轉(zhuǎn)Bt基因楊-棉農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)節(jié)肢動物群落的生態(tài)安全性研究.pdf

1、近年來,隨著國內(nèi)外轉(zhuǎn)基因楊、棉的先后研制成功,以其復(fù)合配置為特點的轉(zhuǎn)基因農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)即將在我國尤其是北方得到大力推廣,與單一的轉(zhuǎn)基因作物系統(tǒng)相比,該農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)綜合性、復(fù)雜性更高,亦更近自然界特征,應(yīng)用前景廣闊。因此,揭示該復(fù)合系統(tǒng)的生態(tài)安全性,尤其是對節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)、害蟲和天敵的生長發(fā)育及其種群數(shù)量消長等的影響,是我國乃至全球目前亟待研究和明確的重大熱點問題,且迄今未見相關(guān)報道。鑒于此,本研究采用群落生態(tài)學(xué)、統(tǒng)計生態(tài)學(xué)方法,結(jié)合室內(nèi)

2、生物學(xué)、形態(tài)學(xué)研究及酶聯(lián)免疫等技術(shù),系統(tǒng)調(diào)查和比較研究了4個農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)一非轉(zhuǎn)基因楊樹+非轉(zhuǎn)基因棉花(系統(tǒng)一—Ⅰ)、非轉(zhuǎn)基因楊樹+轉(zhuǎn)基因棉花(系統(tǒng)二—Ⅱ)、轉(zhuǎn)基因楊樹+非轉(zhuǎn)基因棉花(系統(tǒng)三—Ⅲ)、轉(zhuǎn)基因楊樹+轉(zhuǎn)基因棉花(系統(tǒng)四—Ⅳ)對節(jié)肢動物群落和害蟲、天敵亞群落物種組成、個體數(shù)量及其動態(tài)變化的影響,研究了轉(zhuǎn)基因楊樹、棉花對其中捕食性天敵優(yōu)勢種—異色瓢蟲生物學(xué)、形態(tài)學(xué)特征及其捕食行為的影響,以及該轉(zhuǎn)基因楊棉復(fù)合系統(tǒng)中Bt毒素蛋白在害蟲一

3、天敵二級營養(yǎng)層間的數(shù)量變化、轉(zhuǎn)移和富積效應(yīng)等,以期為明確轉(zhuǎn)基因楊棉復(fù)合系統(tǒng)的生態(tài)安全性及其未來的科學(xué)利用、大面積推廣提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)不同轉(zhuǎn)基因楊棉復(fù)合系統(tǒng)對節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)的影響
　　 調(diào)查發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中節(jié)肢動物物種豐度較系統(tǒng)Ⅰ有一定差異,分別下降6.00％、5.00%、9.00%;就個體數(shù)量而言,與Ⅰ相比,Ⅱ、Ⅲ分別增加26.36%、25.12%,Ⅳ下降10.34%。其中害蟲亞群落

4、的物種豐度由高到低依次為:Ⅰ(65)＞Ⅱ=Ⅲ(59)＞Ⅳ(57),其豐富度依次分別下降9.23%、12.30‰個體數(shù)量高低依次為;Ⅱ(7243)＞Ⅲ(7165)＞Ⅰ(5657)＞Ⅳ(5094),其中Ⅱ、Ⅲ分別增加28.04%、26.66%,Ⅳ下降9.95%。天敵亞群落的物種豐度由高到低依次為:Ⅲ(36)＞Ⅱ(35)＞Ⅰ=Ⅳ(34),各系統(tǒng)間物種豐度差異不明顯;個體數(shù)量依次為:Ⅰ(298)＞Ⅱ(282)＞Ⅲ(267)＞Ⅳ(245),分別下

5、降5.37%、4.03%、17.79%。
　　 各系統(tǒng)節(jié)肢動物群落的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)依次為:Ⅳ(2.9127和0.6246)＞Ⅰ(2.7534和0.5772)＞Ⅱ(2.6635和0.5656)＞Ⅲ(2.6327和0.5601),優(yōu)勢集中性指數(shù)依次為:Ⅱ(0.1516)＞Ⅲ(0.1480)＞Ⅰ(0.1199)＞Ⅳ(0.0918)。其中,害蟲亞群落的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)高低依次為:Ⅳ(2.4119和0.5966)＞Ⅰ(2.1

6、477和0.5145)＞Ⅱ(2.0926和0.5132)＞Ⅲ(2.0497和0.5027),優(yōu)勢集中性指數(shù)依次為:Ⅱ(0.2247)＞Ⅲ(0.2235)＞Ⅰ(0.1921)＞Ⅳ(0.1401);天敵亞群落的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)高低依次為:Ⅱ(3.3298和0.8347)＞Ⅰ(3.2762和0.8333)＞Ⅳ(3.1695和0.8326)＞Ⅲ(2.9329和0.7951),優(yōu)勢集中性指數(shù)分別為:Ⅲ(0.0708)＞Ⅳ(0.0672)＞Ⅱ

7、(0.0629)＞Ⅰ(0.0574)。
　　 四個系統(tǒng)中,各兩個系統(tǒng)間節(jié)肢動物群落、食葉害蟲類群、刺吸害蟲類群、捕食性天敵類群的相似性系數(shù)均在0.50-0.75,處于中等相似水平。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ間寄生性天敵的相似性系數(shù)在0.75-1.00,處于極相似水平,Ⅰ與Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ間的相似性系數(shù)在0.50-0.75,處于中等相似水平。
　　 從四個系統(tǒng)節(jié)肢動物群落物種數(shù)及其個體數(shù)量消長動態(tài)來看,棉花生長前期各系統(tǒng)節(jié)肢動物群落物種數(shù)均較少

8、,6月中旬麥?zhǔn)蘸?呈逐漸上升趨勢;棉花生長中期,各系統(tǒng)節(jié)肢動物群落物種數(shù)下降,8月16號開始逐漸增多:棉花生長后期,各系統(tǒng)節(jié)肢動物群落物種數(shù)未出現(xiàn)下降趨勢。害蟲、天敵亞群落物種數(shù),僅在棉花吐絮后期呈逐漸上升趨勢,其他時期物種數(shù)較少且波動較小。就個體數(shù)量而言,在棉花生長中期Ⅰ與Ⅱ、Ⅲ與Ⅳ的節(jié)肢動物群落個體數(shù)量變化基本一致,Ⅰ、Ⅱ在7月20號出現(xiàn)峰值,Ⅲ、Ⅳ個體數(shù)量與Ⅰ、Ⅱ相差不多,Ⅰ、Ⅱ在8月2號均處于低谷,Ⅲ、Ⅳ的個體數(shù)均達(dá)到最高,Ⅰ、

9、Ⅱ和Ⅲ、Ⅳ間差異較大:在棉花生長后期,Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的個體數(shù)變化趨勢基本一致,但Ⅱ的個體數(shù)量較其他3個系統(tǒng)高。害蟲亞群落個體數(shù)量的變化與節(jié)肢動物群落個體數(shù)量變化趨勢相似。天敵亞群落的個體數(shù)量在棉花生長前期和中期較少,后期較多。
　　 隨著田間棉花和楊樹的生長進(jìn)程,4個系統(tǒng)間節(jié)肢動物群落、害蟲和天敵亞群落的多樣性指數(shù)的變化趨勢均基本一致。
　　 綜上表明,與Ⅰ相比,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中節(jié)肢動物群落物種豐度及其個體數(shù)均較低,4個系統(tǒng)間的

10、物種豐度、個體數(shù)量、群落多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)差異均不明顯,群落相似性較高。初步表明轉(zhuǎn)Bt基因楊棉復(fù)合系統(tǒng)對節(jié)肢動物群落影響不明顯。
　　 (2)轉(zhuǎn)基因楊樹、棉花對異色瓢蟲生物學(xué)、形態(tài)指標(biāo)及其捕食功能的影響
　　 試驗研究發(fā)現(xiàn),分別飼食轉(zhuǎn)基因楊上白楊毛蚜(Chaitophorus populeti)和轉(zhuǎn)基因棉上棉蚜(Aphs gossypii)的異色瓢蟲發(fā)育歷期(幼蟲期+蛹期)依次為14.86、15.23d,產(chǎn)卵量分別為

11、552.3、517.0粒,孵化率依次為91.50、92.99%,幼蟲死亡率分別為11.40、9.50%,蛹重依次為0.4604、0.4931g,折翅率分別為7.62、5.98%,成蟲性比(雌:雄)依次為1.23:1、1.12:1,與飼食非轉(zhuǎn)基因楊、棉同種蚜蟲的相比,各項數(shù)值的差異均不顯著(P＜0.05)。
　　 與飼食非轉(zhuǎn)基因楊上白楊毛蚜的異色瓢蟲相比,飼食轉(zhuǎn)基因楊上白楊毛蚜的異色瓢蟲各齡期幼蟲的體長、體寬差異不顯著(P＜0.0

12、5)。與飼食非轉(zhuǎn)基因棉花上棉蚜的異色瓢蟲相比,飼食轉(zhuǎn)基因棉花上棉蚜的1、2齡異色瓢蟲小幼蟲的體長依次縮短0.30mm和0.27mm,差異顯著,體寬差異不顯著;3齡幼蟲體長差異不顯著,體寬縮短0.22mm,差異顯著(P＜0.05);4齡大幼蟲體長差異不顯著,體寬增加0.15mm,差異顯著(P＜0.05)。
　　 飼食白楊毛蚜(分別采自轉(zhuǎn)基因楊和非轉(zhuǎn)基因楊)和棉蚜(分別采自轉(zhuǎn)基因棉和非轉(zhuǎn)基因棉)的異色瓢蟲各蟲齡、蟲態(tài)的捕食功能曲線均

13、符合HollingⅡ型模型。其1、3齡幼蟲的日最大捕食量依次均達(dá)30頭、200頭以上,4齡幼蟲及其雌雄成蟲均達(dá)400頭以上,其中飼喂轉(zhuǎn)基因棉上棉蚜和轉(zhuǎn)基因楊上白楊毛蚜的1、3、4齡幼蟲及其雌雄成蟲的日最大捕食量均略小,但其瞬時攻擊率和對獵物處理時間差異均不明顯。
　　 綜上表明,分別與非轉(zhuǎn)基因楊樹、棉花相比,轉(zhuǎn)基因楊樹與轉(zhuǎn)基因棉花對害蟲優(yōu)勢天敵一異色瓢蟲的生長發(fā)育和繁殖影響不顯著;轉(zhuǎn)基因楊樹對異色瓢蟲各齡幼蟲的體長、體寬等形態(tài)指

14、標(biāo)的生長量影響不顯著,但轉(zhuǎn)基因棉花對其各齡幼蟲的體長、體寬等形態(tài)指標(biāo)生長量影響顯著;轉(zhuǎn)基因楊樹、棉花對異色瓢蟲的捕食功能影響不明顯。初步表明轉(zhuǎn)Bt基因楊棉復(fù)合系統(tǒng)對害蟲優(yōu)勢天敵—異色瓢蟲的生長發(fā)育、繁殖及其控害能力影響不明顯。
　　 (3)轉(zhuǎn)基因楊棉復(fù)合系統(tǒng)對非靶標(biāo)害蟲一天敵食物鏈中Bt毒素蛋白含:量變化、轉(zhuǎn)移和富集效應(yīng)的影響
　　 研究發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的非靶標(biāo)害蟲—楊蚜、棉蚜(均為無翅成蚜)和優(yōu)勢天敵一龜紋瓢蟲、

15、異色瓢蟲成蟲體內(nèi)均未檢測劍Bt毒素蛋白,僅測得系統(tǒng)Ⅳ中龜紋瓢蟲成蟲體內(nèi)含有6.6ng/g的Bt毒素蛋白。
　　 綜上初步表明,轉(zhuǎn)基因楊棉復(fù)合系統(tǒng)難以經(jīng)由Bt毒素蛋白含量在非靶標(biāo)害蟲一天敵食物鏈中轉(zhuǎn)移、富集對非靶標(biāo)害蟲和優(yōu)勢天敵產(chǎn)生不利影響。
　　 目前,單一轉(zhuǎn)基因作物生態(tài)安全性仍存爭議,值得繼續(xù)深入研究。在此背景下,本文系統(tǒng)調(diào)查研究了綜合性和復(fù)雜性更強,亦更近自然界特征的轉(zhuǎn)Bt基因楊棉復(fù)合系統(tǒng)的生態(tài)安全性,視角新穎,立題