抗草甘膦转基因大豆‘ZH10-6’对田间生物多样性的影响

陈景超 崔海兰 于海燕 李政 贾芳 李香菊

摘要 ：轉基因大豆新品种在商业化之前必须进行环境安全评价，其中，转基因大豆对田间生物多样性的影响是环境安全评价的重要组成部分。本研究以转G2-EPSPS和GAT双价基因的抗草甘膦大豆‘ZH10-6及其受体大豆‘中黄10为材料，于2019年在北京顺义地区进行了大田试验，调查了不同处理对节肢动物多样性、主要病害发生、根瘤菌及杂草多样性的影响。结果表明：与非转基因大豆‘中黄10相比，转基因大豆‘ZH10-6不同处理田间节肢动物物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势集中性指数、Pielou均匀性指数无显著差异;大豆霜霉病与病毒病的发病率和病情指数无显著差异;根瘤数差异不显著，大豆田杂草多样性无显著差异。研究结果为抗草甘膦转基因大豆‘ZH10-6的环境安全性评价提供了依据。

关键词 ：转基因大豆; 草甘膦; 生物多样性; 节肢动物; 杂草

中图分类号：

S 451.1

文献标识码： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2020405

Effects of transgenic glyphosate-resistant soybean ZH10-6 on

the biodiversity in the field

CHEN Jingchao， CUI Hailan， YU Haiyan， LI Zheng， JIA Fang， LI Xiangju*

（Institute of Plant Protection， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100193， China）

Abstract

Environmental safety assessment is a necessary step before commercialization for new transgenic soybean varieties， and evaluating the impacts of genetically modified soybean on biodiversity is an important part of environmental safety assessment. In this study， the effects of transgenic soybean ‘ZH10-6 pyramiding two genes （G2-EPSPS and GAT） and non-transgenic soybean of the receptor variety ‘ZH10 on arthropod diversity， disease occurrence， the number of soybean nodule and weed diversity were investigated in Shunyi district， Beijing in 2019. The results showed that there were no significant differences in arthropod diversity （the species number， Shannon-Wiener diversity index， Simpson index and Pielou index）， disease incidence rate and index， soybean nodules and weed diversity between ‘ZH10-6 and the non-transgenic soybean ‘ZH10. The results provide a basis for the environmental safety assessment of glyphosate-resistant transgenic soybean ‘ZH10-6.

Key words

transgenic soybean; glyphosate; biodiversity; arthropod; weeds

大豆Glycine max起源于中国，是重要的粮食和油料作物，也是养殖业蛋白质饲料的重要来源[1]。从20世纪90年代开始，我国对大豆的需求量猛增，而国内大豆产量无法满足需求，逐渐依赖进口。近年来，我国大豆的进口量一直占需求量的80%以上，且进口大豆绝大部分为转基因大豆[2]。转基因大豆目前在国内主要用于榨油以及生产饲料用豆粕，国产非转基因大豆主要用于直接食用和生产豆制品。进口转基因大豆因其成本低、出油率高等优势不断挤压着国产大豆的市场。国内大豆种植面积不断萎缩以及对进口大豆的高度依赖对我国的粮食安全产生了潜在的威胁。2019年国家提出了大豆振兴计划，推出扩大种植面积等政策推动大豆生产实现“增产、提质、绿色”的目标[3]。

草害可造成作物减产，防治杂草在大豆栽培中尤为重要[4]。转基因技术可以使大豆产生特定性状，如高蛋白、高油酸等。抗除草剂转基因大豆能对特定除草剂产生耐受性，种植转基因大豆不仅可以充分利用优良除草剂防除大豆田间杂草，提高产量，还能简化田间杂草管理，降低成本，增加收益[5]。抗除草剂转基因大豆于1994年在美国获得商业化许可，1996年开始商业化种植，到2018年全球转基因大豆种植面积为9 633万hm2，占全球转基因作物种植面积的78%[6]。我国没有批准转基因大豆的种植，但一直通过转基因专项等科研项目大力扶持相关研究，并取得了很大进展。其中就包括转基因作物的生物安全问题，包括基因漂移、转基因作物杂草化等[7]。

转G2-EPSPS和GAT基因抗草甘膦大豆‘ZH10-6是我国自主研发的转基因大豆材料，但此品种对大豆田间生物多样性是否产生影响的研究还较少。本研究于2019年大豆生长季，系统调查了‘ZH10-6和非转基因大豆‘中黄10田间节肢动物多样性、主要病害、根瘤菌的发生情况以及杂草的多样性，为明确转G2-EPSPS和GAT基因抗草甘膦大豆‘ZH10-6对农田生物多样性的影响提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本研究所用的大豆材料分别为：转G2-EPSPS和GAT双价基因大豆‘ZH10-6及其非转基因受体大豆‘中黄10。两种供试大豆均由中国农业科学院作物科学研究所提供。种子质量均不低于GB4404.2二级豆类种子标准。

1.2 试验地点

试验地位于中国农业科学院作物科学研究所顺义区赵全营镇试验基地（40°13′N，116°33′E）。试验基地年平均气温13.9℃，无霜期为200 d，年降水量650 mm，土壤类型为潮土。试验使用的靶标除草剂草甘膦为41%草甘膦异丙胺盐水剂（AS），拜耳股份公司。

1.3 试验设计

试验按照《转基因植物及其产品环境安全检测 耐除草剂大豆 第4部分：生物多样性影响》（农业部2031号公告-4-2013）[8]的相关规范要求进行。采用随机区组设计，重复3次。每小区面积150 m2。小区间设有1.0 m宽隔离带。大豆播种前进行旋耕整地，机器开沟，人工条播方式播种，播种深度5 cm左右，行距45 cm，出苗后间苗留株距10 cm。

试验设以下处理：1）‘ZH10-6不喷施除草剂;2）‘ZH10-6喷施靶标除草剂;3）‘中黄10不喷施除草剂。除草剂喷施时间为大豆V3期，剂量为900 g/hm2，喷液量450 L/hm2。

1.4 试验调查与数据分析

1.4.1 大豆田节肢动物调查

从大豆出苗到成熟，每10 d调查1次，调查方法为直接观察法，调查时采用每小区对角线5点取样，每点调查20株，记录大豆植株上节肢动物的种类和数量。

1.4.2 大豆主要病害调查

分别在大豆苗期、鼓粒期对大豆病毒病进行调查;在大豆出苗后30 d、始花期、鼓粒期各调查1次大豆霜霉病。不同处理大豆主要病害均采用对角线5点取样，每点20株。调查时记录各种病害的发病株数、发病级别，并计算发病率和病情指数[9]。

1.4.3 大豆根瘤菌调查

大豆R5至R6期，每小区采用对角线5点取样，每点调查20株大豆，并记录大豆根瘤数。

1.4.4 大豆田主要杂草调查

大豆田主要杂草调查方法根据《农药田间药效试验准则（二）第125部分：除草剂防治大豆田杂草》（GB/T 17980.125-2004）的相关要求，采用随机取样调查，每小区取4点，每点1 m2。在喷施草甘膦当天（施药前），施药后14、21 d和42 d各调查1次，记录各处理杂草种类，数量[10]。

1.5 统计分析

统计分析各个调查时期不同处理节肢动物的发生数量，计算不同处理各时期节肢动物Shannon-Wiener多样性指数（H）、Pielou均匀性指数（J）和Simpson优势集中性指数（C）：

H=-∑si=1PilnPi

J=H/lnS

C=∑si=1P2i

式中：Pi=Ni/N，Ni为第i个物种的个体数;N为群落中所有物种的总个体数;S为群落中的物种数。

大豆主要病害发病率按以下公式：D=N1/T1，式中D为发病率（%）;N1为发病植株数;T1为调查总株数。

病情指数计算公式为：I=100×[∑（N2×R）]/（T2×M），

式中：I为病情指数;N2为各级发病植株数;R为相应病级值;T2为调查总株数;M为分级的最高病级值。

用SPSS软件对数据进行差异显著性分析。比较不同大豆对节肢动物多样性、大豆病害、大豆根瘤数及杂草群落结构的影响。

2 结果与分析

2.1 不同大豆品种对田间节肢动物多样性的影响

调查结果显示，转基因大豆与受体大豆不同指标的变化趋势相似（图1～4）。在出苗期，大豆田间节肢动物的种类最少，仅有8～10种，随着时间的推移，3种处理（‘ZH10-6喷施草甘膦，‘ZH10-6不喷施除草剂，‘中黄10不喷施除草剂）大豆田间节肢动物种类迅速上升，最多可达到21种（图1）。7月中旬至8月中旬，不同处理的节肢动物种类及多样性指数出现下降的趋势。在大豆生长后期，随着蚜虫、蝽类等节肢动物种类及数量的增加，Shannon-Wiener多样性指数也出现了波动（图2）。在大豆整个生育期内，3种处理的田间节肢动物物种数及多样性指数差异不显著。

大豆苗期第1次调查时，由于田间主要节肢动物种类较少，主要为蚜虫与蓟马，Simpson优势集中性指数较高。随后，田间节肢动物的种类和数量迅速上升，优势集中性指数也缓慢下降（图3）。在整个调查期间，3种不同处理的节肢动物群落优势集中性指数无显著差异。

在大豆生长初期，由于节肢动物种类较少且数量差异大，不同处理田间节肢动物的Pielou均匀性指数较小。7月上旬开始，随着节肢动物种类和数量的增加，均匀性指数也缓慢上升（图4）。在大豆生长后期，由于天气等原因，均匀性指数出现波动，但是3种不同处理大豆田节肢动物的均匀性指数差异不显著。

2.2 对大豆田主要病害发生的影响

3种处理大豆（‘ZH10-6喷施草甘膦，‘ZH10-6不喷施除草剂，‘中黄10不喷施除草剂）在生长前期，霜霉病没有发生，虽然到生长后期（鼓粒期）有一定的发病率，但只是点片发生，不具有普遍性，且病情指数相对较低（表1）。整个大豆生长期，3种处理大豆田均没有发生病毒病。在相同调查时间，轉

基因大豆‘ZH10-6‘ZH10-6喷施除草剂及‘中黄103种不同处理间，大豆霜霉病、病毒病的发病率及病情指数均无显著差异。

2.3 对大豆根瘤菌的影响

大豆R5至R6期调查大豆根瘤数，结果发现，‘ZH10-6‘ZH10-6喷施草甘膦及‘中黄10平均根瘤数分别为（50±19）、（51±12）个和（57±20）个，三者之间无显著差异。结果表明，转基因大豆及转基因大豆喷施草甘膦对根系大豆根瘤菌根瘤的个数无显著影响。

2.4 对大豆田主要杂草发生的影响

调查结果表明，大豆田间的主要阔叶杂草有：反枝苋Amaranthus retroflexus、马泡瓜Cucumis melo subsp. agrestis、藜Chenopodium album和马齿苋Portulaca oleracea;禾本科杂草主要有牛筋草Eleusine indica、马唐Digitaria sanguinalis。喷药之前，3种不同大豆处理田间杂草的种类、数量均无显著差异。喷药当天，对‘ZH10-6与对照大豆‘中黄10进行了人工除草。施药后2周调查，除反枝苋外，施用草甘膦的处理区杂草株数与人工除草无显著差异。草甘膦处理后第3、4周调查，施用草甘膦的处理杂草种类与人工除草区无差异（表2）。

3 讨论

转基因抗除草剂作物对田间生物多样性的影响是其安全性评价的重要组成部分，也是转基因抗除草剂大豆商业化之前的必要环节。随着国内对转基因作物新品种研发投入的不断增加，其对田间生物多样性的影响也成为研究的热点。目前，绝大多数相关研究支持转基因抗除草剂作物的种植对田间生物多样性无显著影响。张卓等对抗草甘膦转基因大豆‘呼交03-263和‘呼交06-698的调查结果均表明，转基因大豆田间节肢动物的多样性与受体无统计学差异[11]。李凡等认为抗除草剂转基因大豆‘HRS田间节肢动物的多样性与受体大豆‘RS无显著差异[12]，相似的结果也在抗草甘膦转基因大豆‘SHZD32-01中被发现[13]。与抗除草剂转基因大豆相似，抗除草劑转基因玉米对田间节肢动物多样性的影响也大多与受体品种无显著差异[1418]。然而，也有研究报道转基因作物对田间生物多样性产生影响，刘来盘等在对抗草甘膦转基因大豆‘ZUTS-33调查时发现其田间生物多样性与受体大豆无差异[19]，但是，郭慧等对相同的材料进行研究时却发现其对节肢动物的多样性有短暂的影响，该研究认为这种波动与转基因大豆田喷施除草剂草甘膦有一定关系[20]。国外也有学者推测，部分与杂草关系密切的节肢动物数量在施用草甘膦之后可能出现波动[21]。

转基因大豆对主要病害及根瘤菌发生的影响也是评价其生物安全性的重要指标。本研究发现大豆霜霉病在大豆生长后期发生，但是病情指数相对较低，这与转基因大豆‘ZUTS-33的研究结果相似[1920]。由于霜霉病在大豆田发生不均匀，呈现点片发生特征，且不同重复之间发病率及病情指数差异较大，因此标准误较大（表1）。本研究发现3种处理的大豆在不同时期均未发生病毒病，而转基因大豆‘ZUTS-33的整个生长期都有病毒病发生[1920]。由于大豆品种、调查地点及调查期间天气的不同，大豆主要病害在不同转基因抗除草剂大豆田的发生状况不同，但与共同试验的非转基因大豆相比，相关指标都无显著差异[1920]。本研究发现转基因大豆‘ZH10-6在有无喷施草甘膦的情况下，与非转基因大豆‘中黄10根系的根瘤菌个数无显著差异。研究结果与转基因高油酸大豆‘HOA80的相关调查结果相似[22]。陶波等通过连续三年的试验证实‘ZH10-6对土壤微生物数量及土壤酶活性的影响与受体大豆‘中黄10没有差异[23]。与‘ZH10-6的调查结果不同，抗草甘膦转基因大豆‘SHZD32-01在草甘膦处理之后（结荚期）根际土壤细菌和根瘤菌与非转基因大豆‘中豆32有显著差异，但其影响随大豆生育期的推移而消失[24]。

草甘膦是一种优良的灭生性除草剂，可以有效地防除杂草。本研究发现喷施推荐剂量的草甘膦对转基因大豆‘ZH10-6田间杂草的防除效果与人工除草相当。与非转基因处理相比，主要发生杂草的种类在试验当年也无显著改变。这与转基因抗草甘膦大豆‘SHZD32-01及抗虫耐草甘膦玉米的相关研究结果一致[13， 25]。短期喷施草甘膦可能对杂草群落组成影响较小，但有研究指出，喷施草甘膦3年后，田间杂草群落结构发生改变，其中苋属和藜等杂草发生更加频繁[26]，因此评估草甘膦对杂草群落的影响仍需要长期全面的数据。

与抗除草剂转基因作物不同，部分转基因抗虫作物或者兼具抗除草剂与抗虫性状的转基因作物对田间节肢动物产生影响的相关报道较多。有研究发现，与‘中棉所16号相比，转Bt基因抗虫棉‘R936在麦套夏播条件下昆虫群落、害虫和天敌亚群落的多样性指数和均匀度指数均降低，而优势度则显著升高[2728]。也有研究通过长期监测发现，转Bt基因棉田中盲蝽种群因为杀虫剂使用的减少而逐步增大，成为棉田害虫优势种[29]。以上研究结果表明，转基因作物对生物多样性的影响因转基因类型及评价对象而异，因此，其环境安全评价应遵循“个案分析”原则。

本研究根据相关标准的规定，2019年在北京顺义地区调查了转G2-EPSPS和GAT双价基因的抗草甘膦大豆‘ZH10-6对田间节肢动物多样性、大豆主要病害、大豆根瘤菌及大豆田间杂草多样性的影响。通过调查整个大豆生育期的相关参数，发现转基因大豆‘ZH10-6在有无喷施草甘膦的情况下，与非转基因大豆‘中黄10的各项参数均无显著差异。

参考文献

[1] 李福山. 大豆起源及其演化研究[J]. 大豆科学， 1994， 13（1）： 6166.

[2] 郑键， 谢长城. 2020年全球大豆生产形势及中国市场趋势分析[J]. 中国畜牧杂志， 2020， 56（7）： 188190.

[3] 原梓涵， 邵娜. 大豆振兴计划实施背景下中国大豆市场分析及未来展望[J]. 农业展望， 2019， 15（6）： 49.

[4] 于惠林， 贾芳， 全宗华， 等. 施用草甘膦对转基因抗除草剂大豆田杂草防除、大豆安全性及杂草发生的影响[J]. 中国农业科学， 2020， 53（6）： 11661177.

[5] 蔡洪生. 认识转基因大豆[J]. 大豆科技， 2020（3）： 4647.

[6] ISAAA. Global status of commercialized biotech/GM crops 2018： Biotech crop continue to help meet the challenges of increased population and climate change [R]. Brief No. 54. Ithaca， NewYork： International Service for the Acquisition of AgriBiotech Applications ISAAA， 2018.

[7] 程鹏， 白韵旗， 苏安玉， 等. 中国大豆转基因安全评价[J]. 大豆科技， 2019（5）： 2630.

[8] 全国农业转基因生物安全管理标准化技术委员会.农业部2031号公告-4-2031， 转基因植物及其产品环境安全检测 耐除草剂除大豆 第4部分： 生物多样性影响[S]. 北京： 中国农业出版社， 2013.

[9] 中华人民共和国农业部. 转基因大豆环境安全检测技术规范：第3部分 对生物多样性影响的检测：NY/T7 19.32003[S]. 北京： 中国农业出版社， 2004.

[10]中华人民共和国农业部. 农药 田间药效试验准则（二）第125部分 除草剂防治大豆田杂草：GB/T 17980.1252004[S]. 北京： 中国标准出版社， 2004.

[11]张卓， 黄文坤， 刘茂炎， 等. 转基因耐草甘膦大豆对豆田节肢动物群落多样性的影响[J]. 植物保护， 2011， 37（6）： 115119.

[12]李凡， 孙红炜， 赵维， 等. 抗除草剂转基因大豆对田间节肢动物群落多样性的影响[J]. 山东农业科学， 2013， 45（7）： 8386.

[13]陳伟， 李娜， 曹越平. 抗草甘膦转基因大豆SHZD32-01田间节肢动物和杂草多样性研究[J]. 上海交通大学学报（农业科学版）， 2019， 37（1）： 5460.

[14]何浩鹏， 任振涛， 沈文静， 等. 耐除草剂转基因玉米对田间节肢动物群落多样性的影响[J]. 生态与农村环境学报， 2018， 34（4）： 333341.

[15]鲜一丹， 任振涛， 沈文静， 等. 转基因双抗除草剂玉米对田间节肢动物群落多样性的影响[J]. 中央民族大学学报（自然科学版）， 2020， 29（2）： 512.

[16]任振涛， 沈文静， 刘标， 等. 转基因玉米对田间节肢动物群落多样性的影响[J]. 中国农业科学， 2017， 50（12）： 23152325.

[17]张洵铭， 崔彦泽， 王柏凤， 等. 转Cry1Ab/Cry2Aj和G10evo-EPSPS基因玉米12-5对田间节肢动物群落的影响[J]. 延边大学农学学报， 2018， 40（3）： 2228.

[18]马燕婕， 何浩鹏， 沈文静， 等. 转基因玉米对田间节肢动物群落多样性的影响[J]. 生物多样性， 2019， 27（4）： 419432.

[19]刘来盘， 沈文静， 薛堃， 等. 转g10-epsps基因耐除草剂大豆ZUTS-33对农田生物多样性的影响[J]. 应用生态学报， 2020， 31（1）： 122128.

[20]郭慧， 刘来盘， 沈文静， 等. 转基因耐除草剂大豆ZUTS-33对田间生物多样性的影响[J]. 中央民族大学学报（自然科学版）， 2020， 29（2）： 2126.

[21]CERDEIRA A L， GAZZIERO D L P， DUKE S O， et al. Review of potential environmental impacts of transgenic glyphosate-resistant soybean in Brazil [J]. Journal of Environmental Science and Health， Part B， 2007， 42（5）： 539549.

[22]康岭生， 马瑞， 杨向东， 等. 高油酸转基因大豆HOA80对生物多样性影响的检测[J]. 吉林农业科学， 2014， 39（2）： 3336.

[23]陶波， 曹宝祥， 韩玉军， 等. 转G2-EPSPS和GAT基因抗草甘膦大豆对土壤微环境的影响[J]. 中国生物防治学报， 2019， 35（2）： 203208.

[24]沈彬， 洪鑫， 曹越平， 等. 抗草甘膦转基因大豆对根际土壤细菌及根瘤菌的影响[J]. 应用生态学报， 2018， 29（9）： 29882996.

[25]赵思楠. 转基因玉米“双抗12-6”草甘膦耐受性、生存竞争力及其对杂草多样性影响的研究[D].杭州： 浙江大学， 2016.

[26]SHANER D. The impact of glyphosate-tolerant crops on the use of other herbicides and on resistance management [J]. Pest Management Science， 2000， 56（4）： 320326.

[27]崔金杰， 夏敬源. 麦套夏播转Bt基因棉田主要害虫及其天敌的发生规律[J]. 棉花学报， 1998， 10（5）： 255262.

[28]崔金杰， 夏敬源. 麦套夏播转Bt基因棉R93-6对昆虫群落的影响[J]. 昆虫学报， 2000， 43（1）： 4351.

[29]LU Yanhui， WU Kongming， JIANG Yuying， et al. Mirid bug outbreaks in multiple crops correlated with wide-scale adoption of Bt cotton in China [J]. Science， 2010， 328（5982）： 11511154.

（责任编辑：杨明丽）