转WSA基因棉花对棉田节肢动物群落结构及稳定性的影响

肖留斌， 赵洪霞， 柏立新， 谭永安， 肖松华， 刘剑光

（江苏省农业科学院植物保护研究所，南京 210014）

转基因植物进入自然界可能会给环境及其他生物带来一定风险，包括外源基因向近缘植物或微生物的转移、基因产物对环境及非目标生物的负面效应以及一些长期的生态学效应，其生态安全性问题受到愈来愈多人的关注［1］。在我国，Bt棉花长期高比例种植，众多学者围绕害虫对Bt棉的抗性风险、Bt棉对棉田害虫和天敌的影响、Bt棉中Bt毒蛋白对非靶标动物乃至对棉田生物多样性等的影响进行了一系列研究［2－6］。随着生物技术、基因工程的发展，多种抗性基因资源的不断发现和挖掘，越来越多的新型抗虫基因被导入棉花，其对环境安全性的影响特别是对棉田节肢动物群落的影响亟待明确。江苏省农业科学院将野生荠菜凝集素基因（WSA）导入常规陆地棉品种，对9个高品质转WSA基因棉花株系进行抗蚜鉴定，鉴定结果表明转WSA基因棉花株系对棉蚜具有较高的抗性［5］。作者应用群落生态学的方法，研究了转WSA基因棉花对靶标、非靶标生物及棉田节肢动物群落的影响，以期为该基因的生态安全性进行科学评价。

1 材料与方法

1．1 供试棉花

供试棉花材料有转WSA 基因棉‘抗蚜8017’（由江苏省农科院经济作物研究所选育并提供），转Bt基因棉‘鄂杂棉10号’（由江苏省农科院经济作物研究所提供），常规棉‘苏棉9号’（由江苏省新洋农业试验站育成并提供）。

供试棉花材料在江苏省农业科学院植物保护研究所试验田种植，周围采取严格隔离措施，试验完成后焚烧棉花秸秆，以防止基因扩散。2010年4月22日播种，小区面积10 m×9 m，每个材料重复3次，共计9个小区，完全随机排列；常规栽培管理，整个生育期未施药防治害虫。

1．2 节肢动物种类和数量调查方法

从棉花生育期3片真叶出现开始，每隔7 d左右调查一次；调查采用5点取样，棉花生育前期（7月20日以前），每小区调查20株；7月20日以后，每小区调查10株；调查时目测棉花整株所有器官，系统记载所有棉田可见节肢动物的种类、数量，未知种类带回室内进一步鉴定，全生育期共调查19次，按其所属类群统一编号记载。

1．3 数据统计分析

物种丰富度，即群落中的物种数，以S表示。

多样性指数：H′＝－Pilog Pi，H′为多样性指数，Pi为相对多度或第i个物种的重要值（个体数、生物量或能量）与全部物种总重要值的比值，S为物种数。

群落相似性：Cs＝2j／（a＋b），j为A、B 两个群落的共有种的数量，a和b分别为A、B两个群落所有种的总和。

上述各群落参数计算采用Excel和DPSv8．01数据处理系统进行统计分析，Duncan’s检验比较各处理间差异的显著性。

2 结果与分析

2．1 不同材料棉田物种组成和种群数量

‘抗蚜8017’棉田与‘鄂杂棉10号’、‘苏棉9号’棉田相比，在棉田节肢动物群落物种组成上接近或略有差异（表1）。如‘抗蚜8017’为9目22科34种，‘鄂杂棉10号’为8目24科33种，‘苏棉9号’为10目24科39种。从节肢动物个体数量上看，‘抗蚜8017’显著低于其他两个材料（p＜0．01）。

表1 不同材料棉田节肢动物种数和个体数组成

2．2 不同材料棉田主要害虫占害虫亚群落的相对多度

不同材料棉田害虫均为烟粉虱、棉蚜、棉花蓟马等刺吸类害虫的相对多度较大，刺吸类害虫相对多度均大于0．88，而鳞翅目害虫在害虫类群中所占比例均较小（表2）。‘抗蚜8017’棉田的棉蚜发生量为140头，‘鄂杂棉10号’和‘苏棉9号’的发生量分别为382、768头，是‘抗蚜8017’棉蚜发生量的2．7、5．5倍。‘抗蚜8017’棉田的蚜虫及烟粉虱数量与‘苏棉9号’及‘鄂杂棉10号’的同种害虫数量差异显著（p＝0．021 4；0．028 7），其他害虫数量无显著差异（p＞0．05）。‘苏棉9号’棉田咀嚼式害虫发生数量为43头，显著高于‘鄂杂棉10号’的24头和‘抗蚜8017’的25头（p＝0．014 6）。

表2 不同材料棉田主要害虫占害虫亚群落的相对多度

2．3 不同材料棉田主要天敌占天敌亚群落的相对多度

‘抗蚜8017’与转Bt基因棉‘鄂杂棉10号’及常规材料‘苏棉9号’棉田中，蜘蛛、草蛉占天敌亚群落的相对多度均高于瓢虫和捕食蝽（表3）。蜘蛛在不同材料棉田均为天敌优势种。不同材料棉田主要天敌占天敌亚群落的相对多度基本接近。‘抗蚜8017’棉田的天敌发生量略高于其他两个供试棉花材料，但‘抗蚜8017’棉田的主要天敌数量与‘苏棉9号’及‘鄂杂棉10号’的同类天敌数量无显著差异（p＞0．05）。这说明转WSA基因棉对天敌并未产生明显不利影响，天敌的自然控害作用并未削弱。

表3 不同棉田主要天敌占天敌亚群落的相对多度

2．4 不同棉田节肢动物群落参数分析

无论从害虫亚群落、天敌亚群落层次还是节肢动物群落层次，‘抗蚜8017’材料棉田的物种丰富度（S）、个体数（N）、多样性指数（H′）与均匀度指数（J）值与转Bt基因棉‘鄂杂棉10号’及常规棉材料‘苏棉9号’上的相应参数相比，未发生显著变化（p＞0．05）（表4）。这说明‘抗蚜8017’棉田的生物多样性并不因外源基因的导入而显著变化，对整个棉田生物群落的稳定性也未产生不利影响。

表4 不同材料棉田节肢动物群落参数

2．5 不同棉田节肢动物群落相似性

不同材料棉田节肢动物群落相似性指数详见表5。由表5可知‘抗蚜8017’与‘苏棉9号’、‘鄂杂棉10号’的相似性指数在害虫亚群落分别为0．829 3、0．891 2；天敌亚群落分别为0．960 0、0．916 7；节肢动物群落分别为0．929 6、0．925 4。总体来看，‘抗蚜8017’棉田节肢动物群落与常规棉田及转Bt基因棉田节肢动物群落具有较高的群落相似性（相似性指数均大于0．8），WSA 基因的导入未显著改变棉田节肢动物群落结构。

表5 不同材料棉田节肢动物群落相似性

3 讨论

本研究中，不同棉田的主要害虫发生量表明，转WSA基因棉田棉蚜数量显著低于其他两个供试棉花材料，表明‘抗蚜8017’对蚜虫具有一定的控制作用，这与肖松华等人［5］的研究结果相近。同时‘抗蚜8017’棉田的烟粉虱发生量也显著低于Bt棉田和常规棉田，这是由于WSA基因对烟粉虱也有一定的控制作用还是蚜虫数量的减少使天敌对烟粉虱捕食作用增强等其他原因导致，仍需进一步研究明确。从节肢动物个体总量上看，‘抗蚜8017’棉田显著低于其他两个材料，结合数据分析认为主要是‘抗蚜8017’对蚜虫具有一定的控制作用，蚜虫数量的减少也间接导致蚂蚁等中性昆虫数量的减少。

张龙娃等［7］研究表明，转Bt基因棉能够显著减少棉田鳞翅目等靶标害虫类群的发生，而对其他非靶标害虫如刺吸类害虫以及棉田天敌发生没有显著影响。崔金杰等［8］研究表明，转双价基因棉田昆虫群落的结构与转Bt基因棉田和常规棉田无明显差异。本研究表明转WSA基因棉田节肢动物群落物种丰富度、群落多样性、均匀度、优势集中性等参数与对照Bt棉田及常规棉田无明显改变，群落相似性也较高。初步研究结果表明，转WSA基因导入棉花未对棉田节肢动物群落的结构与稳定性产生显著影响。

棉田节肢动物群落除包括害虫亚群落及捕食性天敌亚群落，还包括寄生性天敌亚群落。崔金杰等［9］研究发现，Bt棉的种植对捕食性天敌影响不大，但对寄生性天敌影响较大。本研究仅仅从棉田系统内昆虫群落生态学的角度对转WSA基因棉生态安全性作了初步探索，但由于调查条件的限制，本研究天敌的调查未涉及寄生性天敌，转WSA基因棉对寄生性天敌的影响需要进一步的研究。

［1］ 丁志勇，许崇仁，王戎疆．转Bt基因抗虫棉与常规棉几种同工酶的比较一转基因植物安全性评价生理指标初探［J］．生态学报，2001，21（2）：332－336．

［2］ 柏立新，张龙娃，陈小波，等．不同抗虫棉品系对棉田害虫与天敌的影响［J］．中国生物防治，2002，18（3）：115－119．

［3］ 柏立新，张龙娃，陈小波，等．转Bt基因保铃棉对棉田杂草群落组成与多样性的 影响［J］．植物 生态学报，2003，27（5）：610－616．

［4］ 崔金杰，夏敬源．转Bt基因棉田昆虫群落多样性及其影响因素研究［J］．生态学报，2002，20（5）：824－829．

［5］ 肖松华，吴巧娟，刘剑光，等．转野生荠菜凝集素基因棉花对棉蚜的抗性鉴定［J］．江西农业学报，2006，18（5）：46－50．

［6］ 陈明，罗进仓，周昭旭．棉田节肢动物群落生态学研究进展［J］．植物保护，2010，36（2）：25－30．

［7］ 张龙娃，柏立新，韩召军，等．转Bt基因棉田害虫和天敌组成及优势类群时序动态［J］．棉花学报，2005，17（4）：222－226．

［8］ 崔金杰，雒珺瑜，夏敬源，等．4种不同类型棉田昆虫群落结构的比较［J］．西北农林科技大学学报（自然科学版），2005，33（12）：48－52．

［9］ 崔金杰，夏敬源．转Bt基因棉对天敌种群动态的影响［J］．棉花学报，1999，11（2）：84－91．