轉基因作物對蜜蜂的影響

轉基因作物對蜜蜂的影響

轉基因作物在世界范圍內越來越多的被種植，但是有關轉基因作物對蜜蜂以及其他傳粉者的影響持續受到關注。轉基因植物可能對蜜蜂產生直接或間接的影響。直接影響可能是指當蜜蜂攝入了轉基因編碼的蛋白質后所產生的影響。如果將轉基因植入植物的過程導致植物表型發生不經意的變化，間接影響可能會發生。如果轉基因產物（蛋白質）存在于轉基因植物的花粉、花蜜或樹脂中，對蜜蜂的直接影響可能會發生。這些影響將取決于轉基因產物的性質以及被蜜蜂消耗的產物數量。

對純化的轉基因產物進行毒性測驗通常是評估轉基因作物對蜜蜂的風險的第一步。蜜蜂可能以兩種不同的方式受到轉基因植物的影響。第一，直接攝入花粉或花蜜中的基因產物可能對蜜蜂產生影響，由于花蜜只含有少量的氨基酸——蛋白質的基石，它攜帶基因產物的可能性遠遠比不上含有大量蛋白質組分的花粉。由于蜜蜂的社會性質，由采集蜂采集的轉基因花粉可能被存儲在蜂巢中，隨后被成年蜜蜂和大幼蟲攝入。第二，外源基因的表達可能對轉基因植物產生多重影響，使得它們或多或少對蜜蜂有吸引力或者有營養。Picard-Nizou等（1995）發現一些攜帶幾丁質酶基因的轉基因油菜，與非轉基因油菜相比，產出更多量的并且蔗糖含量更高的花蜜。由于蜜蜂這樣的傳粉昆蟲行為依靠一系列復雜的感官反應，植物生物化學的細微變化都有可能改變蜜蜂行為。

早期的研究只是探討單一轉基因蛋白或者表達單一轉基因蛋白的轉基因植物對蜜蜂的影響。然而，較新的作物品種經常表達兩個或更多的轉基因蛋白。

早期商業化的轉基因作物含有與蘇云金芽孢桿菌分離的Bt基因，蘇云金芽孢桿菌是一種能產生一系列昆蟲特異性毒性蛋白質（Cry1Ac，Cry1Ab，Cry1Ba，Cry9C，Cry3A，Cry3B，Cry1F等）的土壤細菌。不同株蘇云金芽孢桿菌產生不同的毒素。通常每一種毒素都具體到昆蟲的一個特定的目，編碼針對鱗翅目（蛾幼蟲）、雙翅目（蒼蠅）或者鞘翅目（甲蟲）昆蟲活動的毒素的Bt基因已被分離。蘇云金芽孢桿菌已被應用于生物農藥制劑多年，由于膜翅目昆蟲（蜜蜂、胡蜂、螞蟻）活動的缺乏保證了蜜蜂良好的安全記錄，有人認為，抗蟲作物產生的Bt蛋白質可能促使蜜蜂豐富度的下降。

蜜蜂最有可能通過花粉受到來自轉基因植物的殺蟲蛋白的影響。評估這種狀況對蜜蜂的影響是轉Bt基因玉米風險評估過程中不可缺少的一部分。有人曾進行田間試驗來評估轉Bt Cry1Ah基因玉米對蜜蜂的影響。蜜蜂蜂群在開花期被移動到Bt或者非Bt玉米田，然后采樣記錄它們的存活率、發展狀況和蜜蜂行為。被放置在非Bt玉米田的蜂群和被放置在Bt玉米田的蜂群，在未成熟期，工蜂存活率、蜜蜂體重、咽下腺重量、蜂群性能、采集活動或者嗅覺學習能力等方面沒有檢測到差異。他們得出結論，Cry1Ah玉米對蜜蜂的存活率、發展、蜂群性能或行為沒有產生風險。

為評估來自Bt源基因的CryⅢB蛋白對蜜蜂的可能危害，該毒素被拌在補充糖漿中供給蜂群。使用兩種不同的毒素濃度，大約分別是轉Bt基因植物花粉中預期蛋白質含量的400倍、2000倍。每周都會對蜂巢進行采樣，記錄幼蟲存活率和蛹的干重。在實驗開始和結束時對巢脾進行計數，作為蜂群群勢的一個指標。未觀察到對幼蟲的毒性作用，蛹重沒有受到飲食規則的顯著影響。這些結果表明產生CryⅢB毒素的轉基因作物可能相當于適宜傳粉者生存的一種環境。

實驗室飼喂研究得出，用表達Cry1Ab的甜玉米花粉飼喂蜜蜂35天后，對蜜蜂的體重和存活率沒有產生影響。田間研究發現，在甜玉米地里覓食的蜂群，取食Bt花粉餅28天后，蜜蜂的體重、采集活動和蜂群性能沒有受到不利影響。繁蜂沒有受到Bt花粉的影響，但是與陽性殺蟲劑對照組相比，其育蟲受到顯著限制。

Ramirez-Romero等（2008）評估了兩種濃度的Cry 1Ab蛋白（3 ppb和5000 ppb）對幼蜂的潛在影響。他們評估了Cry1Ab對三個主要生命特征的影響：亞慢性暴露在Cry1Ab環境中的蜜蜂存活率、飼喂行為以及采集蜂的學習能力，使用口吻屈伸反射（PER）來測試蜜蜂的記憶。使用化學殺蟲劑吡蟲啉也進行了同樣的測試，以作為一個陽性參照。測試的Cry1Ab蛋白濃度并沒有對蜜蜂造成致命影響。然而，當暴露在最高濃度的Cry1Ab蛋白環境中時，蜜蜂的飼喂行為受到影響，蜜蜂需要花費更長的時間吸入受污染的糖漿。Cry1Ab蛋白濃度為5000 ppb時，蜜蜂的學習能力也被打亂，即使在缺少食物獎勵的情況下，蜜蜂持續對一種習慣的氣味做出反應。這些結果表明，表達Cry1Ab蛋白濃度在5000 ppb水平的轉基因作物可能影響食物消耗或者學習過程，因而可能影響蜜蜂的采集效率。然而，考慮到自然條件下預期的最大劑量（蜂巢內潛在最大的積聚量）和觀察到的劑量效應（5000 ppb）之間的差異，他們得出結論，Cry1Ab蛋白對采集行為的負面影響在自然條件下是不可能發生的。

沒有證據表明，向Bt作物的轉變傷害了美國的蜜蜂蜂群。正相反，它通過降低殺蟲劑在受Bt保護的作物（尤其是玉米和棉花）上的應用頻率，而使養蜂受益。另一方面，向抗除草劑轉基因作物的轉變已經消除了田間邊界、灌溉溝渠以及農田里的很多開花植物。

有學者進行了一項為期兩年的田間試驗（2001年和2002年）和一項一年期的半田間試驗（2002年），來評估轉基因抗除草劑油菜甘藍型油菜花粉對工蜂幼蟲和成蟲的影響。在田間試驗過程中，蜂群在開花期被移動到轉基因或非轉基因油菜田（每塊至少99英畝），然后采樣記錄幼蟲的存活率、成年蜂的恢復狀況、蛹重量和血淋巴蛋白濃度。被放置在非轉基因油菜田的蜂群和那些被放置在轉基因油菜田的蜂群，在幼蟲存活率、成年蜂恢復和蛹重量這些方面沒有檢測到差異。在2002年的田間試驗中，被放置在轉基因油菜田的蜂群，與那些被放置在非轉基因油菜田的蜂群相比，其新出房的蜜蜂中的血淋巴蛋白濃度顯著較高。然而，這種差異在2001年的田間試驗中沒有發現。在半田間試驗中，蜜蜂幼蟲被人工飼喂蜜蜂采集的轉基因和非轉基因油菜花粉，并回歸到它們最初的蜂群。測算幼蟲的存活率、蛹的存活率、蛹重和新出房的成蟲中的血淋巴蛋白濃度。被飼喂轉基因油菜花粉的幼蟲和被飼喂非轉基因玉米花粉的幼蟲，在測算的任何一個參數方面都不存在顯著差異。這項研究的結果表明，轉基因油菜花粉沒有對蜜蜂發育產生不利影響，轉基因油菜的使用不會對蜜蜂構成任何威脅。

蛋白酶抑制劑是在幾種轉基因植物中表達的另一組殺蟲蛋白。當用一些高劑量的純化的蛋白酶抑制劑飼喂蜜蜂時，蜜蜂成蟲和蜜蜂幼蟲的壽命都會縮短。比如，將Kunitz型大豆胰蛋白酶抑制劑（SBTI）通過人工飼料方式飼喂給幼蟲（胰蛋白酶抑制劑含量占總蛋白含量的1%），與取食對照飼料的幼蟲相比，其發育遲緩并且死亡率增加。由于花粉只是蜜蜂幼蟲的自然食物中的一個組成部分，這一濃度可能高于蜜蜂幼蟲暴露在轉基因作物表達的環境中的濃度。用濃度大約是這些蛋白質有效表達水平4倍的大豆胰蛋白酶抑制劑和其他蛋白酶抑制劑飼喂蜜蜂成蟲，其壽命也被縮短。在一些取食蛋白酶抑制劑的蜜蜂中也觀察到行為變化。在有條件的口吻屈伸試驗中，添加到獎勵飼喂糖漿中的豇豆胰蛋白酶抑制劑降低了成年蜂的學習反應能力。

編碼幾丁質降解酶的基因也被從一些生物源中分離出來。由于幾丁質是真菌和昆蟲的重要結構成分，幾丁質酶基因已被轉入植物體內，以保護植物免受真菌感染和蟲害。和其他昆蟲一樣，幾丁質是蜜蜂體表（外骨骼）的一個重要組分。因此，蜜蜂可能在攝取轉基因植物表達的幾丁質酶后受到影響。10日齡的成年蜜蜂取食含一定量的從番茄中純化的幾丁質酶（每只蜜蜂11 μg）的糖溶液，對其進行急性毒性試驗，結果表明24小時或48小時后，這一轉基因產物對蜜蜂存活率沒有產生顯著影響。被注射1.69 μg幾丁質酶的蜜蜂也同樣未受到影響。

生物素結合蛋白（BBP）是一組近來在轉基因植物中表達的、較鮮為人知的殺蟲蛋白。取食濃度超過現實暴露水平的抗生物素蛋白，成年蜜蜂和幼蟲都沒有受到這種BBP的影響。Brodsgaard等（2003）認為轉基因植物表達的、被成年蜂攝取的一些蛋白質可能完好的通過腸上皮細胞，被運輸到咽下腺，隨著王漿被分泌出來，喂給幼蟲，這將會增加對轉基因蜜蜂幼蟲產物的潛在威脅。Malone等（2004）沒有發現抑肽酶（一種胰蛋白酶抑制劑）、抗生物素蛋白（BBP）或者Cry1Ba完好的通過蜜蜂的腸上皮細胞并在咽下腺積聚的證據。這表明這些蛋白極不可能通過分泌的王漿而被傳遞給蜜蜂幼蟲。如果轉基因產物是在花粉中得到表達的，將花粉直接飼喂給幼蟲是目前為止最有可能使其暴露在轉基因產物環境里的路徑。

李瑞珍 編譯