转Bt基因抗虫棉靶标害虫与非靶标害虫消长动态研究进展

李　博，龙　正，陈金湘



转基因抗虫棉靶标害虫与非靶标害虫消长动态研究进展

李博1，龙正2，陈金湘1

(1 湖南农业大学农学院，长沙 410128，2南县浪拔湖乡农技推广中心，湖南南县 413000)

对转基因抗虫棉田中靶标害虫、非靶标害虫的消长动态的研究状况及对害虫天敌的影响进行了论述。指出了转基因抗虫棉田中靶标及非靶标害虫消长动态的影响因素，提出了放宽靶标害虫的防治、注重非靶标害虫的防治及加强生物防治等措施。

转基因棉花；靶标害虫；非靶标害虫；消长动态

棉花是全球性的重要经济作物和纤维作物，又是受害虫危害最严重的作物。棉花成长过程中遭受到几百种害虫的危害，其中尤以棉蚜、棉铃虫、棉红铃虫和棉叶螨的危害最为严重。转基因棉自问世以来，在世界各棉区的试种或种植过程中，棉铃虫、棉红铃虫等靶标害虫得到了有效控制。20世纪90年代，我国开始大面积推广转基因抗虫棉，对棉铃虫、棉红铃虫等靶标害虫具有良好的控制作用，同时化学杀虫剂的使用大大减少，在一定程度上缓解了棉花生产中棉铃虫抗药性带来的巨大压力，减少了化学杀虫剂对环境的影响，极大的提高了棉花的产量和利润[1～3]。但是由于外源基因的插入，转基因棉花在防治靶标害虫的同时，也可能对非靶标害虫的生物学特性、种群动态和群落结构等产生相应的影响[4～6]。在一些地区棉田中，刺吸式口器的害虫，其种群呈现上升的趋势，如棉蚜、棉盲蝽、棉叶螨、白粉虱、棉蓟马等，局部地区甚至大量出现，因此人们逐渐关注起转基因抗虫棉对非靶标害虫的影响，正确评价转基因抗虫棉对害虫的影响，对于能否有效控制棉田害虫具有一定的指导意义。

1 研究动态

1981年Schenpfh等[7]首次从苏云金芽孢杆菌中分离并克隆了基因。美国Agzocetus公司利用农杆菌介导法首次将克隆了与δ-内毒素有关的片段导入棉花，但是在田间试验中，不足以杀死害虫。根据Murry等[8]的系统研究，人们改进并修饰了毒素基因，使其在棉株中的表达量大大提高，占组织可溶性蛋白总量的0.05%～0.10%，在室内室外中均表现出良好的抗虫性。经过多年发展，美国于1996年率先开始棉大面积商业化种植，总体来看，其抗虫性良好，约40%的棉农对3种目标害虫及其它鳞翅目害虫只进行了必要的防治，而其他约60%的棉农完全没有进行喷药防治[9]。国外已对转基因棉品系的抗虫性进行了一系列的室内和田间鉴定，研究了转基因棉上的目标害虫的行为及主要非目标害虫种群的变化。我国对转基因棉的研究起步较晚，但近年取得的进展较大[10]。通过田间小区试验初步研究了转基因棉对棉铃虫的抗性、丰产性和纤维品质及目标害虫和天敌种群的影响。通过室内试验研究了转基因棉对目标害虫及非目标害虫、生长发育、行为的影响[11～13]。夏敬源等从1994年开始进行了室内饲养。田间笼罩接虫及小区试验，全面系统的研究了转基因棉对棉花害虫及其天敌的影响。我国在1995年开始全国抗虫棉区域试验，在1995～1997年的区域试验调查表明，各个参试品种的抗虫性显著好于对照品种中棉所19号[14]。

2 转Bt基因棉对靶标害虫的消长动态研究状况

2.1 棉株不同器官的抗性表现

转基因棉不同器官对害虫的抗性存在差异。王留名等[15]研究表明：旺盛生长器官的抗性＞幼嫩器官＞衰老器官，转基因棉不同器官对棉铃虫的抗性大致表现为幼蕾＞苞叶＞幼铃＞方茎功能叶＞花或花冠。美国在1996年转基因棉的商品化种植中也发现，花蕊的抗性最弱[16]。

2.2 棉花不同生育期的抗性表现

转基因抗虫棉其抗虫性有随棉株生育期进行而逐渐降低的趋势。观察表明，转基因棉生长发育过程中，全株整体抗性前期高于中期，中期高于后期。董双林等[17]研究表明，不进行任何防治处理，转基因棉田在棉铃虫幼虫量的高峰日对比中，2、3、4代分别比亲本对照减少78.60%，66.23%，43.75%。在棉花生育过程中，转基因棉内杀虫蛋白在各生育期顶尖平展叶含量的多少表现为初花期>蕾期、花铃期>苗期>吐絮期。

2.3 对不同龄期害虫的抗性研究

转基因棉田中，棉铃虫落卵量与常规棉相比无显著差异，但棉铃虫幼虫存活量与常规棉相比明显减少，尤其是对1、2代棉铃虫影响更为明显，2代棉铃虫的田间幼虫存活量可以控制在棉田的防治指标以下，能够完全不喷药进行防治，而3、4代棉铃虫幼虫取食转基因棉后，其死亡率降低，田间幼虫存活量增大，转基因棉的抗虫性对其效果明显减弱，所以棉农需要根据发生的虫情进行必要的科学防治。王留明等[15]用转棉叶饲喂不同龄期棉铃虫幼虫试验结果：喂养3 d，初孵幼虫死亡率为93.3%，2龄幼虫死亡率为97.5%，3龄幼虫死亡率为85%，4龄幼虫死亡率下降为59.5%，其对3龄前幼虫的杀虫活力显著高于大龄幼虫。

2.4 对不同种类害虫的抗性研究

转基因棉在我国的目标害虫主要为棉铃虫和红铃虫，在美国为棉蚜，在澳大利亚为棉铃虫和澳洲棉铃虫。转基因棉对以上几种靶标害虫的抗性很好，对棉蚜夜蛾的抗性最强，幼虫死亡率达100%，其它害虫死亡率也达90%～95%。

董双林[18]研究表明，转基因对棉铃虫、玉米螟和小地老虎具有明显的抗性，对其生长发育及幼虫存活具有抑制作用。崔金杰等[19]调查表明，棉造桥虫在自控田和综防田中分别比对照田减少90.7%和94.1%，转基因棉对其有明显的抑制作用。无论喷药与否，棉黑纹灯蛾、甜菜夜蛾、红铃虫均不会对转基因抗虫棉造成危害，而与其对应的常规棉则受到的危害极大[20]。

3 转Bt基因棉对非靶标害虫消长动态的研究状况

近几年来，人们越来越关注转基因抗虫棉的生态安全性问题以及其是否会影响到棉田中非靶标害虫及天敌的种类和数量。但由于对这方面的研究时间太短，积累的数据不充分，而且采用的研究方法也不相同，因此得到的结果往往差别很大[21]。

3.1　转Bt基因棉对非靶标害虫的影响

许多研究表明，随着转基因棉种植面积的扩大，一些对毒蛋白不敏感的非靶标害虫已成为转基因棉田中的主要害虫，如棉蚜、棉叶螨、斜纹夜蛾、棉盲蝽等，而且其种群的数量呈明显增加或加重的趋势，其危害将越来越重。在一熟制棉区中，棉蚜、白粉虱、棉叶螨和棉叶蝉等非靶标害虫，在转基因棉田中分别比对照常规棉田上升了25.5%，29.7%，44.2%和118.8%;在麦套棉区，转基因棉田中棉叶蝉、棉蚜、棉盲蝽、棉叶螨和棉蓟马等非靶标害虫分别比常规棉田上升11.5%，33.1%，57.1%，138.9%和346.0%[19，22]。在相同的环境条件下，转基因棉田中朱砂叶螨的发生时间与对照常规棉相同，但是发生后在转基因棉上其种群发展的速度比在常规棉上快。通过研究证实，棉花中抗朱砂叶螨的重要次生物质是缩合单宁，而在转基因棉花植株内其含量比常规棉低[23]。转基因棉不仅对小地老虎幼虫的发育历期、虫重、化蛹率、蛹重、蛹的历期、羽化率和成虫寿命有影响，还对成虫的产卵量和卵孵化率有一定的影响[24]。在相同环境条件下，红蜘蛛种群在转基因棉田中的发展速度比对照常规棉田更快，因此为了有效控制其蔓延应及时用药防治，减轻危害。

但是也有研究证明，转基因棉对非靶标害虫的影响不大或没有明显的影响。Velders等[25]研究表明，苗期棉蚜在转基因棉田中其种群数量与对照棉田没有显著差异。郭慧芳等[26]研究也证明转基因棉田在短期内，无论是净增殖率还是内禀增长率，没有明显地表现出有利于棉蚜种群增长的迹象。Men等[27]对棉田棉蚜种群动态连续3年的调查表明，棉对棉蚜种群的影响不稳定，不同年份对棉蚜影响的调查结果不一致。这是由于转基因抗虫棉对棉蚜种群动态的影响可能与多种因素有关，如棉花品种、棉田地理位置、管理措施、调查方法等，并受多种生物和非生物因素的调控，如天敌捕食、雨水冲刷等。

3.2 转Bt基因棉田中非靶标害虫消长的原因分析

(1) 转基因棉本身的抗性目标。转基因棉主要是以鳞翅目类咀嚼式口器昆虫为靶标害虫的，而对刺吸式口器害虫则无抗性。在转基因棉田中，由于棉铃虫等靶标害虫的危害减轻，大大改善了棉花长势，并减少了田间化学农药的使用，一些非靶标害虫得到了更好的营养条件和更为宽松的生存环境，从而使其危害加重。

(2) 转基因棉植株内含物和生理代谢变化。由于外源基因的转入会引起棉株体内所含物质和生理代谢发生变化，此类变化就可能有利于某些非靶标害虫的严重发生。研究发现，在棉花花铃期，其叶片维管束汁液内的3种氨基酸即脯氨酸、丙氨酸和谷氨酸，在转基因棉国抗22中的含量比对应的常规棉亲本泗棉3号分别高38.2%，54.1%和76.9%。通过进一步研究发现，烟粉虱内禀增长率与这3种氨基酸含量的变化趋势基本一致[28]。

(3) 转基因棉田的田间管理。转基因棉花的大面积种植使棉田化学农药的使用量大大减少。而在转基因棉田中，由于不防治2代棉铃虫和减少3、4代棉铃虫的防治次数，造成了非靶标害虫的猖獗为害，特别是在气候适宜的年份往往发生较重。

转基因棉对非靶标害虫有多方面的影响，既有生态方面的因素，也有动植物生理等方面的因素，而且这些因素之间还相互影响。因此，对转基因棉田中非靶标害虫种群的波动变化应进行全面分析，才能得出符合实际的结论。

4 转Bt基因棉对害虫天敌的影响

转基因棉对害虫天敌的影响较为复杂。研究表明，转基因棉对捕食性天敌没有不良影响[29]。捕食性天敌在转基因棉田中的种类及其种群数量都远远高于常规对照棉田，蜘蛛类、七星瓢虫、龟纹瓢虫、大眼蝉长蝽在转基因棉田中都能够保持较大的种群数量[30]。李保平等[31]室内毒性测定表明，以转基因植物汁液为食的非靶标害虫对其捕食性天敌没有不良影响，且转基因植物的花粉及汁液对捕食性天敌没有直接影响。由于转基因棉田中棉铃虫数量的减少，在一定程度上促进了捕食性天敌的捕食效率并增加其捕食量，使捕食性天敌对靶标害虫卵和其它害虫的控制作用进一步增强[32]。另外，由于转基因而减少了化学农药的使用，更有利于一些天敌的增殖，使捕食性天敌数量明显增加。

但与常规棉田相比，转基因棉田寄生性天敌显著性减少。由于靶标害虫在转基因棉田中的种群数量极大的降低，从而直接影响到寄生性天敌种群的增长，极大的抑制了其发展速度，而取食转基因作物后存活下来的幼虫，也极大的抑制了其生长发育，使体内寄生性天敌的生长发育直接受到影响，必然会使寄生性天敌的种类和数量有所降低，而有利于刺吸式口器害虫等非靶标害虫的种类和数量的上升[33]。

5 应对措施

5.1 放宽靶标害虫的防治

转基因棉对咀嚼式口器害虫等靶标害虫具有很好的毒杀效果，尤其是在其花蕾期，抗虫效果更好，并且在转基因棉田中，捕食性天敌种群数量明显增加，对害虫的增长具有一定的控制作用。所以在转基因棉田中，前期应尽量不用化学农药，充分发挥天敌的作用，放宽咀嚼式口器等靶标害虫的防治指标，在中后期根据实际虫量情况，减少化学农药的施用量和施用次数，通过转基因棉的抗虫效果和天敌的控制作用，减轻靶标害虫的危害，并减轻环境污染，从而达到经济效益和生态效益的统一。

5.2 注重非靶标害虫的防治

在转基因抗虫棉田中，刺吸式害虫虫量比常规棉田还略重，因此需加强刺吸式害虫的虫量监测，研究其与田间天敌的发生规律及互作关系，采取合理的防治措施，必要时进行化学防治。

5.3 合理利用生物防治

棉花的生长前期，在转基因棉田中，由于害虫发生中等或偏轻发生的情况下，可不用或少用农药，主要利用天敌进行防治。在棉田的综合治理中，生物防治应占据重要的地位，一些非靶标害虫的种群数量有所上升时，田间的天敌种类及其数量也有相应大幅度的增加，从而减少化学农药的应用，防止环境污染。

5.4 有效利用农业防治

农业防治是我国传统的棉花害虫防治方法，主要进行冬耕冬灌、麦收后松土灭茬、及时中耕除草、拔出虫苗并及时带出棉田、人工抹卵抓虫、整枝灭虫等措施，可以有效的防治棉田害虫。

6 展望

目前，关于转基因抗虫棉的生态安全性问题的研究并不全面，且影响因素的研究比较少，多是大田直接观察，主要集中在对害虫、天敌及少数经济昆虫的影响上，我们还应结合实验室的研究，综合其生态、动植物生理等各个方面的因素，并充分考虑这些因素间的相互影响。因此，转基因棉对害虫的影响还需要进行大范围的、长期的监测和更加深入的研究。

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责任编辑：陈向科

2011-05-21

李博(1986—)，男，陕西宝鸡人，硕士研究生， Email：lebronzh@163.com。

，Email：jinxiangc@163.com。

转基因重大专项(2009：ZX08005-012B)。

S43；S47

A

1001-5280(2011)06-0634-05

10.3969/j.issn.1001-5280.2011.06.27