转cry1Ab基因玉米对瓢虫科天敌种群动态的影响

刘 慧，何康来，白树雄，王振营

中国农业科学院植物保护研究所，植物病虫害生物学国家重点实验室，北京100193

目前，在已进入商业化应用的转基因抗虫作物中，导入基因主要来自苏云金芽孢杆菌 Bacillus thuringiensis(简称Bt)杀虫晶体蛋白基因。已有研究表明，转cry1Ab基因抗虫玉米对欧洲玉米螟Ostrinia nubilalis(Hübner)具有很好的控制作用(Ostlie et al.，1997)，并且可明显减轻玉米穗腐病的发生，降低玉米籽粒中的霉菌毒素，提高品质(Munkvold et al.，1999)。Bt 玉米对亚洲玉米螟O.furnacalis(Guenée)也有很好的控制效果(王冬妍等，2004;He et al.，2006)。至2011 年 Bt玉米已在全球16个国家商业化种植，种植面积已达5100万hm2，占全球转基因作物种植面积的32%(James，2012)。我国研发的转Bt基因抗虫玉米已进入环境释放阶段。孟山都公司以及杜邦公司的转cry1Ab基因玉米MON810和先正达公司的转cry1Ab基因玉米Bt11也先后被批准在我国进行环境释放，有的已进入生产性试验阶段。

Losey et al.(1999)发表了抗鳞翅目害虫的Bt玉米花粉对帝王斑蝶Danaus plexippus(L.)有潜在风险的论述。尽管后来的研究表明，目前商业化的转Bt基因玉米对帝王斑蝶种群的影响微乎其微(Shelton et al.，2002)，但转基因抗虫作物对非靶标生物的影响仍受到广泛关注。大规模种植Bt作物是否会影响农田生态系统中天敌的种类和数量也引起各国研究人员的重视。有研究表明，在Bt棉田内，七星瓢虫Coccinella septempunctata L.、龟纹瓢虫Propylaea japonica(Thunberg)、草间小黑蛛Ergonidium graminicolum(Sundevall)和大眼蝉长蝽Geocoris punctipes(Say)的捕食量显著高于常规田，但其种群数量与常规棉田无显著差异(崔金杰和夏敬源，1998、1999)。瓢虫是玉米田的一类重要的多食性天敌昆虫，其在Bt玉米田间可能直接或间接摄入杀虫蛋白(Álvarez-Alfageme et al.，2008;Lundgren et al.，2005;Wold et al.，2001)，且可能影响其生长发育，进而影响其在田间的种群动态。因此，本研究通过对转cry1Ab基因玉米田与对照玉米田中瓢虫科天敌昆虫种类丰富度和种群动态的比较，研究转cry1Ab基因玉米对主要瓢虫科天敌的影响。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验设计

供试玉米品种是由孟山都远东公司提供的转cry1Ab基因的抗虫玉米(Event MON810)及非转基因玉米对照。试验地点位于河北省廊坊市中国农业科学院植物保护研究所试验基地。分春播和夏播，Bt玉米及其对照亲本玉米小区随机排列，每小区面积为20 m×20 m，重复4次。肥水管理按常规操作，全生育期未使用任何农药。

1.2 调查方法

1.2.1 直接观察调查法 从定苗后10 d到成熟，每5 d调查1次，每小区采用双对角线5点取样，每点调查20株玉米。记录整株玉米上各种瓢虫的种类、数量和发育阶段。将田间不易识别的种类编号，带回室内鉴定。

1.2.2 吸虫器调查法 吸虫器由山东华盛农业药械股份有限公司生产的机动喷雾器改装而成。从定苗15 d后开始，利用吸虫器依照双对角线5点取样法进行抽样。每点抽取10株玉米(全株)及其地面1 m2范围内的所有节肢动物。将抽取的样品带回室内清理，挑出瓢虫科昆虫，并对其进行分类和计数。

1.2.3 调查时间 调查于2004年进行，春播玉米从6月15日开始到8月23日结束;夏播玉米从7月28日开始到10月5日结束。

1.3 数据分析

本试验数据均采用SPSS11.5软件进行分析，差异显著性比较采用t测验。

2 结果与分析

2.1 对瓢虫科昆虫物种丰富度和优势度的影响

瓢虫科昆虫是玉米田捕食性天敌的主要类群。本研究表明，Bt玉米田与对照田瓢虫科昆虫种类相同，有龟纹瓢虫、异色瓢虫Harmonia axyridis(Pallas)、七星瓢虫、黑背毛瓢虫 Scymnus(Neopullus)babai Sasaji、深点食螨瓢虫 Stethorus punctillum(Weise)、长隆小毛瓢虫 Scymnus folchinii(Canepari)、连斑小毛瓢虫Scymnus inderihensis(Mulsant)和展缘异点瓢虫Anisosticta kabensis(Lewis)等8种。其中，春播时Bt玉米田与对照田以龟纹瓢虫为优势种，夏播时以龟纹瓢虫和异色瓢虫为主，七星瓢虫和深点食螨瓢虫次之，其余4种瓢虫数量较少(表1)。

2.2 对龟纹瓢虫种群动态的影响

图1显示，Bt玉米田龟纹瓢虫种群消长动态趋势和对照田基本一致。春播Bt玉米田中龟纹瓢虫的数量仅在玉米生长后期显著高于对照田，其他时期与对照田没有显著差异。夏播Bt玉米田中龟纹瓢虫的种群数量较对照田或高或低，但两者间无显著性差异。

2.3 对异色瓢虫种群动态的影响

从图2可以看出，Bt玉米田异色瓢虫种群数量的变化趋势与对照基本相似。春播Bt玉米田中异色瓢虫在玉米各生育期的种群数量与对照田没有明显差异。夏播Bt玉米田中异色瓢虫种群数量在8月17日和9月27日与对照田存在显著差异;8月17日Bt玉米田异色瓢虫数量显著高于对照田，而9月27日Bt玉米田异色瓢虫数量显著低于对照田。其他时间两者没有显著差异。

表1 Bt玉米和对照玉米田瓢虫科昆虫优势度比较Table 1 Comparison of the abundance of species of Coccinellidae between MON810 and non-Bt corn fields

图1 Bt玉米田与对照田龟纹瓢虫种群消长动态Fig.1 The seasonal dynamics of P.japonica in Bt maize MON810 and non-Bt maize fields at Langfang，Hebei Province，China

图2 Bt玉米田与对照田异色瓢虫种群消长动态Fig.2 The seasonal dynamics of H.axyridis in Bt maize MON810 and non-Bt maize fields at Langfang，Hebei Province，China

3 讨论

已有研究表明，Bt玉米对捕食性天敌的种群数量和捕食作用没有明显的副作用(Al-Deeb et al.，2001;Dogan et al.，1996;Orr，1997;Ostlite et al.，1997;Pilcher et al.，1997)。玉米田中常见的 3 种捕食性天敌，斑鞘饰瓢虫Coleomegilla maculata De-Geer，狡诈花蝽 Orius insidiosus Say和草蛉 Chrysoperla carnea Stephens幼虫直接取食Bt玉米花粉，不会影响其发育或存活(Pilcher et al.，1997)。在实验室中给斑鞘饰瓢虫喂以不同浓度的表达Cry3Bb杀虫蛋白的MON863玉米的混合花粉，发现MON863花粉对斑鞘饰瓢虫的适度参数没有影响(Lundgren et al.，2002)。取食在转 cry1Ab 基因玉米MON810和Bt11上繁殖的玉米蚜Rhopalosiphum maidis(Fitch)以及直接取食这2种Bt玉米的花粉对龟纹瓢虫的存活、生长、发育和繁殖没有明显的不利影响(李丽莉，2004)。用转 cry1Ah或 cry1Ab基因玉米花粉饲喂异色瓢虫的结果表明，与对照相比，异色瓢虫各虫态发育历期没有显著差异，多数龄期体内的α-乙酸萘酯酶、乙酰胆碱酯酶以及谷光甘肽-S-转移酶活性与对照组相比没有显著差异(崔蕾等，2011a;张永军等，2005)。研究转cry1Ab基因玉米对深点食螨瓢虫适应度和消化的影响发现，Bt玉米对其存活、成虫发育历期和繁殖以及消化功能没有显著的负面影响(Álvarez-Alfageme et al.，2008)。进一步的研究表明，深点食螨瓢虫取食转cry1Ab基因玉米上的二斑叶螨Tetranychus urticae Koch后对其幼虫和成虫的存活率、发育历期和干重均没有不利影响(Li et al.，2010)。室内研究表明，Cry1Ab和Cry3Bb杀虫蛋白对二星瓢虫Adalia bipunctata(L.)幼虫的死亡率、体重和发育历期没有显著的负面影响(Álvarez-Alfageme et al.，2011)，这与Schmidt et al.(2009)的研究结果有差异，后者研究表明，取食Cry1Ab和Cry3Bb杀虫蛋白的二星瓢虫幼虫和蛹的死亡率显著高于对照。转cry1Ah基因玉米花粉对龟纹瓢虫幼虫发育历期、成虫重量、蛹重、幼虫/成虫存活率和成虫的步速以及翻跃时间没有显著的负面影响(崔蕾等，2011b)。

也有研究表明，基因抗虫作物对捕食性瓢虫有不利影响，在实验室条件下，给二星瓢虫成虫喂以取食过叶片中表达雪花莲凝集素(GNA)的转基因马铃薯的蚜虫12 d后，二星瓢虫的繁殖力、卵的存活率和寿命明显下降;在给二星瓢虫改喂来自非转基因大豆上的豌豆蚜Acyrthosiphon pisum Harris后，负面影响消失了。这可能是因为抗蚜蛋白在蚜虫肠道组织中被吸收和积累，从而以较高的浓度有效地传送给瓢虫，也可能是因为取食GNA植物后蚜虫生长发育延缓或发育不良，从而导致自身营养价值降低，或者是前两者的联合作用(Birch et al.，1999)。

本研究结果显示，转 cry1Ab基因抗虫玉米田与对照田瓢虫科昆虫种类和优势种群组成相同。春播时Bt玉米田与对照田以龟纹瓢虫的优势度最高，仅在玉米生长后期Bt玉米田中的龟纹瓢虫数量显著高于对照田，其他时期没有显著差异。夏播时以龟纹瓢虫和异色瓢虫为主，仅在8月17日Bt玉米田中异色瓢虫数量显著高于对照田，在9月27日显著低于对照田，而其他时期Bt玉米田和对照田中异色瓢虫优势度以及田间种群动态没有显著差异。这可能由于以上2个时间点Bt玉米田和对照田中蚜虫数量不同，从而影响了瓢虫的数量。由此可以得出，转cry1Ab基因玉米(MON810)对玉米田重要的瓢虫科天敌的丰富度、优势度和种群动态没有不良影响。

本研究结果仅从田间种群数量上评价了转cry1Ab抗虫玉米对捕食性瓢虫的影响，并且只是短期的试验结果。有关转Bt基因抗虫玉米对瓢虫科天敌长期的潜在效应需要进一步深入的研究。

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