轉Bt基因棉花對煙粉虱天敵昆蟲龜紋瓢蟲的影響

周福才 ，顧愛祥，楊益眾，周桂生，胡其靖，任 佳

(1.揚州大學園藝與植物保護學院，揚州 225009;2.揚州大學江蘇省作物遺傳生理重點實驗室，揚州 225009)

轉基因棉花的種植在有效控制了棉鈴蟲等靶標害蟲危害的同時，對非靶標昆蟲，特別是對天敵昆蟲也會產生明顯的影響，因此轉基因棉花的生態安全性受到國內外眾多專家越來越多的關注［1］。轉基因棉花對天敵昆蟲的影響通常表現為直接作用和間接作用。直接作用指天敵昆蟲取食轉基因棉花上的昆蟲后，毒蛋白隨著食物鏈的傳遞，在天敵昆蟲體內積累，這些積累的毒蛋白可能會直接影響天敵昆蟲［2］;間接作用是指轉基因棉花表達的Bt毒蛋白對天敵昆蟲獵物的影響，轉基因棉花通過影響獵物的種群數量和質量，從而間接地影響天敵種群［3］。

轉基因抗蟲植物的種植不僅要求對靶標害蟲具有良好的控制作用，而且還要求對天敵昆蟲具有良好的協調性共存。轉基因植物可能通過降低靶標害蟲的種群數量而使其天敵昆蟲種群數量減少，但由于殺蟲劑使用量和使用次數的減少，又促進了非靶標害蟲及其天敵種群的增加［4-6］。盡管多數室內生測研究表明，以轉Bt基因抗蟲植物上的靶標害蟲或非靶標害蟲為食的捕食性天敵，其個體發育、生殖、捕食行為等均未受到不良影響［7-8］，但也有研究表明，以此類害蟲為獵物的捕食性昆蟲卻受到了不良影響［9-10］。因此，研究轉基因抗蟲植物和害蟲、天敵之間的關系是其生態安全性評價的焦點之一。

天敵昆蟲是調節害蟲種群的重要因子。作為棉田生態系統中的重要天敵昆蟲，龜紋瓢蟲Propylea japonica曾被用來成功地防治棉蚜［11］，但轉Bt基因棉花對龜紋瓢蟲捕食非靶害蟲煙粉虱會產生什么影響?這一問題尚未見系統研究的報道。本文通過3種轉Bt基因棉田中龜紋瓢蟲對煙粉虱Bemisia tabaci的捕食作用的研究，探討轉基因棉花對煙粉虱捕食性天敵龜紋瓢蟲的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

棉花品種 國抗12(文中簡稱為 GK12，轉 Bt基因棉)、33B(轉 Bt基因棉)、SGK321(轉 Bt+CpTI基因棉);泗棉3號(文中簡稱為SM3)、33、石遠321(文中簡稱為SY321)分別為GK12、33B和SGK321對應的常規棉親本。上述棉花種子均由中國農業科學院植保所提供。在揚州大學園藝與植物保護學院試驗田種植。棉花常規管理，整個生育期不施用任何化學殺蟲劑。

天敵昆蟲 龜紋瓢蟲采自揚州大學園藝與植物保護學院試驗田，在實驗室中用黃瓜煙粉虱飼養。

1.2 試驗方法

1.2.1 龜紋瓢蟲對不同類型棉花及煙粉虱的嗅覺反應測定

利用Y形嗅覺儀測定。分別取棉花葉片(長×寬=1cm×1cm)、煙粉虱若蟲(3齡，1頭)、蜜露(1μL，滴在parafilm膜上)、蛻(1個)等幾種物質作為嗅源。將嗅源物質放入嗅覺儀的一臂，另一臂空白作對照。試驗在25℃左右，RH 80%左右的室內進行，在嗅覺儀上方0.5 m處放置1盞40W日光燈提供均勻光照。嗅覺儀臂端氣體流量設定為300 mL/min，每頭龜紋瓢蟲作為1個處理，5 min內進入臂端者記為反應，沒有進入臂端者記為不反應。每測5頭將方向對換一下，以免光線不均勻而造成影響，并將測試區域先用無水乙醇擦拭，然后用蒸餾水擦拭，之后重新放入上述供試樣品。每頭龜紋瓢蟲只受試1次，每個處理測定20頭瓢蟲。試驗前用空氣吹洗嗅覺儀10—20min。

1.2.2 龜紋瓢蟲對不同類型棉花上煙粉虱的視覺反應測定

參照周福才方法［12］。在直徑15cm的培養皿中放入一張濕濾紙，將棉花葉片、煙粉虱若蟲、蜜露、蛻(樣品量同1.2.1)等幾種供試物質一起隨機放在濾紙四周，用透明度較好的保鮮膜將放在濕濾紙上的這些物質覆蓋嚴密，以確保揮發性物質不揮發到培養皿中。在培養皿中間引入龜紋瓢蟲5頭，蓋上培養皿上蓋，30 min后觀察不同供試物質上龜紋瓢蟲成蟲數量。1個培養皿作為1個處理，試驗重復4次。

1.2.3 對龜紋瓢蟲生長發育的影響

用直徑9cm的培養皿飼養龜紋瓢蟲。培養皿底部鋪一層濕濾紙，分別將轉基因棉花GK12、33B、SGK321及其對應常規棉花SM3、33、SY321切成直徑9cm的圓形放在培養皿中，棉花葉片上保留200頭左右的煙粉虱高齡若蟲作為龜紋瓢蟲的食料，棉花葉片每天更換1次。每只培養皿接龜紋瓢蟲成蟲1對，分別收集以不同品種棉花為食料的瓢蟲第1天產的卵，每處理收集卵60粒。將上述卵移入放有對應棉花葉片的培養皿中至卵孵化，計卵發育歷期。將剛孵化的幼蟲單頭接入放有對應棉花葉片的培養皿中，葉片上保留200頭左右的煙粉虱高齡若蟲，棉花葉片每天更換1次，觀察龜紋瓢蟲幼蟲的發育歷期、死亡率。試驗條件為溫度(27±0.5)℃，相對濕度75%—80%，光照14L∶10D。試驗重復4次。

1.2.4 瓢蟲捕食功能反應測定

棉花葉片處理方法同 1.2.3。葉片上分別保留 50、100、150、200、250、300 頭煙粉虱高齡若蟲，葉片放入培養皿后，分別接入1頭不同齡期的龜紋瓢蟲，培養皿置于溫度為(27±0.5)℃、相對濕度75%—80%、光照14L∶10D的培養箱中，24 h后記錄剩余煙粉虱若蟲數量。計算龜紋瓢蟲的捕食量，建立捕食功能反應模型。試驗重復3次。

捕食功能反應模型為:

式中，Na為捕食量，a為發現域，N為獵物密度，Th為捕食1頭獵物所用的時間(處理時間)，T為搜尋獵物的時間。由于時間相同，即T=1，當獵物密度N趨于無窮大時，則Na為最大捕食量。

1.2.5 數據處理方法

試驗數據采用DPS統計軟件進行處理。用Duncan's多重比較的方法檢驗各處理的差異顯著性，顯著性檢驗水平均為P≤0.05。轉基因棉花與其對應的常規棉親本之間成對數據間的差異顯著性采用t測驗。

2 結果與分析

2.1 取食不同類型棉花上煙粉虱的龜紋瓢蟲的發育歷期和存活率

從表1、表2可以看出，取食GK12、33B、SGK321 3種轉基因棉花上煙粉虱的龜紋瓢蟲從卵發育到成蟲分別為12.21、12.44d 和13.14d，在 SM3、33 SY321 和3 種常規棉花上分別為12.35、13.88d 和13.70d，龜紋瓢蟲取食6種棉花上的煙粉虱其發育歷期之間沒有顯著差異，轉基因棉花和對應的常規棉親本之間經t測驗，也沒有明顯的差異。取食3種轉基因棉花上煙粉虱的龜紋瓢蟲從卵發育到成蟲的存活率分別為60.73%、78.60%和65.95%，在3種常規棉花上分別為60.04%、76.76%和62.33%，差異也不顯著。說明取食轉基因上的煙粉虱對龜紋瓢蟲的生長發育和存活率均沒有明顯的影響。

表1 取食不同類型棉花上煙粉虱的龜紋瓢蟲的發育歷期Table 1 The developmental duration of P.japonica Feeding B.tabaci sucking with different cottons

表2 取食不同類型棉花上煙粉虱的龜紋瓢蟲的存活率Table 2 The survival rate of P.japonica Feeding B.tabaci sucking with different cottons

2.2 不同類型棉花對龜紋瓢蟲寄主選擇的影響

應用嗅覺儀測定龜紋瓢蟲對不同類型棉花葉片，以及取食這些棉花的煙粉虱產生的蜜露、煙粉虱若蟲及其蛻的嗅覺反應。結果發現，在棉花葉片、煙粉虱若蟲、蜜露、蛻等4種嗅源中，龜紋瓢蟲對煙粉虱若蟲的嗅覺反應最強，對蜜露的嗅覺反應最弱，對4種不同嗅源的嗅覺選擇性的大小依次為:煙粉虱若蟲＞蛻＞棉花＞蜜露，如龜紋瓢蟲對SY321棉花上的煙粉虱若蟲的選擇率(40.00%)是蜜露(6.67%)的6倍(表3)。

從表3還可以發現，龜紋瓢蟲對轉基因棉花和對應的常規棉親本上的煙粉虱若蟲的嗅覺反應之間存在明顯的差異，對常規棉上的煙粉虱若蟲的選擇性明顯較轉基因棉花的煙粉虱若蟲大，如龜紋瓢蟲對常規棉33棉花上煙粉虱若蟲的選擇率(46.67%)是對應的轉基因棉花33B(20.00%)的2.34倍。龜紋瓢蟲對轉單價基因的棉花GK12和33B上煙粉虱若蟲的蛻與其對應的常規棉親本之間也存在明顯的差異，對常規棉SM3和33上煙粉虱若蟲的蛻選擇率分別較對應的轉基因棉花GK12和33B上的高24.97%和199.85%;但龜紋瓢蟲對雙價基因SGK321上煙粉虱若蟲的蛻與其對應的常規棉親本之間沒有明顯的差異。

表3 龜紋瓢蟲對不同嗅源的嗅覺反應Table 3 The olfactory reaction of P.japonica to different odours

視覺反應測定表明(表4)，龜紋瓢蟲對不同品種棉花及取食這些棉花的煙粉虱、蜜露、若蟲、蛻等材料的視覺反應之間沒有明顯的差異，說明龜紋瓢蟲對不同棉花品種及取食這些棉花的煙粉虱若蟲、蜜露、蛻之間沒有明顯的視覺選擇性差異。

2.3 不同類型棉花對龜紋瓢蟲捕食量的影響

不同類型棉花上的煙粉虱對龜紋瓢蟲的捕食量有明顯的影響(表5)，在煙粉虱密度較低的環境中，龜紋瓢蟲捕食轉基因棉花上煙粉虱的數量小于對應的常規棉花親本，但隨著煙粉虱密度的增加，龜紋瓢蟲的捕食量逐漸增加，當煙粉虱密度大于200頭/皿時，龜紋瓢蟲捕食轉基因棉花上煙粉虱的數量開始超過捕食常規棉花上的煙粉虱。如煙粉虱密度50頭/皿時，龜紋瓢蟲捕食3種轉基因棉花上的煙粉虱的數量分別比對應的轉基因棉花低45.53%、25.68%、13.16%，但當煙粉虱密度達到200頭/皿時，捕食3種轉基因棉花上煙粉虱的數量分別比對應的常規棉親本高21.52%、7.29%和3.22%。

表4 龜紋瓢蟲對不同物質顏色的視覺反應Table 4 The visual reaction of P.japonica to different matters

表5 瓢蟲對不同類型棉花上煙粉虱的捕食量Table 5 Predation of P.japonica to B.tabaci feeding with different cottons

2.4 不同類型棉花對龜紋瓢蟲捕食功能反應的影響

龜紋瓢蟲捕食量隨著獵物密度的增加而增加，但獵物密度達到一定值后，捕食量趨于穩定，符合HollingⅡ型反應(表6)。從功能反應方程可以看出，龜紋瓢蟲的日捕食量存在理論最大值，龜紋瓢蟲取食轉基因棉花上的煙粉虱的理論極限值均大于常規棉花，而取食轉基因棉花的煙粉虱所用的時間均短于對照，功能系數即瞬間攻擊率均大于對照。如在3種轉基因棉花GK12、33B、SGK321上，龜紋瓢蟲對煙粉虱的日最大捕食量分別較對應的常規棉親本 SM3、33、SY321 大 74.20%、24.24%和 77.43%，取食時間分別短 42.59%、19.51%、43.64%，功能系數分別大 24.45%、10.90%、9.50%。

表6 瓢蟲對不同類型棉花上煙粉虱的捕食功能反應Table 6 Predator functional response of P.japonica to B.tabaci feeding with different cottons

3 結果與討論

大量研究表明，轉Bt基因作物對捕食性天敵的生長發育、存活率、產卵量等沒有不良的影響［13-14］。如取食轉基因水稻上的褐飛虱對擬水狼蛛的生長發育和存活率沒有不良的影響［15］，取食轉基因玉米上的二斑葉螨對深點食滿瓢蟲的發育和繁殖也沒有明顯的差異。本研究也發現，取食轉基因棉花上的煙粉虱對龜紋瓢蟲的生長發育和存活率也沒有明顯的影響。但是也有學者研究發現，轉基因作物中的Bt毒蛋白可以通過植食性害蟲對捕食性天敵產生不利的影響，如大麗二斑瓢蟲成蟲取食轉GNA基因馬鈴薯的桃蚜后，瓢蟲的產卵量減少三分之一，死亡率高3倍。桃蚜是轉GNA基因馬鈴薯的靶標害蟲，上述的這種差異是否是由于后者天敵昆蟲取食的獵物是轉基因作物的靶標害蟲所引起的?這一問題還有待于進一步研究。

大量研究已經證實，轉基因棉花上煙粉虱的種群密度高于對應的常規棉親本［16］。關于轉基因棉田煙粉虱種群上升的機制許多專家從不同側面進行了研究，如轉基因棉田化學農藥使用量減少，削弱了對煙粉虱的兼治作用;外源基因導入后引起棉田天敵種群結構的變化，減弱了天敵對煙粉虱的控制作用［17］;轉基因棉花的生理代謝發生變化，特別是同化產物中可溶性糖和氨基酸在絕對數量和相對比例上發生了明顯的改變，這種變化有利于煙粉虱種群的上升［18-19］等。本研究發現，龜紋瓢蟲對轉基因棉花和對應的常規棉親本上的煙粉虱若蟲的嗅覺反應之間存在明顯的差異，對轉Bt基因棉花上的煙粉虱若蟲的選擇性明顯較對應的常規棉親本上的煙粉虱若蟲小，對單價基因的轉基因棉花上煙粉虱若蟲的蛻也明顯較其對應的常規棉親本上的小。捕食試驗也發現，在獵物密度小于200頭/皿，龜紋瓢蟲對轉Bt基因棉花上的煙粉虱的捕食量小于對應的常規棉親本。在正常年份，棉田煙粉虱的平均密度一般小于200頭/皿，因此在轉基因棉花上，龜紋瓢蟲對煙粉虱的捕食量小于對應的常規棉親本。龜紋瓢蟲是棉花煙粉虱的重要天敵昆蟲，在轉基因棉花上，龜紋瓢蟲對煙粉虱的選擇性和捕食量的下降，可能也是造成轉Bt基因棉花上煙粉虱種群上升的重要原因之一。

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