转基因棉花对棉蚜个体生长发育和繁殖能力的影响

李海强，王冬梅，李号宾，徐遥，丁瑞丰，潘洪生，阿克旦·吾外士，刘建

(1.新疆农业科学院植物保护研究所/农业部西北荒漠绿洲作物有害生物综合治理重点实验室，乌鲁木齐 8300912.农业部库尔勒作物有害生物综合观测实验站，新疆库尔勒 841000)

0 引 言

【研究意义】棉蚜Aphisgossypii(Glover)是一类世界性的棉花害虫，其能通过刺吸式口器吸食棉花叶片及嫩枝韧皮部汁液中的营养物质，对棉花造成为害，在棉花苗期以及蕾期对棉花影响较大[1-3]。在新疆，1986年棉蚜最早在吐鲁番暴发，并给棉花生产造成了很大的损失，目前已成为新疆棉花上重要害虫之一，对棉花生产造成严重危害[4,5]。新疆是我国的棉花种植大省，棉花产业在我国棉花种植业中已经占有非常重要的地位。2016年新疆棉花种植面积达到215×104hm2(3 233万亩)，总产、单产、出口均居全国第一[6]。新疆种植业结构调整，尤其是新疆南部地区设施农业的发展，以及果树栽培面积的扩大，棉蚜的发生危害呈逐年上升趋势。研究转基因抗虫棉及转基因高产优质棉对棉蚜个体生长发育及繁殖能力的影响，对转基因棉花对棉蚜的生态安全性评价有实际意义。【前人研究进展】由于转Bt基因棉花可有效控制棉铃虫， 因此Bt棉在新疆南疆地区的种植面积逐年增加[7]；同时，由于新疆种植业结构调整，尤其是新疆南部地区设施农业的大力发展以及果树栽培面积的不断扩大，棉蚜的发生危害呈逐年上升趋势。【本研究切入点】随着转Bt棉种植面积的扩大，部分棉区用药水平持续下降，也为棉蚜的暴发创造条件。目前有关转Bt基因棉对棉蚜的影响，目前还未得出统一定论[8]。研究转基因抗虫棉及转基因高产优质棉对棉蚜个体生长发育及繁殖能力的影响。【拟解决的关键问题】研究转Bt基因抗虫棉及转基因高产棉花对棉蚜的影响，为转基因棉花对棉蚜的生态安全性评价提供相关理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

研究采用的棉花材料为转双价基因(CP4EPSPS)抗虫抗草甘膦基因棉花639017、对照为常规棉中棉所49号; 转基因优质高产棉花HN9311，和其对照亲本中棉所12号; 泗棉3号为非转基因常规棉。棉花材料由中国农业科学院棉花研究所提供。按目前常规的“矮、密、早”和膜下滴灌技术，种植于新疆农业科学院库尔勒市和什力克乡基地，种植密度为19.5×104株/hm2，种植时间为2016 年4 月21 日，每个品种的种植面积为534 m2。棉花整个生长期不打任何农药，不摘边心，不打顶，其他为常规管理。

1.2 方 法

1.2.1 转Bt基因抗棉铃虫棉花棉蚜个体生长发育和繁殖能力的测定

待4种棉花品种的棉苗长到2子叶与2真叶期时，用软毛笔将常规棉泗棉3号上饲养的棉蚜成虫，随机挑选并转接到棉蚜饲养罐进行饲养。棉蚜饲养方法采用改良后叶子圆片法饲养蚜虫[8]，将1%琼脂放入直径8 cm 玻璃材料的养虫盒中用来保持水分，待琼脂凝固后，放入大小合适的棉花叶片，随后将蚜虫接到不同品种的棉花叶片上。每个养虫盒接1头，12 h内将成蚜和多余的若蚜除去，每个养虫盒留1头初产若蚜，每个棉花品种设30个重复，置于25℃、相对湿度70%～85%的养虫室内进行饲养。每隔24 h观察记载棉蚜的存活和蜕皮情况，记录棉蚜发育的历期[9]。

1.2.2 蚜虫体重的称量

进入4龄后称量每头蚜虫的体重。称量时先用软毛笔轻轻触碰棉蚜，使其将口针拔出，轻移到十万分之一的天平上进行称量，每5头为一组，在万分之一天平上称重后求其平均值，实验重复三次。称量后再轻移回棉株。

1.3 数据处理

数据处理均采用DPS数据处理系统进行分析。对取食不同棉花品种和棉蚜的各龄发育历期和存活率、成蚜的体重、成蚜的繁殖时间和数量以及生命表参数进行单因素方差分析Duncan氏新复极差法分析。

2 结果与分析

2.1 转Bt基因抗虫棉对棉蚜各龄发育历期影响

研究表明，棉蚜1龄中棉所49号发育天数为1.567 d,高于其他3个供试棉花材料上的平均发育天数。方差分析表明，不同品种棉蚜1龄发育时间均无显著性差异。2、3、4龄棉蚜发育历期也无显著性差异。表1

2.2 转基因棉对棉蚜成虫寿命的影响

研究表明，棉蚜取食不同品种转基因棉花后棉蚜存活最长的为中棉所12号棉花上，为7.05 d，其次依次为HN9311,6.95 d,中棉所49号,6.83 d,6.78 d。方差分析表明，无论取食转Bt基因抗虫棉639017还是取食高产优质棉花HN9311,其成虫寿命都与其相应亲本抗虫棉上饲养的棉蚜无显著差异。图2

2.3 转Bt基因抗虫棉对棉蚜体重的影响

研究表明，4龄若蚜的体重，以取食639017的棉蚜最高，平均为0.153 mg，以取食中棉所49号的棉蚜最低，平均为0.135 mg，方差分析表明，转基因棉花与常规受体棉花之间差异并不显著。图3

表1 转基因棉花下棉蚜各龄发育历期变化Table 1 Effects of transgenic gene cotton on the duration date of A.gosspii

图1 转基因棉花下棉蚜各龄发育历期变化
Fig.1 Effects of transgenic cotton on the duration date of A.gossypii

图2 转基因棉花下棉蚜成虫寿命变化
Fig.2 Effects of transgenic gene cotton on the life-span of A.gossypii

图3 转基因棉花下棉蚜体重变化
Fig.3 Effects of transgenic cotton on the weight of A.gossypii

2.4 转Bt基因抗虫棉对棉蚜繁殖的影响

研究表明，取食转基因高产棉花HN9311及其亲本中棉所12号棉花上的蚜虫产蚜数量要比单价抗虫棉639017、常规棉花中棉所49号多。但方差分析表明，棉蚜无论取食单价抗虫棉还是双价抗虫棉，其成蚜产蚜数量均未达到显著差异。图4

图4 转Bt基因抗虫棉下棉蚜繁殖变化
Fig.4 Effects of transgenic Bt gene cotton on the reproduction of A.gossypii

3 讨 论

棉蚜通过取食转Bt 基因棉后，体内存在少量的Bt 蛋白[11-12]。从生命表参数进一步验证棉蚜在取食转Bt 基因棉后，是否会对其生长发育和生殖力产生影响显得尤为重要。研究结果表明，转Bt基因抗虫棉、转高产优质棉分别与其对照相比对棉蚜发育速度、成蚜寿命、4龄若蚜体重、成蚜繁殖力均没有显著差异。这与刘向东等、万鹏等、李海强等的研究结果是一致的[13-15]。薛丽等[16]在实验室内，棉蚜分别用转Bt 基因棉和亲本常规棉饲养40代以上，与亲本常规棉相比，转Bt 基因棉上棉蚜寿命延长，产蚜数减少，但差异不显著。Liu等[17]发现抗虫棉饲养的第一代棉蚜繁殖时间较长，但是第2代以后转基因抗虫棉和亲本比较繁殖时间差异不显著。试验所选用的转基因棉花品种为含有Bt 基因的双价基因棉，以及转高产优质基因棉，通过试验进一步证实了两种转基因棉对棉蚜生长发育、繁殖力没有影响。

在棉田生态系统中，捕食性天敌可以直接以取食棉蚜的形式获得Bt毒蛋白[11,18,19]。众多的学者也进行了Bt 毒蛋白通过食物链对捕食性天敌的影响，然而结果不尽相同。有学者研究表明取食Bt棉花的棉粉虱能降低龟纹瓢虫的死亡率[20]，转Bt 基因棉能影响棉蚜茧蜂的寄生率和羽化率[21]。也有研究表明，取食转Bt基因棉花对天敌没有影响[12,17]。因此，转基因棉花对棉蚜天敌的影响，以及整个转基因对棉田生态系统的环境安全性评价还需更深入全面的研究。

另外，研究的供试棉蚜只饲养了1代，转基因棉花对棉蚜的影响应进行多代的遗传研究，从而可以更准确的评价转基因棉花对棉蚜生长发育及繁殖力的影响。同时，活体植株直接饲养棉蚜，离体叶片饲养棉蚜，也有可能造成的不同的实验结果，使得结果可能也会有一定的差异。

4 结 论

转Bt基因抗虫棉、转高产优质棉与其对照相比对棉蚜发育速度、蚜寿命、4龄若蚜体重、成蚜繁殖力均没有显著差异。两种转基因棉花对棉蚜生长发育和繁殖没有不利影响。