轉(zhuǎn)基因棉花對(duì)棉蚜個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖能力的影響

李海強(qiáng)，王冬梅，李號(hào)賓，徐遙，丁瑞豐，潘洪生，阿克旦·吾外士，劉建

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所/農(nóng)業(yè)部西北荒漠綠洲作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 8300912.農(nóng)業(yè)部庫(kù)爾勒作物有害生物綜合觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，新疆庫(kù)爾勒 841000)

0 引 言

【研究意義】棉蚜Aphisgossypii(Glover)是一類(lèi)世界性的棉花害蟲(chóng)，其能通過(guò)刺吸式口器吸食棉花葉片及嫩枝韌皮部汁液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)棉花造成為害，在棉花苗期以及蕾期對(duì)棉花影響較大[1-3]。在新疆，1986年棉蚜最早在吐魯番暴發(fā)，并給棉花生產(chǎn)造成了很大的損失，目前已成為新疆棉花上重要害蟲(chóng)之一，對(duì)棉花生產(chǎn)造成嚴(yán)重危害[4,5]。新疆是我國(guó)的棉花種植大省，棉花產(chǎn)業(yè)在我國(guó)棉花種植業(yè)中已經(jīng)占有非常重要的地位。2016年新疆棉花種植面積達(dá)到215×104hm2(3 233萬(wàn)畝)，總產(chǎn)、單產(chǎn)、出口均居全國(guó)第一[6]。新疆種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，尤其是新疆南部地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，以及果樹(shù)栽培面積的擴(kuò)大，棉蚜的發(fā)生危害呈逐年上升趨勢(shì)。研究轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉及轉(zhuǎn)基因高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉對(duì)棉蚜個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育及繁殖能力的影響，對(duì)轉(zhuǎn)基因棉花對(duì)棉蚜的生態(tài)安全性評(píng)價(jià)有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】由于轉(zhuǎn)Bt基因棉花可有效控制棉鈴蟲(chóng)， 因此Bt棉在新疆南疆地區(qū)的種植面積逐年增加[7]；同時(shí)，由于新疆種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，尤其是新疆南部地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展以及果樹(shù)栽培面積的不斷擴(kuò)大，棉蚜的發(fā)生危害呈逐年上升趨勢(shì)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】隨著轉(zhuǎn)Bt棉種植面積的擴(kuò)大，部分棉區(qū)用藥水平持續(xù)下降，也為棉蚜的暴發(fā)創(chuàng)造條件。目前有關(guān)轉(zhuǎn)Bt基因棉對(duì)棉蚜的影響，目前還未得出統(tǒng)一定論[8]。研究轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉及轉(zhuǎn)基因高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉對(duì)棉蚜個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育及繁殖能力的影響。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】研究轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)棉及轉(zhuǎn)基因高產(chǎn)棉花對(duì)棉蚜的影響，為轉(zhuǎn)基因棉花對(duì)棉蚜的生態(tài)安全性評(píng)價(jià)提供相關(guān)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究采用的棉花材料為轉(zhuǎn)雙價(jià)基因(CP4EPSPS)抗蟲(chóng)抗草甘膦基因棉花639017、對(duì)照為常規(guī)棉中棉所49號(hào); 轉(zhuǎn)基因優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)棉花HN9311，和其對(duì)照親本中棉所12號(hào); 泗棉3號(hào)為非轉(zhuǎn)基因常規(guī)棉。棉花材料由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供。按目前常規(guī)的“矮、密、早”和膜下滴灌技術(shù)，種植于新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院庫(kù)爾勒市和什力克鄉(xiāng)基地，種植密度為19.5×104株/hm2，種植時(shí)間為2016 年4 月21 日，每個(gè)品種的種植面積為534 m2。棉花整個(gè)生長(zhǎng)期不打任何農(nóng)藥，不摘邊心，不打頂，其他為常規(guī)管理。

1.2 方 法

1.2.1 轉(zhuǎn)Bt基因抗棉鈴蟲(chóng)棉花棉蚜個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖能力的測(cè)定

待4種棉花品種的棉苗長(zhǎng)到2子葉與2真葉期時(shí)，用軟毛筆將常規(guī)棉泗棉3號(hào)上飼養(yǎng)的棉蚜成蟲(chóng)，隨機(jī)挑選并轉(zhuǎn)接到棉蚜飼養(yǎng)罐進(jìn)行飼養(yǎng)。棉蚜飼養(yǎng)方法采用改良后葉子圓片法飼養(yǎng)蚜蟲(chóng)[8]，將1%瓊脂放入直徑8 cm 玻璃材料的養(yǎng)蟲(chóng)盒中用來(lái)保持水分，待瓊脂凝固后，放入大小合適的棉花葉片，隨后將蚜蟲(chóng)接到不同品種的棉花葉片上。每個(gè)養(yǎng)蟲(chóng)盒接1頭，12 h內(nèi)將成蚜和多余的若蚜除去，每個(gè)養(yǎng)蟲(chóng)盒留1頭初產(chǎn)若蚜，每個(gè)棉花品種設(shè)30個(gè)重復(fù)，置于25℃、相對(duì)濕度70%～85%的養(yǎng)蟲(chóng)室內(nèi)進(jìn)行飼養(yǎng)。每隔24 h觀察記載棉蚜的存活和蛻皮情況，記錄棉蚜發(fā)育的歷期[9]。

1.2.2 蚜蟲(chóng)體重的稱(chēng)量

進(jìn)入4齡后稱(chēng)量每頭蚜蟲(chóng)的體重。稱(chēng)量時(shí)先用軟毛筆輕輕觸碰棉蚜，使其將口針拔出，輕移到十萬(wàn)分之一的天平上進(jìn)行稱(chēng)量，每5頭為一組，在萬(wàn)分之一天平上稱(chēng)重后求其平均值，實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次。稱(chēng)量后再輕移回棉株。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理均采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析。對(duì)取食不同棉花品種和棉蚜的各齡發(fā)育歷期和存活率、成蚜的體重、成蚜的繁殖時(shí)間和數(shù)量以及生命表參數(shù)進(jìn)行單因素方差分析Duncan氏新復(fù)極差法分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)棉對(duì)棉蚜各齡發(fā)育歷期影響

研究表明，棉蚜1齡中棉所49號(hào)發(fā)育天數(shù)為1.567 d,高于其他3個(gè)供試棉花材料上的平均發(fā)育天數(shù)。方差分析表明，不同品種棉蚜1齡發(fā)育時(shí)間均無(wú)顯著性差異。2、3、4齡棉蚜發(fā)育歷期也無(wú)顯著性差異。表1

2.2 轉(zhuǎn)基因棉對(duì)棉蚜成蟲(chóng)壽命的影響

研究表明，棉蚜取食不同品種轉(zhuǎn)基因棉花后棉蚜存活最長(zhǎng)的為中棉所12號(hào)棉花上，為7.05 d，其次依次為HN9311,6.95 d,中棉所49號(hào),6.83 d,6.78 d。方差分析表明，無(wú)論取食轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)棉639017還是取食高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉花HN9311,其成蟲(chóng)壽命都與其相應(yīng)親本抗蟲(chóng)棉上飼養(yǎng)的棉蚜無(wú)顯著差異。圖2

2.3 轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)棉對(duì)棉蚜體重的影響

研究表明，4齡若蚜的體重，以取食639017的棉蚜最高，平均為0.153 mg，以取食中棉所49號(hào)的棉蚜最低，平均為0.135 mg，方差分析表明，轉(zhuǎn)基因棉花與常規(guī)受體棉花之間差異并不顯著。圖3

表1 轉(zhuǎn)基因棉花下棉蚜各齡發(fā)育歷期變化Table 1 Effects of transgenic gene cotton on the duration date of A.gosspii

圖1 轉(zhuǎn)基因棉花下棉蚜各齡發(fā)育歷期變化
Fig.1 Effects of transgenic cotton on the duration date of A.gossypii

圖2 轉(zhuǎn)基因棉花下棉蚜成蟲(chóng)壽命變化
Fig.2 Effects of transgenic gene cotton on the life-span of A.gossypii

圖3 轉(zhuǎn)基因棉花下棉蚜體重變化
Fig.3 Effects of transgenic cotton on the weight of A.gossypii

2.4 轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)棉對(duì)棉蚜繁殖的影響

研究表明，取食轉(zhuǎn)基因高產(chǎn)棉花HN9311及其親本中棉所12號(hào)棉花上的蚜蟲(chóng)產(chǎn)蚜數(shù)量要比單價(jià)抗蟲(chóng)棉639017、常規(guī)棉花中棉所49號(hào)多。但方差分析表明，棉蚜無(wú)論取食單價(jià)抗蟲(chóng)棉還是雙價(jià)抗蟲(chóng)棉，其成蚜產(chǎn)蚜數(shù)量均未達(dá)到顯著差異。圖4

圖4 轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)棉下棉蚜繁殖變化
Fig.4 Effects of transgenic Bt gene cotton on the reproduction of A.gossypii

3 討 論

棉蚜通過(guò)取食轉(zhuǎn)Bt 基因棉后，體內(nèi)存在少量的Bt 蛋白[11-12]。從生命表參數(shù)進(jìn)一步驗(yàn)證棉蚜在取食轉(zhuǎn)Bt 基因棉后，是否會(huì)對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和生殖力產(chǎn)生影響顯得尤為重要。研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)棉、轉(zhuǎn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉分別與其對(duì)照相比對(duì)棉蚜發(fā)育速度、成蚜壽命、4齡若蚜體重、成蚜繁殖力均沒(méi)有顯著差異。這與劉向東等、萬(wàn)鵬等、李海強(qiáng)等的研究結(jié)果是一致的[13-15]。薛麗等[16]在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，棉蚜分別用轉(zhuǎn)Bt 基因棉和親本常規(guī)棉飼養(yǎng)40代以上，與親本常規(guī)棉相比，轉(zhuǎn)Bt 基因棉上棉蚜壽命延長(zhǎng)，產(chǎn)蚜數(shù)減少，但差異不顯著。Liu等[17]發(fā)現(xiàn)抗蟲(chóng)棉飼養(yǎng)的第一代棉蚜繁殖時(shí)間較長(zhǎng)，但是第2代以后轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉和親本比較繁殖時(shí)間差異不顯著。試驗(yàn)所選用的轉(zhuǎn)基因棉花品種為含有Bt 基因的雙價(jià)基因棉，以及轉(zhuǎn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)基因棉，通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了兩種轉(zhuǎn)基因棉對(duì)棉蚜生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖力沒(méi)有影響。

在棉田生態(tài)系統(tǒng)中，捕食性天敵可以直接以取食棉蚜的形式獲得Bt毒蛋白[11,18,19]。眾多的學(xué)者也進(jìn)行了Bt 毒蛋白通過(guò)食物鏈對(duì)捕食性天敵的影響，然而結(jié)果不盡相同。有學(xué)者研究表明取食Bt棉花的棉粉虱能降低龜紋瓢蟲(chóng)的死亡率[20]，轉(zhuǎn)Bt 基因棉能影響棉蚜繭蜂的寄生率和羽化率[21]。也有研究表明，取食轉(zhuǎn)Bt基因棉花對(duì)天敵沒(méi)有影響[12,17]。因此，轉(zhuǎn)基因棉花對(duì)棉蚜天敵的影響，以及整個(gè)轉(zhuǎn)基因?qū)γ尢锷鷳B(tài)系統(tǒng)的環(huán)境安全性評(píng)價(jià)還需更深入全面的研究。

另外，研究的供試棉蚜只飼養(yǎng)了1代，轉(zhuǎn)基因棉花對(duì)棉蚜的影響應(yīng)進(jìn)行多代的遺傳研究，從而可以更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因棉花對(duì)棉蚜生長(zhǎng)發(fā)育及繁殖力的影響。同時(shí)，活體植株直接飼養(yǎng)棉蚜，離體葉片飼養(yǎng)棉蚜，也有可能造成的不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使得結(jié)果可能也會(huì)有一定的差異。

4 結(jié) 論

轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)棉、轉(zhuǎn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉與其對(duì)照相比對(duì)棉蚜發(fā)育速度、蚜壽命、4齡若蚜體重、成蚜繁殖力均沒(méi)有顯著差異。兩種轉(zhuǎn)基因棉花對(duì)棉蚜生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖沒(méi)有不利影響。