轉基因玉米對5種儲藏物昆蟲的影響

盧少華 高詩夢 魯玉杰

摘要 ［目的］研究轉基因玉米種子對儲藏物昆蟲的影響。［方法］通過比較轉基因玉米和非轉基因玉米營養成分的差異，分析轉基因玉米對5種儲藏物昆蟲取食偏好性、體重和體長的影響。［結果］轉基因玉米較非轉基因玉米有更高的蛋白質含量，二者主要營養成分含量差別不大；與非轉基因玉米相比，赤擬谷盜、銹赤扁谷盜和玉米象顯著偏好選擇轉基因玉米，而米象和鋸谷盜顯著偏好選擇非轉基因玉米；轉基因玉米對5種儲藏昆蟲的體長均沒有顯著影響，但取食轉基因玉米飼料后赤擬谷盜、銹赤扁谷盜和鋸谷盜的體重分別增加了約0.55、0.64和0.42倍，玉米象和米象的體重分別降低了約26.78%和33.15%。［結論］轉基因玉米對不同昆蟲的選擇偏好性影響不同，增加了粉食性昆蟲的體重，降低了蛀蝕性昆蟲的體重。該研究結果將為指導轉基因玉米的品種選育以及其產后儲存期間害蟲的防治提供科學依據。

關鍵詞 轉基因玉米；儲藏物昆蟲；抗蟲玉米；抗除草劑玉米；害蟲防治

中圖分類號 TS 255.6? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）23-0158-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.037

Effects of Transgenic Maize on Five Kinds of Storage Insects

LU Shao-hua1，GAO Shi-meng1，LU Yu-jie1，2

（1.School of Food and Strategic Reserves，Henan University of Technology，Zhengzhou，Henan?? 450001；2.School of Grain Science and Technology，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang，Jiangsu 212100）

Abstract ［Objective］ To study the effects of transgenic maize on storage insects.［Method］ Through comparing the differences of main nutritional components between transgenic maize and non-transgenic maize，the effects of? transgenic maize on feeding preference，body weight and body length of five kinds of storage insects? were analyzed.［Result］The protein content in transgenic maize was significantly higher than that in non-transgenic maize，but there were small differences in the content of other main nutrients between transgenic maize and non-transgenic maize.Tribolium castaneum，Cryptolestes ferrugineus，Sitophilus zeamais significantly preferred to transgenic maize，while Sitophilus oryzae and Oryzaephilus surinamensis significantly preferred to non-transgenic maize.The transgenic maize had no? significant effect on the? body length of five kinds of storage? insects.After feeding with transgenic maize，the body weight of T.castaneum，C. ferrugineus and O.surinamensis increased by about 0.55，0.64 and 0.42 times respectively，while the the body weight of S.zeamais and S.oryzae decreased by 26.78% and 33.15% respectively.［Conclusion］Transgenic maize had different effects on the choice preference of different kinds of storage insects，it increased the body weight of powder-feeding? insects? and decreased the body weight of xylophagous insects. The research results would provide the scientific basis for guiding the breeding，prevention and control of pests in transgenic maize during the post-harvest stage of transgenic maize.

Key words Transgenic maize;Storage insects;Insect-resistant maize;Herbicide-tolerant maize;Pest control

基金項目 河南工業大學高層次人才基金項目（2020BS031）；國家重點研發計劃項目（2019YFC1605304）。

作者簡介 盧少華（1988—），男，河南鄭州人，講師，博士，從事糧油儲藏研究。*通信作者，教授，從事糧油儲藏研究。

收稿日期 2022-09-16

隨著現代生物科技的發展，轉基因技術的應用為害蟲防治開辟了新的途徑，轉基因作物的種類和種植面積迅速增加［1］。轉基因作物因其優質、高產、抗病蟲害及抗逆等方面的特點， 為人類緩解糧食危機和刺激經濟增長作出了重要貢獻［2］。自從1996年轉基因作物商業化種植以來，迄今研究成功的轉基因作物已有100余種，其中轉Bt基因抗蟲棉花、轉Bt基因抗蟲玉米和耐除草劑玉米、轉耐除草劑基因大豆和油菜是廣泛種植的轉基因作物［3］。轉基因作物在帶來巨大經濟效益的同時，其安全性也日益受到關注，引起人們對轉基因作物的巨大爭議和廣泛討論［4-5］。因此，對轉基因作物的安全性進行評價有助于促進生物技術的健康有序發展。

玉米是我國種植面積最大的糧食作物，也是重要的食品、飼料和工業原料［6］。目前國際上商業化推廣種植的轉基因玉米主要有轉抗蟲基因玉米（轉cry1Ab基因、轉crylFa2基因、轉vip3Aa20基因、轉cry2Ab2和lcry1A.105基因）和抗除草劑基因玉米（轉cp4-epsps基因和轉mepsps基因）［7］。農業農村部于2019—2021年相繼批準了抗蟲耐除草劑玉米的安全證書，轉基因玉米品種分別為DBN9936（轉 crylAb和epsps 基因）、瑞豐8（轉crylAb和cry2Ab基因）、瑞豐125（轉cry1Ablcry2Aj和 g10evo-epsps 基因）、ND207（轉mcry1Ab和lmcry2Ab基因）、DBN9858（轉epsps 和pat 基因）和DBN3601T （DBN9936× DBN9501） 等［8］，這是國產轉基因玉米即將進入推廣應用的標志。

害蟲為害是影響玉米產量和品質的重要因素。目前轉基因玉米品種的抗蟲性主要針對的是田間為害玉米的鱗翅目害蟲，如亞洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）、草地貪夜蛾（Spodoptera frugiperda）和東方黏蟲（Mythimna separate）等［9-10］，尚未有針對防治儲藏期間害蟲的轉基因玉米品種問世。糧食產后蟲害是造成糧食產后質量和品質損失的主要原因之一。玉米儲藏過程中會受到多種害蟲為害，例如赤擬谷盜（Tribolium castaneum Herbst）、鋸谷盜（Oryzaephilus surinamensis Linnaeus）、米象（Sitophilus oryzae Linnaeus）、玉米象（Sitophilus zeamais Motschulsky）和銹赤扁谷盜（Cryptolestes ferrugineus Stephens）等是為害儲糧的常見重要害蟲［11-13］。蟲害大量發生時會導致玉米水分變化異常，引起糧堆發熱、霉變或結塊，不僅造成嚴重的經濟損失，而且誤食后會威脅人類和家畜的健康［14］。目前關于轉基因玉米對儲藏害蟲發生為害的影響研究鮮有報道。筆者通過比較轉基因玉米和非轉基因玉米營養成分的差異，分析轉基因玉米對5種儲藏物害蟲取食偏好性、體重和體長的影響，以明確轉基因玉米對儲藏物害蟲發生、發展的影響，旨在為指導轉基因玉米的品種選育以及其產后儲存期間害蟲的防治提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 玉米。轉基因玉米品種為瑞豐125，非轉基因玉米品種為瑞豐125的親本玉米品種瑞豐1號。將玉米過篩去雜后于-18 ℃冰箱中放置72 h，以殺死可能殘留的蟲卵。將回溫后的玉米轉移至干凈、無蟲的自封袋中，儲存于4 ℃儲藏室，備用。

1.1.2 昆蟲。赤擬谷盜、鋸谷盜、米象、玉米象和銹赤扁谷盜均為實驗室培養箱中長期標準化飼養的種群，飼養條件如下：溫度（29±1）℃，相對濕度（75±5）%，光周期L∶D為24∶0。隨機選取羽化3 d的成蟲，用于試驗。

1.2 試驗方法

1.2.1 轉基因玉米和非轉基因玉米的營養成分分析。

將轉基因玉米和非轉基因玉米分別用錘片式粉碎機粉碎后，再用旋風磨進一步粉碎，收集于干凈、無蟲的自封袋中備用。參照國標法分別測定轉基因玉米與非轉基因玉米的水分含量［15］、蛋白質含量［16］、脂肪含量［17］、淀粉含量［18］和灰分含量［19］。

1.2.2 昆蟲對轉基因玉米和非轉基因玉米的選擇偏好性比較。

采用Y型嗅覺儀分別測試赤擬谷盜、鋸谷盜、米象、玉米象和銹赤扁谷盜對轉基因玉米和非轉基因玉米的選擇偏好性［20］。 Y型嗅覺儀2個臂管隨機作為處理區和對照區，測試時的氣流速度為380 mL/min。將試蟲放入釋放口，試蟲在15 min內逆風爬過選擇臂管的1/2處，則記為試蟲對該氣味源做出行為反應［21］。隨機選擇120頭羽化3 d的成蟲進行選擇行為測試，每10頭成蟲為1組，每種昆蟲測試12組，每組測試結束后更換新的Y型嗅覺儀和昆蟲。

1.2.3 轉基因玉米和非轉基因玉米對儲藏物昆蟲體重和體長的影響。

用涂有聚四氟乙烯的養蟲瓶對供試昆蟲進行飼養。選取羽化3 d的供試昆蟲40對分別用轉基因玉米和非轉基因玉米單獨飼養，每個處理重復3次。赤擬谷盜、鋸谷盜和銹赤扁谷盜以轉基因玉米和非轉基因玉米粉飼養，米象和玉米象以轉基因玉米和非轉基因玉米粒飼養。養蟲瓶放在溫度（29±1）℃，相對濕度（75±5）%，光周期L∶D為24∶0的培養箱中標準化飼養。適時更換新的飼料，測量每代成蟲的體重和體長，連續測量6代。

1.3 數據統計與分析

試驗數據使用SPSS 20.0統計軟件進行統計分析，均以平均值±標準誤表示。首先檢測數據方差齊性和正態性，不符合正態分布的數據進行 log轉換。轉基因玉米與非轉基因玉米的主要成分含量差異以及轉基因玉米對5種儲藏物昆蟲體長、體重的影響采用獨立樣本t測驗；5種儲藏物昆蟲的選擇偏好性采用單因素方差分析。采用Duncans新復極差法檢測差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 轉基因玉米與非轉基因玉米的主要營養成分對比分析

通過比較轉基因玉米和非轉基因玉米的主要營養成分（表1）發現，轉基因玉米的蛋白質含量顯著高于非轉基因玉米（P<0.05）；轉基因玉米和非轉基因玉米的水分、淀粉、脂肪和灰分等成分含量差異均不顯著（P>0.05）。這表明轉基因玉米和非轉基因玉米的營養成分含量具實質等同性，而轉基因玉米有更高的蛋白質含量。

2.2 儲藏物昆蟲對轉基因玉米與非轉基因玉米的選擇偏好性比較

通過比較5種儲藏物昆蟲對轉基因玉米和非轉基因玉米的選擇偏好性（表2）發現，與非轉基因玉米相比，赤擬谷盜、銹赤扁谷盜和玉米象顯著偏好選擇轉基因玉米，選擇轉基因玉米的昆蟲個體占測試蟲的比例均高于56.00%；米象和鋸谷盜顯著偏好選擇非轉基因玉米，選擇轉基因玉米的昆蟲個體占試驗昆蟲的比例均低于38.00%。在該試驗中，未做出選擇的昆蟲比例均在7.00%以下，符合試驗設計允許的誤差范圍。這說明不同的儲藏物昆蟲對轉基因玉米和非轉基因玉米的選擇偏好性不同，轉基因玉米對赤擬谷盜、銹赤扁谷盜和玉米象的吸引力更大。

2.3 轉基因玉米和非轉基因玉米對5種儲藏物昆蟲體重和體長的影響

通過比較轉基因玉米和非轉基因玉米飼養的5種儲藏物昆蟲體重（表3）發現，與取食非轉基因玉米飼料的赤擬谷盜、銹赤扁谷盜和鋸谷盜相比，取食轉基因玉米飼料的昆蟲個體的體重顯著增加，分別增加了約0.55、0.64和0.42倍；與取食非轉基因玉米飼料的玉米象和米象相比，取食轉基因玉米的昆蟲個體的體重顯著降低，分別降低了約26.78%和33.15%。這說明轉基因玉米有利于粉食性昆蟲（赤擬谷盜、銹赤扁谷盜和鋸谷盜）體重的增加，不利于蛀蝕性昆蟲（玉米象和米象）體重的增加。

通過比較轉基因玉米和非轉基因玉米飼養的5種儲藏物昆蟲體長（表4）發現，轉基因玉米和非轉基因玉米飼養的5種儲藏物昆蟲的體長差異均不顯著（P>0.05）。轉基因玉米對5種儲藏物昆蟲體長均沒有顯著影響。這說明取食轉基因玉米并不會對儲藏物昆蟲體長造成明顯影響。

3 結論與討論

轉基因作物與其親本的營養成分差異是評價轉基因作物安全性的重要指標。目前人們已對多種轉基因作物進行了營養成分分析，例如通過對轉抗旱基因小麥和轉耐除草劑基因大豆的營養成分進行分析，發現轉基因品種和其親本的營養成分無明顯差異［22-23］；不同產地的抗蟲耐除草劑玉米DBN9936×DBN9501和其親本玉米之間除了在泛酸、硒、鋅、硬脂酸含量等略有差異外，其余主要營養成分在轉基因玉米和其親本玉米間差異不顯著［24］；轉cry1Ab/Gc和bar基因玉米和其親本玉米種子的水分、脂肪、灰分、粗纖維、蛋白質、氨基酸、脂肪酸、礦物質、維生素和抗營養因子等成分含量相似［25］。蔡磊明等［26］通過分析轉Bt-176基因玉米和其親本玉米的營養成分發現，二者脯氨酸和甘氨酸含量存在顯著差異，其他主要成分上并無明顯差異。該研究通過分析轉抗蟲基因cry1Ab/cry2Aj和除草劑耐受基因 g10evo-epsps的瑞豐125和其親本玉米的主要營養成分發現，轉基因玉米和其親本玉米的營養成分差別不大，但轉基因玉米較親本玉米有較高的蛋白質含量。這可能是因為轉基因玉米除了正常合成蛋白質外，還需要過量表達Cry1Ab/Cry2Aj抗蟲蛋白和 g10evo-epsps耐除草劑蛋白，以抵抗害蟲和除草劑的危害。

昆蟲取食植物，首先要對植物做出選擇，植物則依靠自身的形狀、顏色、氣味吸引或驅避昆蟲取食［27-28］。植食性昆蟲搜尋寄主的行為包括棲境定向、定位、接受和利用4個連續性步驟［29］，其中棲境定向和定位期間昆蟲的嗅覺起主要作用［30］。筆者利用Y型嗅覺儀針對5種儲藏物昆蟲對寄主的搜尋過程進行研究，結果發現不同昆蟲對轉基因玉米和非轉基因玉米的選擇偏好性不同，這種差異可能是由轉基因玉米和非轉基因玉米的揮發物組分不同引起的。已有研究表明，轉基因棉花與其親本棉花［31］、 轉基因番茄與其親本番茄［32］、轉基因玉米與其親本玉米［33］、轉基因油菜與其親本油菜［34］的揮發物組分不盡相同，這也直接導致了昆蟲寄主選擇偏好性的不同。盡管近幾年我國已逐步開始進口和試驗種植轉基因玉米，但在使用轉基因玉米加工生產過程中要求做到全生產鏈和全工藝過程的控制，防止轉基因玉米泄漏和失控［35］。該研究在嚴格的實驗室條件下，利用轉基因玉米飼養5種儲藏物昆蟲，發現粉食性昆蟲的體重顯著增加，蛀蝕性昆蟲的體重顯著降低，但其對5種儲藏物昆蟲體長沒有顯著影響。導致不同昆蟲體重增加或降低的原因，可能與昆蟲的取食方式有關。轉基因玉米過表達的抗鱗翅目昆蟲蛋白和耐除草劑蛋白，對于非靶標的鞘翅目甲蟲來說可能是能被利用的營養物質，導致取食的非靶標昆蟲體重增加。蛀蝕性的玉米象和米象取食需要克服玉米外殼的阻礙，加上種皮營養成分相對匱乏，昆蟲消耗過多能量的同時又不能補充足夠的營養，最終導致昆蟲體重下降。

綜上所述，針對轉基因玉米產后的儲藏階段，通過比較轉基因玉米和非轉基因玉米營養成分的差異，分析轉基因玉米對儲藏物害蟲取食偏好性、體重和體長的影響，發現轉基因玉米較非轉基因玉米有更高的蛋白質含量；不同的儲藏物昆蟲對轉基因玉米和非轉基因玉米的取食偏好性不同，赤擬谷盜、銹赤扁谷盜和玉米象更偏好選擇轉基因玉米，而米象和鋸谷盜更偏好選擇非轉基因玉米；轉基因玉米對儲藏物害蟲的體長沒有顯著影響，飼喂轉基因玉米后粉食性昆蟲的體重顯著增加，蛀蝕性昆蟲的體重顯著降低。該研究結果對于指導轉基因玉米的品種選育以及轉基因玉米推廣后儲存期間害蟲的預測預報和防治具有重要的參考價值。

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