9936具有鱗翅目害蟲抗性，轉(zhuǎn)入的抗蟲基因Bt Cry1Ab的鱗翅目抗性特征有所體現(xiàn)；常規(guī)種先玉335在雙斑螢葉甲危害時抗性表現(xiàn)優(yōu)于本試驗中使用的DBN系列玉米品種。由此可見，轉(zhuǎn)基因玉米DBN9936在大田種植中在對節(jié)肢動物群落的影響上除了表現(xiàn)出鱗翅目害蟲抗性外，與受體品種DBN318基本一致，與常規(guī)品種先玉335也基本一致。

近年來國內(nèi)外在轉(zhuǎn)基因作物的安全性方面已經(jīng)取得很大進展，先后研究了轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻以及轉(zhuǎn)基因耐除草劑大豆等對節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)的影響[23]。國內(nèi)研究最多的是轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉對害蟲和天敵的影響，由于轉(zhuǎn)基因玉米在中國尚未被批準商業(yè)化種植，所以轉(zhuǎn)基因玉米對節(jié)肢動物多樣性影響的研究較少。從已有的研究來看，大多數(shù)的試驗結(jié)果都支持轉(zhuǎn)基因玉米對非靶標節(jié)肢動物多樣性的影響較小。例如，HABUSTOVA等[24]通過連續(xù)3年對轉(zhuǎn)Bt基因玉米和非轉(zhuǎn)基因玉米田中地表節(jié)肢動物的抽樣監(jiān)測，在生物量和物種豐度等方面未發(fā)現(xiàn)顯著差異；CEREVKOVA等[25]對轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米田中土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)進行了取樣研究，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)顯著影響；TRUTER等[26]調(diào)查比較了南非轉(zhuǎn)Bt基因玉米和非轉(zhuǎn)基因玉米田中的節(jié)肢動物多樣性，發(fā)現(xiàn)二者在生物多樣性和物種豐度等方面無顯著差異；郭艷艷[27]通過試驗證明轉(zhuǎn)CrylF基因玉米對安德森鈍綏螨（Amblyseius andersoni）的生長發(fā)育沒有明顯影響；郭穎慧[28]試驗證明轉(zhuǎn)植酸酶玉米對玉米螟生長發(fā)育、生理生化及腸道菌群多樣性指標無顯著影響；王柏鳳[29]通過對3種轉(zhuǎn)基因玉米（Bt38、Mon89034和C63）及其對照品種的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因玉米短期內(nèi)并未對跳蟲優(yōu)勢類群產(chǎn)生不利影響，也沒有改變其分布規(guī)律。除此之外，KRAMARZ等[30]用轉(zhuǎn)基因玉米飼養(yǎng)蝸牛，未發(fā)現(xiàn)明顯的危害。目前，轉(zhuǎn)基因飼料也沒有對畜禽營養(yǎng)、免疫、繁殖、腸道健康產(chǎn)生不利作用[31]。本試驗結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因玉米DBN9936在大田種植情況下對非靶標節(jié)肢動物群落的影響較小，同上述研究一樣，為轉(zhuǎn)基因玉米的安全性評價提供了基本的數(shù)據(jù)支持。

在轉(zhuǎn)基因作物的生態(tài)安全性研究中，次生害蟲的問題一直是關(guān)注的重點之一。例如，LU等[32]在棉花和多種其他作物混種區(qū)域進行長期觀測，結(jié)果表明轉(zhuǎn)Bt基因棉田中盲蝽的發(fā)生特點有明顯變化，盲蝽逐步適應(yīng)了Bt棉的種植，其種群因為殺蟲劑使用的減少而逐步增大，棉田由盲蝽的“匯”變成了“源”。本試驗中，轉(zhuǎn)基因玉米材料DBN9936上的節(jié)肢動物種類和數(shù)量與非轉(zhuǎn)基因玉米材料相比無顯著差異，暫時沒有觀察到次生害蟲問題。需要說明的是，在2015年玉米生長季，試驗區(qū)域的降水量低于往年，并且在玉米生長的中后期，大田中出現(xiàn)了大量的雙斑螢葉甲，本研究結(jié)果中各種指數(shù)的動態(tài)對此有所反映。如果要對轉(zhuǎn)基因玉米在大田種植情況下對節(jié)肢動物群落的影響進行全面的認識，還需要大量研究來進一步明確，并對其發(fā)生的原因和機制進行進一步研究。

4 結(jié)論

轉(zhuǎn)基因玉米材料DBN9936對非靶標節(jié)肢動物的數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)沒有顯著影響。在本研究中，不同地塊節(jié)肢動物群落多樣性的變化趨勢基本相同，在7月中下旬出現(xiàn)明顯的波動，結(jié)合氣象記錄和大田觀察，可以認為是干旱和雙斑螢葉甲暴發(fā)而導(dǎo)致群落多樣性水平下降，主要體現(xiàn)在優(yōu)勢集中度上升和均勻度下降兩個方面。這個結(jié)果也說明，個別害蟲的集中暴發(fā)會對大田試驗結(jié)果產(chǎn)生影響，大田生物安全評價是一個長期研究的過程，應(yīng)對批準大范圍釋放的轉(zhuǎn)基因生物進行長期監(jiān)測，以獲得更加完善、全面的評價結(jié)果。

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（責任編輯 岳梅）

Effects of Transgenic Maize on Biodiversity of Arthropod Communities in the Fields

REN ZhenTao1, SHEN WenJing2, LIU Biao2, XUE Kun1,2
(1College of Life and Environmental Sciences, Minzu University of China, Beijing 100081;2Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042)

【Objective】 The objective of this study is to assess the effects of transgenic glyphosate-tolerant (EPSPS) and insect-resistant (Bt Cry1Ab) maize DBN9936 on biodiversity of arthropod communities, which will supply basic data for transgeniccrop biosafety. 【Method】 In the growing period in 2015, the biodiversity and its structure of arthropod communities in the fields of transgenic maize and its counterpart lines were compared in the experimental base in Yitong Autonomous County for Man Nationality, Siping City, Jilin Province. In the isolated maize field, with the method of observation, traps and observing the longitudinal section of stems, the number of species and individuals in the maize plants, on the ground and in the stems were counted and the functional groups, biodiversity index, dominant concentration index, evenness index and the community similarity were analyzed and compared. 【Result】 The arthropod communities in maize fields were composed of 13 orders and 44 families. The main pests included Rhopalosiphum maidis, Monolepta hieroglyphica and Osrtinia furnacalis; the main predatory enemies were lacewings, ladybirds and spiders. The number of target lepidoptera insects, including O. furnacalis and Helicoverpa armigera, from the transgenic maize DBN9936 in the whole growth period was significantly lower than those from the counterpart DBN318 and the conventional line Xianyu 335. The number of M. hieroglyphica from the transgenic maize was similar with the recipient line DBN318, while significantly higher than that from conventional line Xianyu 335, which showed the difference coming from variation between lines, rather than the genetically modification. The number of non-target arthropod in the fields had no significant difference between the other treatments. Sampling at the time of 2 and 4 weeks after spraying glyphosate, the number of specie and individual of arthropod communities in the fields had no significant difference between each two treatments. The number of boring insects and their damage were investigated during harvest, the number of holes, alive pests, the length of tunnel and the number of corns with damaged tip were significantly lower in DBN9936 than those in DBN318 and Xianyu 335, which showed that the transgenic maize DBN9936 had obviously higher resistance to O. furnacalis and H. armigera. Compared with the non-transgenic recipient line maize DBN318 and the regular line Xianyu 335, transgenic maize DBN9936 had the similar dynamic trend within the parameters of the number of species, biodiversity index, dominant concentration index and evenness index, and there was no significant difference. The similarity index of arthropod communities of DBN9936 with or without the herbicide to the recipient line DBN318 were gradually rising to a high level and maintained, which indicated that the difference of the arthropod communications from different treatments would be decrease in growing period. 【Conclusion】 In the study, the biodiversity dynamics of the arthropod communities of different treatments were similar. Combined climate recordings and field observation, the fluctuation of the dynamics from late July to mid August in 2015 could be regarded as the biodiversity decrease, especially the increase of dominant concentration index and the decrease of evenness index caused by the drought and the outbreak of M. hieroglyphica. These results suggested that the arthropod community structures in the fields of the transgenic maize DBN9936, the counterpart DBN318 and the conventional line Xianyu 335 were similar, and the effects of genetically modified maize on non-target arthropod community were not significant.

transgenic maize (Zea mays); arthropod community; biodiversity; dominance index; evenness index

2016-12-28；接受日期：2017-02-07

國家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項（2016ZX08012005）、環(huán)保公益性行業(yè)科研專項（201509044）、中央民族大學(xué)一流大學(xué)一流學(xué)科項目（YLDX01013）

聯(lián)系方式：任振濤，E-mail：rztkkk@163.com。通信作者劉標，E-mail：85287064@163.com。通信作者薛堃，E-mail：xuekun@muc.edu.cn