转基因抗虫棉对土壤无脊椎动物群落的影响

舒洪岚

摘要：选择连续种植传统非转基因棉、５年连续种植转基因抗虫棉和１０年连续种植转基因抗虫棉的棉田为研究对象，调查了土壤０～２０ ｃｍ的小型无脊椎动物的群落组成和多样性变化。结果表明，与种植传统非转基因棉相比，种植转基因抗虫棉对土壤小型无脊椎动物的种类和数量等没有显著性差异，但减少了双翅目的优势种群。种植５年转基因抗虫棉会降低土壤无脊椎动物的Ｓｉｍｐｓｏｎ指数、Ｓｈａｎｎｏｎ－Wｉｅｎｅｒ多样性指数和Ｐｉｅｌｏｕ均匀度。

关键词：转基因抗虫棉；土壤无脊椎动物；群落多样性

中图分类号：Ｓ１５４．１文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）15－3226-04

Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ Pｅｓｔ-Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｃｏｔｔｏｎ ｏｎ Ｓｏｉｌ Ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ

ＳＨＵ Ｈｏｎｇ－ｌａｎ

（Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ ａｎｄ Ｆｉｎａｎｃｅ， Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００３２， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Tｒａｄｉｔｉｏｎａｌ （ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ） ｃｏｔｔｏｎ， ５ｔｈ ｙｅａｒ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ－ｐｅｓｔ ｃｏｔｔｏｎ ａｎｄ １０ｔｈ ｙｅａｒ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ were selected to ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔ ｔｈｅ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｏｉｌ ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ ｉｎ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ０～２０ ｃｍ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ was ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓｍａｌｌ ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｏｔｔｏｎ， ｂｕｔ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ ｄｅｃｒｅａｓｅd ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｄｉｐｔｅｒａ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ５ｔｈ ｙｅａｒ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ Ｓｉｍｐｓｏｎ， Ｓｈａｎｎｏｎ－Wｉｅｎｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ iｎｄｅｘｅｓ ａｎｄ pｉｅｌｏｕ ｅｖｅｎｎｅｓｓ iｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｓｍａｌｌ ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｏｔｔｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ； ｓｏｉｌ ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ； ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ

转基因抗虫棉给人类带来经济效益的同时，也存在生物安全性问题。转基因抗虫棉的外源基因可来自植物、动物或微生物，例如转Ｂｔ基因棉花中的外源基因来自于微生物。这些可能出现的新组合、新性状是否会改变原有的生态环境，并影响到生态系统的稳定性，已引起各方面的极大关注［１］。转基因抗虫棉的抗虫基因表达蛋白进入土壤生态系统后，可以进入昆虫（包括靶标害虫和非靶标害虫）体内后被降解［２］，但也会改变土壤的特异生物功能类群以及土壤的生物多样性。

依托中国农业科学院棉花研究所的长期田间试验，笔者研究了转基因抗虫棉对土壤无脊椎动物群落的影响，以期为转基因抗虫棉对土壤生态系统的生物安全性评价提供参考。

１材料与方法

１．１田间土壤无脊椎动物调查

试验地位于河南省安阳市白璧镇的中国农业科学院棉花研究所老棉花农场（东经１１６°２２′，北纬３６°0７′）。土壤质地为沙壤土。棉田设３个处理：Ａ．５年连续种植转基因抗虫棉农田（简称５年抗虫棉田）；Ｂ．１０年连续种植转基因抗虫棉农田（简称１０年抗虫棉田）；Ｃ．连续种植非转基因棉农田（常规棉田）。棉田种植情况见表１，每个处理３次重复，棉花种植和管理按一般大田棉花常规进行。分别于２００５年１１月１３日（棉花采集后期）、２００６年４月３日（棉花苗移栽前期）、２００６年７月１７日（棉花开花期）和２００６年１０月１６日（棉花大量采集期）采集土壤样品。每次按对角线５点取样法在单位面积２５ ｃｍ×２５ ｃｍ内，采集０～２０ ｃｍ的土壤表层样品５００ ｇ，并用Ｔｕｌｌｇｒｅｎ法收集土壤无脊椎动物标本。

１．２土壤动物的鉴定和多样性分析

将收集得到的土壤动物置于纯乙醇中保存，参照文献［３］进行分类定名。动物分类一般鉴定到“纲”或者“目”。采用幼虫和成虫综合的方式统计土壤动物数量，并对各个样方进行群落多样性分析［４］。

种群数量等级的划分：根据各个种群的个体数量与群落总个体数量的比值Ｐｉ的大小确定，优势类群的Ｐｉ≥１０％，常见类群为１％≤Ｐｉ＜１0％，Ｐｉ＜１％为稀有类群［５］。

群落多样性分析：运用Ｓｉｍｐｓｏｎ多样性指数、Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多样性指数与Ｐｉｅｌｏｕ均匀度指数等相结合，说明土壤动物群落的多样性水平。

１）Ｓｉｍｐｓｏｎ多样性指数（Ｄ）：它是对集中度的度量，是多样性的反面。计算公式：

Ｄ＝１－■Pi2

其中Pi为第ｉ种占总个体数的比例，Ｓ为丰富度，即群落所包含的物种数。

２）Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多样性指数（Ｈ）：它表明群落中生物种类增多，群落的复杂程度增高，群落中所包含的信息量越多。计算公式：

Ｈ＝-■PilnPi

３）Ｐｉｅｌｏｕ均匀度指数（Ｊ）：用Ｐｉｅｌｏｕ的实测多样性与最大多样性（在给定物种数Ｓ下完全均匀群落的多样性）之比率。计算公式：Ｊ=H/lnＳ。

２结果与分析

２．１棉田土壤无脊椎动物群落组成和变化

在棉田土壤动物调查中，所收集的土壤动物种类隶属于２门６纲8个类群（表２）。

棉田土壤无脊椎动物群落组成和变化如表３。从表３中可以看出，处理间的３个优势种弹尾目、后孔寡毛目和蜱螨目平均数量没有显著差异。但是，常规棉田的优势种有双翅目，而抗虫棉棉田没有。说明转基因抗虫棉对土壤无脊椎动物的种类和数量的影响没有达到显著差异，但对土壤小型无脊椎动物的优势种群有所影响。而杜社裕等［６］研究表明，转基因抗虫棉田（苏抗３１０）土壤主要无脊椎动物数量少于非转基因棉田（泗棉3号），并说明其原因是苏抗３１０的根系分泌物对主要土壤无脊椎动物的数量产生了影响，使之产生了规避性，降低了其在根系周围的数量，进而影响了土壤无脊椎动物的群落稳定性。与本实验结果的差异可能是所试转基因棉品种不同所致，但具体原因还有待将来进一步研究。

２．２群落多样性变化

棉田土壤动物群落多样性指数变化如图１。从图１种群数曲线中可以看出３个处理间的总种数变化趋势一致，下降后都趋于平稳。其中在棉花采集后期（１１－１３），５年抗虫棉田的总种数最多，为９；在棉花大量采集期（１０－１６），常规棉田的总种数最多，为６。Ｓｉｍｐｓｏｎ指数曲线、Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多样性指数曲线和Ｐｉｅｌｏｕ均匀度指数曲线（图1）表明，１０年抗虫棉田和常规棉田的指数曲线几乎完全吻合，５年抗虫棉田的３个指数比它们略低，但３个处理的指数变化趋势几乎一致。说明短期种植转基因抗虫棉会降低土壤无脊椎动物多样性指数和均匀度指数，其原因可能是土壤无脊椎动物对种植转基因抗虫棉需要一定的适应过程。

３结论

与种植常规棉相比，种植转基因抗虫棉对土壤小型无脊椎动物的种类和数量等没有显著性差异，但减少了土壤小型无脊椎动物优势种的数量；种植５年转基因抗虫棉会降低土壤无脊椎动物的Ｓｉｍｐｓｏｎ指数、Ｓｈａｎｎｏｎ－Wｉｅｎｅｒ多样性指数和Ｐｉｅｌｏｕ均匀度指数，但种植１０年转基因抗虫棉对土壤小型无脊椎动物的多样性指数和均匀度指数没有显著的影响。

参考文献：

［１］ 白耀宇，蒋明星，程家安，等．转Ｂｔ基因作物Ｂｔ毒蛋白在土壤中的安全性研究［Ｊ］．应用生态学报，２００３，１４（１１）：２０６２－２０６６．

［２］ ＫＯＳＫＥＬＬＡ Ｊ， ＳＴＯＴＺＫＹ Ｇ． Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｅ ａｎｄ ｃｌａｙ－ｂｏｕｎｄ ｉｎｓｅｃｔｉｃｉｄａｌ ｔｏｘｉｎｓ ｆｒｏｍ Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｓｅｃｔｉｃｉｄａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｆｔｅｒ ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｍｉｃｒｏｂｅｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，１９９７，６３（９）：３５６１－３５６８．

［３］ 尹文英．中国土壤动物检索图鉴［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９８． ５２７－５６２．

［４］ ＭＡＧＵＲＲＡＮ Ａ． Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ［Ｍ］． Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ：Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９８８．８６－９７．

［５］ 殷秀琴，王海霞，周道玮．松嫩草原区不同农业生态系统土壤动物群落特征［Ｊ］．生态学报，２００３，２３（６）：１０７１－１０７８．

［６］ 林社裕，梁建生，陈云．转Ｂｔ基因棉对土壤无脊椎动物影响研究［Ｊ］．南通医学院学报，２００４，２４（４）：３７７－３７８．