王 尚， 王柏鳳， 嚴杜升， 王 軍， 武奉慈， 席景會， 宋新元*

1吉林大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130062; 2吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)基因植物 環(huán)境安全監(jiān)督檢驗測試中心，吉林 長春 130124

隨著生物工程育種技術(shù)的完善與成熟，轉(zhuǎn)基因手段已成為改良玉米品種的重要途徑之一。具有降低成本、減少農(nóng)藥殘留、簡化管理、提高產(chǎn)量等諸多優(yōu)點的轉(zhuǎn)基因玉米越來越受到人們的青睞(陳潔君等，2007)。1996年轉(zhuǎn)基因玉米商業(yè)化推廣以來，其種植面積不斷增加，截至2013年，全球轉(zhuǎn)基因玉米種植國家達17個，種植總面積超過5000萬hm2，占全球玉米種植總面積的32%(James，2014)。轉(zhuǎn)基因玉米帶來巨大社會和經(jīng)濟效益的同時，其對環(huán)境、尤其是對生物多樣性可能帶來的潛在風(fēng)險也引起人們關(guān)注(宋新元等，2011； 左嬌等，2014)。

節(jié)肢動物是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)正常生態(tài)功能的重要因素，因此節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)及其重要類群的季節(jié)動態(tài)一直是轉(zhuǎn)基因植物環(huán)境安全評價關(guān)注的重要內(nèi)容。2007年我國頒布了轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米、抗除草劑玉米對生物多樣性影響的環(huán)境安全評價標準(中華人民共和國農(nóng)業(yè)部，2007)，亦將轉(zhuǎn)基因玉米對節(jié)肢動物多樣性的影響作為重要評價內(nèi)容。目前，國內(nèi)外關(guān)于抗蟲性狀轉(zhuǎn)基因玉米對節(jié)肢動物影響的研究較多(劉慧等，2012； 劉俊峰等，2013； 盧穎等，2008； Farinósetal.,2008; Stephensetal.,2012)，但是關(guān)于抗除草劑性狀轉(zhuǎn)基因玉米對田間節(jié)肢動物多樣性影響的報道相對較少。

本研究選址于我國重要的東北春玉米區(qū)吉林，選取我國研發(fā)階段最靠前(生產(chǎn)性試驗)、最具產(chǎn)業(yè)化前景的轉(zhuǎn)EPSPS(5-enolpyruvyl-shikimate-3-phosphate synthase，5-烯醇丙酮酰-莽草酸-3-磷酸合成酶)基因抗除草劑玉米CC-2及對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米鄭58為對象，利用直接觀察法和陷阱法，分析節(jié)肢動物群落組成、群落結(jié)構(gòu)、重要類群季節(jié)動態(tài)等參數(shù)，研究轉(zhuǎn)基因玉米對田間節(jié)肢動物多樣性的影響，旨在為轉(zhuǎn)EPSPS基因抗除草劑玉米CC-2未來的推廣提供安全數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

轉(zhuǎn)EPSPS基因抗除草劑玉米品種CC-2(C)及對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米鄭58(CK)，由轉(zhuǎn)基因玉米CC-2的研發(fā)單位中國農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。

1.2 試驗地點

試驗地點為吉林省公主嶺市“國家轉(zhuǎn)基因植物中試與產(chǎn)業(yè)化基地(吉林)”、“農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)基因植物環(huán)境安全監(jiān)督檢驗測試中心(長春)”環(huán)境安全研究試驗圃場。公主嶺市(43°11′～44°09′N，124°10′～125°18′E)位于吉林省中西部，屬于大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫5.6 ℃，年均降水量562 mm，土壤以黑鈣土和薄層黑土為主，有機質(zhì)含量較高(岳書平等，2006)，是國家重要的商品糧基地之一，被稱為松遼平原黃金玉米帶(張大瑜等，2005)。

1.3 試驗設(shè)計

本試驗共3個處理。處理1：轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米不噴施除草劑(C)；處理2：轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米噴施目標除草劑草甘膦(C～H)；處理3：非轉(zhuǎn)基因玉米對照不噴施除草劑(CK)；每個處理3次重復(fù)，共9個小區(qū)，每小區(qū)面積150 m2(10 m×15 m)，隨機區(qū)組排列。試驗種植參考當(dāng)?shù)赜衩状筇锷a(chǎn)方式，常規(guī)耕作管理。

處理2中，目標除草劑為農(nóng)達(41%草甘膦異丙胺鹽水劑，孟山都公司出品)，除草劑噴施時間為玉米V6期(6葉期)，除草劑噴施濃度按說明書推薦劑量，既0.57%農(nóng)達除草劑(5.7 mL農(nóng)達除草劑兌1 L水)。

1.4 調(diào)查方法

1.4.1 直接觀察法 從玉米定苗后10 d到成熟，每10 d調(diào)查1次，每小區(qū)采用對角線5點取樣，每點固定5株玉米。調(diào)查整株玉米(蚜蟲和葉螨，收集上、中、下3葉)及其地面1 m2范圍內(nèi)各種節(jié)肢動物。調(diào)查時，首先快速觀察記錄活潑易動的昆蟲和(或)蜘蛛數(shù)量，對于不易分類的類群，保存到裝有95%乙醇溶液的膠卷盒中，做好標記，帶回實驗室進一步鑒定。

1.4.2 陷阱法 從玉米定苗后10 d到成熟，每10 d調(diào)查1次，每小區(qū)采用對角線5點取樣，每點埋設(shè)3個塑料杯(Φ15 cm×10 cm)，杯與杯間隔0.5 m，杯中放5%的洗滌劑水，液體不超過杯容積的1/3，在埋杯的第2 d，將杯中各種節(jié)肢動物收集起來，保存到裝有95%乙醇溶液的膠卷盒中，做好標記，帶回實驗室鑒定。

鑒定時主要參照《昆蟲分類學(xué)》(鄭樂怡和歸鴻，1999)、《中國昆蟲生態(tài)大圖鑒》(張巍巍和李元勝，2011)等相關(guān)論著，記錄節(jié)肢動物的數(shù)量、種類和發(fā)育階段。

1.5 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)各類群數(shù)量占總量的百分比來劃分節(jié)肢動物的數(shù)量等級：10%以上者為優(yōu)勢類群；1%～10%為常見類群；小于1%為稀有類群(王子健等，2012)。

節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)特征值采用下列公式計算：

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：H′=-∑(ni/N)ln(ni/N)；Simpson優(yōu)勢度指數(shù)：D=∑(ni/N)2；Pielou均勻度指數(shù)：J=H′/lnS。

式中，N為節(jié)肢動物個體總數(shù)，ni為第i類群個體數(shù)，S為節(jié)肢動物類群數(shù)(廖崇惠等，1997)。

通過EXCEL2007對原始數(shù)據(jù)進行整理，運用SPSS 19.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析(one-way analysis，ANOVA)和最小顯著差異法(LSD)進行差異顯著分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 節(jié)肢動物類群及數(shù)量組成

2013年7～9月，8次直接觀察法和陷阱法共采集樣本720份。其中，不噴施除草劑的轉(zhuǎn)基因玉米田(C)中，鑒定出節(jié)肢動物2綱11目23類，平均每小區(qū)節(jié)肢動物個體總數(shù)為909.00頭，優(yōu)勢類群為蚜科和瓢甲科，分別占個體總數(shù)的60.25%和10.01%；常見類群為蠼螋科(5.57%)、蟻科(5.50%)、蜘蛛目(4.55%)、蟋蟀科(3.45%)、葉甲科(2.46%)、嚙蟲目(1.91%)、步甲科(1.50%)、草蛉科(1.21%)；稀有類群13類，其個體總數(shù)占節(jié)肢動物個體總數(shù)的3.59%。噴施除草劑的轉(zhuǎn)基因玉米田(C～H)中，鑒定出節(jié)肢動物2綱11目24類，平均每小區(qū)節(jié)肢動物個體總數(shù)為796.67頭，優(yōu)勢類群為蚜科和瓢甲科，分別占個體總數(shù)的53.51%和12.26%；常見類群為蠼螋科(7.28%)、蟻科(6.78%)、蜘蛛目(5.19%)、蟋蟀科(4.06%)、葉甲科(2.72%)、草蛉科(1.63%)、步甲科(1.46%)、蠅科(1.17%)、鱗翅目幼蟲(1.17%)、嚙蟲目(1.30%)；稀有類群12類，其個體總數(shù)占節(jié)肢動物個體總數(shù)的1.46%。對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米田(CK)中，鑒定出節(jié)肢動物2綱9目22類，平均每小區(qū)節(jié)肢動物個體總數(shù)為773.00頭，優(yōu)勢類群為蚜科和瓢甲科，分別占捕獲個體總數(shù)的54.51%和11.21%；常見類群為蜘蛛目(6.77%)、蠼螋科(6.25%)、蟻科(5.30%)、蟋蟀科(4.36%)、步甲科(2.16%)、嚙蟲目(1.94%)、葉甲科(1.90%)、蠅科(1.34%)；稀有類群12類，其個體總數(shù)占節(jié)肢動物個體總數(shù)的4.27%。統(tǒng)計分析結(jié)果表明，2種處理的轉(zhuǎn)基因玉米田與對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米田間節(jié)肢動物類群基本一致，發(fā)生數(shù)量無顯著差異(表1)。

2.2 對節(jié)肢動物主要類群季節(jié)動態(tài)的影響

對2種處理轉(zhuǎn)基因玉米田與對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米田中蚜科、瓢甲科、蠼螋科、蜘蛛目、蟋蟀科、葉甲科、歩甲科和草蛉科等共8個主要節(jié)肢動物類群季節(jié)動態(tài)變化進行分析，變化趨勢如圖1。其中，瓢甲科、蜘蛛目、葉甲科、歩甲科和草蛉科變化趨勢較為一致，均在初始和結(jié)束調(diào)查時期發(fā)生數(shù)量最少，在7月末發(fā)生量達到最大。蚜科在7月25日左右出現(xiàn)一個高峰然后逐漸減低，9月中下旬有所升高。蚜科與瓢甲科發(fā)生規(guī)律此消彼長，季節(jié)動態(tài)密切相關(guān)，這是由于瓢甲科中異色瓢蟲、龜紋瓢蟲等物種均為蚜蟲的主要天敵昆蟲，對蚜科有明顯控制作用。蠼螋科在8月中下旬和9月上旬發(fā)生量較大，在8月23號達到峰值；蟋蟀科的發(fā)生量較為平穩(wěn)，9月28日發(fā)生量達到最大值。差異顯著性分析結(jié)果表明，各個調(diào)查時期，2種處理的轉(zhuǎn)基因玉米田與對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米田8個主要節(jié)肢動物類群的發(fā)生量均無顯著性差異(P>0.05)。

2.3 對節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)的影響

對2種不同處理方式下的轉(zhuǎn)基因玉米田及其對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米田間節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)動態(tài)變化進行分析，結(jié)果表明，各玉米田間節(jié)肢動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)和Simpson優(yōu)勢度指數(shù)發(fā)生趨勢均十分相似(圖2)。其中，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)均在7月25日突然下降，隨后不斷上升，并分別在8月末和9月初達到峰值，隨后呈下降趨勢；而Simpson優(yōu)勢度指數(shù)變化趨勢恰好相反，在7月25日達到峰值，隨后不斷下降，在8月末達到最低值后又開始上升。差異顯著性分析結(jié)果表明，各個調(diào)查時期，2種處理的轉(zhuǎn)基因玉米與對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米田間Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)盡管存在輕微波動，但均無顯著差異(P>0.05)。

表1 玉米田內(nèi)節(jié)肢動物個體數(shù)(I)及分布頻率(F)Table 1 Abundance (I) and frequency (F) of each arthropod group caught in the fields of the 3 types of maize

數(shù)據(jù)為平均個體數(shù)±SE，n=3。分布頻率為每個類群個體數(shù)量占不同處理玉米田內(nèi)所有節(jié)肢動物個體數(shù)量的百分比，相同小寫字母表示經(jīng)LSD法檢驗轉(zhuǎn)基因玉米田及其對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米田之間無顯著差異(P>0.05)。C：轉(zhuǎn)EPSPS基因抗除草劑玉米不噴施除草劑；C～H：轉(zhuǎn)EPSPS基因抗除草劑玉米噴施除草劑；CK：對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米不噴施除草劑。

Individuals per plot±SE,n=3. The frequency indicates the percentage of the number of individuals of each groups accounting for the total number of individuals of all groups. The same letters in the same column indicate no significant difference between the transgenic maize and the non-transgenic maize atP>0.05 by LSD test. C： Untreated transgenic herbicide-resistant maize； C～H： Transgenic herbicide-resistant maize treated with herbicide； CK： Untreated non-transgenic maize.

3 討論

從轉(zhuǎn)基因玉米誕生起，其生態(tài)安全性問題一直備受關(guān)注。因此，進行轉(zhuǎn)基因玉米對生物多樣性影響的安全評價十分必要。當(dāng)前關(guān)于轉(zhuǎn)基因玉米對節(jié)肢動物多樣性影響的研究不斷增多，采用何種采樣方法至關(guān)重要。目前田間節(jié)肢動物的多樣性調(diào)查方法主要包括直接觀察法、吸蟲器法、地面陷阱法、空中水盆誘捕法和解剖法等，各種方法均有利弊(郭井菲等，2014)。在轉(zhuǎn)抗草甘膦基因大豆對田間節(jié)肢動物影響的研究中，張卓等(2011)僅采用直接觀察法對節(jié)肢動物進行調(diào)查；吳奇等(2008)結(jié)合直接觀察法和吸蟲器法對節(jié)肢動物進行調(diào)查；劉慧等(2012)也采用直接觀察法和吸蟲器法研究了轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米對瓢蟲科天敵種群動態(tài)的影響。

本試驗中，將直接觀察法和陷阱法2種方法相結(jié)合對玉米田間節(jié)肢動物進行調(diào)查。其中，直接觀察法能夠?qū)梢姺秶鷥?nèi)不易移動的全部節(jié)肢動物進行收集(吳奇等，2008)。鑒于直接觀察法對于易逃脫、善藏匿的的節(jié)肢動物不能及時辨清和收集，并且調(diào)查時間在白天，對于夜間活動的節(jié)肢動物種類存在調(diào)查局限，因此又以陷阱法作為補充。陷阱法在埋杯第2天進行收集，雖然較直接觀察法靈活自主性差，但捕獲時間長且經(jīng)歷夜間，彌補了直接觀察法的局限性。本文將2種方法的調(diào)查數(shù)據(jù)進行整合分析，確保分析結(jié)果更為準確可靠。

圖1 轉(zhuǎn)基因玉米及其對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米田間主要類群個體數(shù)量季節(jié)變化Fig.1 Seasonal changes of the dominant arthropod groups in the fields of the 3 types of maize 數(shù)值為平均個體數(shù)±SE。相同小寫字母表示經(jīng)LSD法檢驗轉(zhuǎn)基因玉米田及其對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米田之間無顯著差異(P>0.05)。 Individuals per plot±SE. The same letters in the same column indicate no significant difference between the transgenic maize and the non-transgenic maize at P>0.05 by LSD test.

圖2 不同處理的轉(zhuǎn)基因玉米田及其對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米田節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)Fig.2 Community structure of arthoropods of the diversity of arthropod groups in 3 types of maize.

劉慧等(2012)進行了轉(zhuǎn)cry1Ab基因玉米對瓢蟲科天敵種群動態(tài)影響的研究，結(jié)果表明該轉(zhuǎn)基因玉米對瓢蟲科天敵種群多樣性無不良影響；趙彩云等(2013)研究結(jié)果也表明，轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米對步甲物種多樣性沒有明顯影響；與此類似，郭井菲等(2014)的調(diào)查結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)cry1Ie抗蟲玉米對田間節(jié)肢動物群落多樣性無明顯影響。本試驗得到類似結(jié)果，即在2種處理的轉(zhuǎn)基因玉米田及其對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米田中節(jié)肢動物物種組成相似，主要類群季節(jié)動態(tài)和群落結(jié)構(gòu)指數(shù)動態(tài)變化較為一致，均無顯著差異。本研究結(jié)果初步表明，轉(zhuǎn)EPSPS基因抗除草劑玉米CC-2較之對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米，對田間節(jié)肢動物多樣性無明顯影響，并且在轉(zhuǎn)基因抗除草玉米CC-2田間進行噴施目標除草劑處理，亦對田間節(jié)肢動物多樣性無明顯影響。但本試驗為1年調(diào)查結(jié)果，若想得到更全面、可靠的安全風(fēng)險評估，還有待進一步多年跟蹤調(diào)查。

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