轉基因抗蟲棉對土壤無脊椎動物群落的影響

舒洪嵐

摘要：選擇連續種植傳統非轉基因棉、５年連續種植轉基因抗蟲棉和１０年連續種植轉基因抗蟲棉的棉田為研究對象，調查了土壤０～２０ ｃｍ的小型無脊椎動物的群落組成和多樣性變化。結果表明，與種植傳統非轉基因棉相比，種植轉基因抗蟲棉對土壤小型無脊椎動物的種類和數量等沒有顯著性差異，但減少了雙翅目的優勢種群。種植５年轉基因抗蟲棉會降低土壤無脊椎動物的Ｓｉｍｐｓｏｎ指數、Ｓｈａｎｎｏｎ－Wｉｅｎｅｒ多樣性指數和Ｐｉｅｌｏｕ均勻度。

關鍵詞：轉基因抗蟲棉；土壤無脊椎動物；群落多樣性

中圖分類號：Ｓ１５４．１文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）15－3226-04

Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ Pｅｓｔ-Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｃｏｔｔｏｎ ｏｎ Ｓｏｉｌ Ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ

ＳＨＵ Ｈｏｎｇ－ｌａｎ

（Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ ａｎｄ Ｆｉｎａｎｃｅ， Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００３２， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Tｒａｄｉｔｉｏｎａｌ （ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ） ｃｏｔｔｏｎ， ５ｔｈ ｙｅａｒ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ－ｐｅｓｔ ｃｏｔｔｏｎ ａｎｄ １０ｔｈ ｙｅａｒ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ were selected to ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔ ｔｈｅ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｏｉｌ ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ ｉｎ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ０～２０ ｃｍ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ was ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓｍａｌｌ ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｏｔｔｏｎ， ｂｕｔ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ ｄｅｃｒｅａｓｅd ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｄｉｐｔｅｒａ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ５ｔｈ ｙｅａｒ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ Ｓｉｍｐｓｏｎ， Ｓｈａｎｎｏｎ－Wｉｅｎｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ iｎｄｅｘｅｓ ａｎｄ pｉｅｌｏｕ ｅｖｅｎｎｅｓｓ iｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｓｍａｌｌ ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｏｔｔｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ； ｓｏｉｌ ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ； ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ

轉基因抗蟲棉給人類帶來經濟效益的同時，也存在生物安全性問題。轉基因抗蟲棉的外源基因可來自植物、動物或微生物，例如轉Ｂｔ基因棉花中的外源基因來自于微生物。這些可能出現的新組合、新性狀是否會改變原有的生態環境，并影響到生態系統的穩定性，已引起各方面的極大關注［１］。轉基因抗蟲棉的抗蟲基因表達蛋白進入土壤生態系統后，可以進入昆蟲（包括靶標害蟲和非靶標害蟲）體內后被降解［２］，但也會改變土壤的特異生物功能類群以及土壤的生物多樣性。

依托中國農業科學院棉花研究所的長期田間試驗，筆者研究了轉基因抗蟲棉對土壤無脊椎動物群落的影響，以期為轉基因抗蟲棉對土壤生態系統的生物安全性評價提供參考。

１材料與方法

１．１田間土壤無脊椎動物調查

試驗地位于河南省安陽市白璧鎮的中國農業科學院棉花研究所老棉花農場（東經１１６°２２′，北緯３６°0７′）。土壤質地為沙壤土。棉田設３個處理：Ａ．５年連續種植轉基因抗蟲棉農田（簡稱５年抗蟲棉田）；Ｂ．１０年連續種植轉基因抗蟲棉農田（簡稱１０年抗蟲棉田）；Ｃ．連續種植非轉基因棉農田（常規棉田）。棉田種植情況見表１，每個處理３次重復，棉花種植和管理按一般大田棉花常規進行。分別于２００５年１１月１３日（棉花采集后期）、２００６年４月３日（棉花苗移栽前期）、２００６年７月１７日（棉花開花期）和２００６年１０月１６日（棉花大量采集期）采集土壤樣品。每次按對角線５點取樣法在單位面積２５ ｃｍ×２５ ｃｍ內，采集０～２０ ｃｍ的土壤表層樣品５００ ｇ，并用Ｔｕｌｌｇｒｅｎ法收集土壤無脊椎動物標本。

１．２土壤動物的鑒定和多樣性分析

將收集得到的土壤動物置于純乙醇中保存，參照文獻［３］進行分類定名。動物分類一般鑒定到“綱”或者“目”。采用幼蟲和成蟲綜合的方式統計土壤動物數量，并對各個樣方進行群落多樣性分析［４］。

種群數量等級的劃分：根據各個種群的個體數量與群落總個體數量的比值Ｐｉ的大小確定，優勢類群的Ｐｉ≥１０％，常見類群為１％≤Ｐｉ＜１0％，Ｐｉ＜１％為稀有類群［５］。

群落多樣性分析：運用Ｓｉｍｐｓｏｎ多樣性指數、Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多樣性指數與Ｐｉｅｌｏｕ均勻度指數等相結合，說明土壤動物群落的多樣性水平。

１）Ｓｉｍｐｓｏｎ多樣性指數（Ｄ）：它是對集中度的度量，是多樣性的反面。計算公式：

Ｄ＝１－■Pi2

其中Pi為第ｉ種占總個體數的比例，Ｓ為豐富度，即群落所包含的物種數。

２）Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多樣性指數（Ｈ）：它表明群落中生物種類增多，群落的復雜程度增高，群落中所包含的信息量越多。計算公式：

Ｈ＝-■PilnPi

３）Ｐｉｅｌｏｕ均勻度指數（Ｊ）：用Ｐｉｅｌｏｕ的實測多樣性與最大多樣性（在給定物種數Ｓ下完全均勻群落的多樣性）之比率。計算公式：Ｊ=H/lnＳ。

２結果與分析

２．１棉田土壤無脊椎動物群落組成和變化

在棉田土壤動物調查中，所收集的土壤動物種類隸屬于２門６綱8個類群（表２）。

棉田土壤無脊椎動物群落組成和變化如表３。從表３中可以看出，處理間的３個優勢種彈尾目、后孔寡毛目和蜱螨目平均數量沒有顯著差異。但是，常規棉田的優勢種有雙翅目，而抗蟲棉棉田沒有。說明轉基因抗蟲棉對土壤無脊椎動物的種類和數量的影響沒有達到顯著差異，但對土壤小型無脊椎動物的優勢種群有所影響。而杜社裕等［６］研究表明，轉基因抗蟲棉田（蘇抗３１０）土壤主要無脊椎動物數量少于非轉基因棉田（泗棉3號），并說明其原因是蘇抗３１０的根系分泌物對主要土壤無脊椎動物的數量產生了影響，使之產生了規避性，降低了其在根系周圍的數量，進而影響了土壤無脊椎動物的群落穩定性。與本實驗結果的差異可能是所試轉基因棉品種不同所致，但具體原因還有待將來進一步研究。

２．２群落多樣性變化

棉田土壤動物群落多樣性指數變化如圖１。從圖１種群數曲線中可以看出３個處理間的總種數變化趨勢一致，下降后都趨于平穩。其中在棉花采集后期（１１－１３），５年抗蟲棉田的總種數最多，為９；在棉花大量采集期（１０－１６），常規棉田的總種數最多，為６。Ｓｉｍｐｓｏｎ指數曲線、Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多樣性指數曲線和Ｐｉｅｌｏｕ均勻度指數曲線（圖1）表明，１０年抗蟲棉田和常規棉田的指數曲線幾乎完全吻合，５年抗蟲棉田的３個指數比它們略低，但３個處理的指數變化趨勢幾乎一致。說明短期種植轉基因抗蟲棉會降低土壤無脊椎動物多樣性指數和均勻度指數，其原因可能是土壤無脊椎動物對種植轉基因抗蟲棉需要一定的適應過程。

３結論

與種植常規棉相比，種植轉基因抗蟲棉對土壤小型無脊椎動物的種類和數量等沒有顯著性差異，但減少了土壤小型無脊椎動物優勢種的數量；種植５年轉基因抗蟲棉會降低土壤無脊椎動物的Ｓｉｍｐｓｏｎ指數、Ｓｈａｎｎｏｎ－Wｉｅｎｅｒ多樣性指數和Ｐｉｅｌｏｕ均勻度指數，但種植１０年轉基因抗蟲棉對土壤小型無脊椎動物的多樣性指數和均勻度指數沒有顯著的影響。

參考文獻：

［１］ 白耀宇，蔣明星，程家安，等．轉Ｂｔ基因作物Ｂｔ毒蛋白在土壤中的安全性研究［Ｊ］．應用生態學報，２００３，１４（１１）：２０６２－２０６６．

［２］ ＫＯＳＫＥＬＬＡ Ｊ， ＳＴＯＴＺＫＹ Ｇ． Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｅ ａｎｄ ｃｌａｙ－ｂｏｕｎｄ ｉｎｓｅｃｔｉｃｉｄａｌ ｔｏｘｉｎｓ ｆｒｏｍ Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｓｅｃｔｉｃｉｄａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｆｔｅｒ ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｍｉｃｒｏｂｅｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，１９９７，６３（９）：３５６１－３５６８．

［３］ 尹文英．中國土壤動物檢索圖鑒［Ｍ］．北京：科學出版社，１９９８． ５２７－５６２．

［４］ ＭＡＧＵＲＲＡＮ Ａ． Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ［Ｍ］． Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ：Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９８８．８６－９７．

［５］ 殷秀琴，王海霞，周道瑋．松嫩草原區不同農業生態系統土壤動物群落特征［Ｊ］．生態學報，２００３，２３（６）：１０７１－１０７８．

［６］ 林社裕，梁建生，陳云．轉Ｂｔ基因棉對土壤無脊椎動物影響研究［Ｊ］．南通醫學院學報，２００４，２４（４）：３７７－３７８．