抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆對田間節(jié)肢動物群落多樣性的影響

李凡等

摘要：采用直接觀察法調(diào)查了大豆田間節(jié)肢動物群落的多樣性，分析比較了節(jié)肢動物群落、天敵亞群落和害蟲亞群落的多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)、優(yōu)勢集中性指數(shù)，研究了抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆對田間節(jié)肢動物群落多樣性的影響。結(jié)果表明，在大豆生長期間，抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆與受體大豆間各指數(shù)均無顯著性差異。因此，轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆對田間節(jié)肢動物群落多樣性無明顯影響。

關(guān)鍵詞：抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆；節(jié)肢動物群落；多樣性

中圖分類號：Q958.12+2.5文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2013）07-0083-04

大豆是我國傳統(tǒng)的糧食油料兼用作物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。隨著基因工程技術(shù)的飛速發(fā)展，全球轉(zhuǎn)基因植物的種植面積越來越大，尤其是抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆的發(fā)展最為迅速^[1]。1996年孟山都公司推出的抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆首先獲準(zhǔn)在美國推廣種植^[2]，至2011年全球抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆的種植面達(dá)到了7 540萬公頃^[3]。目前我國尚未批準(zhǔn)商品化種植轉(zhuǎn)基因大豆，但是用于原料加工的進(jìn)口轉(zhuǎn)基因大豆量正逐年增加，至2009年進(jìn)口量超過國產(chǎn)大豆總量，突破4 255萬噸^[4]。雖然抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆的種植能夠減少除草劑的使用總量，降低環(huán)境污染，節(jié)約勞動成本，但是其生態(tài)安全性問題仍然備受爭議，其中對環(huán)境生物多樣性的影響就是安全評價的重要內(nèi)容之一。本研究的目的就是通過分析抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆對田間節(jié)肢動物群落多樣性的影響，為轉(zhuǎn)基因大豆的環(huán)境安全性評價提供科學(xué)參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試品種：抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆HRS、受體大豆RS、普通栽培大豆品種中黃13，由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供。

1.2試驗地點

試驗地點設(shè)在農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)基因植物環(huán)境安全監(jiān)督檢驗測試中心（濟(jì)南）試驗基地，位于東經(jīng)117°5′27.42″，北緯 36°42′59.58″，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.7℃，年平均降水量671.1 mm，年無霜期235天。試驗田地勢平坦，土壤為中性壤土，肥力中等；前茬作物為蔬菜，試驗地四周有2.5 m高的隔離圍墻，周圍1 000 m范圍內(nèi)無其他大豆種植。

1.3試驗方法

試驗設(shè)3個處理，處理1：抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆HRS；處理2：受體大豆RS；處理3：普通栽培大豆品種中黃13。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，重復(fù)4次，小區(qū)面積為150 m2，小區(qū)間設(shè)有2 m寬隔離帶。

2011年5月24日播種，人工撒播，播種深度3～4 cm，播種量10～12 g/m2，行距60 cm，株距5～6 cm。按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培模式進(jìn)行管理，全生育期田間管理除必要的農(nóng)事操作（如鋤草、澆水）外，不噴施農(nóng)藥，以減少人為影響，保證大豆植株正常生長。

1.4調(diào)查方法

從定苗到成熟，每10天調(diào)查1次。每小區(qū)采用對角線5點取樣，每點系統(tǒng)調(diào)查相鄰的20株大豆上各種節(jié)肢動物的種類和數(shù)量。

1.5數(shù)據(jù)分析方法

統(tǒng)計分析各個調(diào)查時期不同群落（節(jié)肢動物群落、害蟲亞群落和天敵亞群落）的結(jié)構(gòu)與組成，計算出3個處理各時期各群落的多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)和優(yōu)勢集中性指數(shù)。計算公式如下：

多樣性指數(shù)H=–∑Si=1PilnPi

均勻性指數(shù)J=H/lnS

優(yōu)勢集中性指數(shù) C=∑Si=1（Ni/N）2

式中：Pi=Ni/N，Ni為第i個物種的個體數(shù)，N為群落中所有物種的總個體數(shù)，S為群落中物種數(shù)。

利用Excel 2003和DPS統(tǒng)計軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，用Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1對大豆田節(jié)肢動物群落多樣性的影響分析

在大豆生長期，3個大豆品種的田間節(jié)肢動物群落的多樣性指數(shù)（圖1）、均勻性指數(shù)（圖2）以及優(yōu)勢集中性指數(shù)（圖3）的變化趨勢均基本一致。3個大豆品種的多樣性指數(shù)和均勻性指數(shù)動態(tài)均呈現(xiàn)先升后降的趨勢，而優(yōu)勢集中性指數(shù)動態(tài)變化趨勢剛好相反，呈先下降后上升態(tài)勢。在大豆生長早期，田間節(jié)肢動物種類較少，多樣性指數(shù)和均勻性指數(shù)較低，而優(yōu)勢集中性指數(shù)較高。在6月下旬～7月下旬大豆的生長旺盛期，田間節(jié)肢動物種類較多，多樣性指數(shù)較高，均在1.2以上；均勻性指數(shù)也較高，均在0.5以上；而優(yōu)勢集中性指數(shù)較低，均在0.5以下。進(jìn)入9月份隨著大豆生長期的結(jié)束，節(jié)肢動物種類逐漸減少，多樣性指數(shù)和均勻性指數(shù)逐步降低，而優(yōu)勢集中性指數(shù)升高。

在各個調(diào)查時期，分別對3個處理田間節(jié)肢動物群落的生物多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)和優(yōu)勢集中性指數(shù)進(jìn)行差異顯著性分析，結(jié)果表明整個調(diào)查期間，轉(zhuǎn)基因大豆HRS與受體大豆RS、普通栽培大豆中黃13之間各指數(shù)均無顯著性差異，說明抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆HRS對田間節(jié)肢動物群落多樣性沒有明顯影響。

2.2對大豆田天敵亞群落多樣性的影響分析

由圖4～圖6可以看出，在大豆整個生長期，3個大豆品種田間天敵亞群落的多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)以及優(yōu)勢集中性指數(shù)的大體趨勢是一致的。3個處理的多樣性指數(shù)在大豆生長早期均較低，在生長中期較高（在0.8～1.2之間）且趨于穩(wěn)定，生長后期又有所下降；均勻性指數(shù)隨時間的推移呈先升后降的趨勢，而優(yōu)勢集中性指數(shù)呈先降后升的態(tài)勢，這主要是由于大豆田間苗期和成熟期天敵物種數(shù)較少。在各個調(diào)查時期，分別分析比較各處理田間天敵亞群落的多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)和優(yōu)勢集中性指數(shù)，結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因大豆HRS與受體大豆RS、普通栽培大豆中黃13之間各指數(shù)均差異不顯著，說明抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆HRS對田間天敵亞群落多樣性沒有明顯影響。

2.3對大豆田害蟲亞群落多樣性的影響分析

通過調(diào)查分析大豆田間害蟲亞群落發(fā)現(xiàn)，3個處理的多樣性指數(shù)（圖7）、均勻性指數(shù)（圖8）以及優(yōu)勢集中性指數(shù)（圖9）在整個生長期間的變化趨勢也基本一致。3個大豆品種的害蟲亞群落的多樣性指數(shù)動態(tài)均表現(xiàn)為先升后降，在6月下旬～7月間達(dá)到高峰；均勻性指數(shù)的總體趨勢是大豆生長中期比早期和晚期都要高，這主要是由于生長中期田間的害蟲種類較多。而優(yōu)勢集中性指數(shù)呈先降后升的態(tài)勢，生長早期和后期調(diào)查的害蟲物種數(shù)較少，優(yōu)勢集中性指數(shù)較高，隨著大豆生長旺盛期田間害蟲種類增多優(yōu)勢集中性指數(shù)降低。

在各個調(diào)查時期，分別對3個大豆品種田間害蟲亞群落的多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)和優(yōu)勢集中性指數(shù)進(jìn)行分析比較，結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因大豆HRS與受體大豆RS、普通栽培大豆中黃13之間各指數(shù)均無顯著性差異，說明抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆HRS對田間害蟲亞群落多樣性也沒有明顯影響。

3討論

本試驗通過對大豆田間主要節(jié)肢動物群落的定期調(diào)查，發(fā)現(xiàn)豆田主要害蟲有蚜蟲、粉虱、灰飛虱、葉蟬、薊馬等，主要天敵有瓢蟲、花蝽、獵蝽、草蛉、蜘蛛等。抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆田間害蟲和天敵的發(fā)生種類、數(shù)量與受體大豆之間沒有明顯差異，這與吳奇等（2007）^[5]對豆田主要害蟲的調(diào)查結(jié)果基本一致。

轉(zhuǎn)基因作物的生態(tài)安全性問題是目前國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。劉志誠^[6，7]對轉(zhuǎn)Bt基因水稻的研究顯示，Bt水稻對稻田節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)無明顯的負(fù)面影響。吳奇等（2008）^[8]通過直接觀察法和吸蟲器法對抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆AG5601以及張卓等（2011）^[9]采用直接觀察法對轉(zhuǎn)基因耐草甘膦大豆呼交03-263和06-698的研究都表明轉(zhuǎn)基因大豆對豆田節(jié)肢動物群落無明顯影響。McPherson等（2003）^[10]的研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因耐除草劑大豆對昆蟲群落的影響較小。Jasinski等（2003）^[11]的研究也表明轉(zhuǎn)基因大豆對非靶標(biāo)節(jié)肢動物群落沒有影響。本文通過對大豆田間節(jié)肢動物群落、天敵亞群落以及害蟲亞群落的主要參數(shù)（多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)、優(yōu)勢集中性指數(shù)）的分析比較，表明轉(zhuǎn)基因大豆與受體品種間各參數(shù)均無顯著性差異，這與前人的研究結(jié)果基本一致^[8，9]，說明轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆對田間節(jié)肢動物群落多樣性沒有明顯影響。

隨著國內(nèi)對進(jìn)口轉(zhuǎn)基因大豆需求量的不斷擴(kuò)大，中國作為大豆的原產(chǎn)地和品種多樣性的集中地，更應(yīng)該加強(qiáng)對大豆品種資源的保護(hù)，增強(qiáng)對轉(zhuǎn)基因大豆生產(chǎn)的安全監(jiān)控和評價，建立完善的風(fēng)險評估體系，從而正確認(rèn)識轉(zhuǎn)基因作物的安全性問題，保障轉(zhuǎn)基因作物的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈曉峰， 欒鳳俠， 陶波. 抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆生物與環(huán)境安全性[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2007， 38（3）： 401-404.

[2]周波， 陶波， 欒鳳俠， 等. 抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆生物安全性綜述[J]. 作物雜志， 2006， 2： 7-9.

[3]James C. Global status of commercialized biotech/GM crops： 2011 [R]. ISAAA， 2011， 43.

[4]索海翠， 熊瑞權(quán)， 馬啟斌， 等. 轉(zhuǎn)基因大豆的潛在風(fēng)險及發(fā)展趨勢研究[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2010， 10： 244-245.

[5]吳奇， 彭煥， 彭可維， 等. 抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆對豆田主要害蟲發(fā)生動態(tài)的影響[J]. 植物保護(hù)， 2007， 33（5）： 50-53.

[6]劉志誠. 轉(zhuǎn)cry1Ab/cry1Ac基因秈稻對稻田節(jié)肢動物群落的影響[J]. 昆蟲學(xué)報， 2003， 46（4）： 454-465.

[7]劉志誠. 轉(zhuǎn)cry1Ab基因粳稻對稻田節(jié)肢動物群落的影響[J]. 生物安全學(xué)報， 2011， 20（1）： 69-76.

[8]吳奇， 彭德良， 彭于發(fā). 抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆對非靶標(biāo)節(jié)肢動物群落多樣性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報， 2008， 28（6）： 2622-2628.

[9]張卓， 黃文坤， 劉茂炎， 等. 轉(zhuǎn)基因耐草甘膦大豆對豆田節(jié)肢動物群落多樣性的影響[J]. 植物保護(hù)， 2011， 37（6）： 115-119.

[10]McPherson R， Johnson W， Mullinix B J， et al. Influence of herbicide tolerant soybean production system on insect pest populations and pest-induced crop damage [J]. Journal of Economic Entomology， 2003， 96（3）： 690-698.

[11]Jasinski J R， Eisley J B， Young C E， et al. Select nontarget arthropod abundance in transgenic and nontransgenic field crops in Ohio[J]. Environmental Entomology， 2003， 32（2）： 407-413.