转Cry1Ab/Ac基因水稻对稻田底栖动物群落的生态安全性

为探究转Bt基因抗虫水稻对稻田水生生物的安全性,以转Cry1Ab/Ac基因抗虫水稻华恢1号(HH1)为材料,其非转基因水稻亲本明恢63(MH63)为对照,以底栖动物群落为指示生物,运用群落学方法研究了湖南湘潭转Bt水稻对稻田底栖动物群落的影响。结果显示,2012年在HH1与MH63稻田中,分别采集到底栖动物37种和38种,二者共有物种31种,群落物种相似度为0.8267,优势种相似度为0.8235;2013年在HH1与MH63稻田中分别采集到底栖动物40种和41种,二者共有物种33种,群落物种相似度为0.8148,优势种相似度为0.9231;2012与2013年在HH1与MH63稻田生境中,物种丰富度、个体数量、群落多样性指数、均匀性指数与优势集中性指数的时间动态趋势一致,且均无显著差异。研究表明,连续2年稻田种植转Cry1Ab/Ac基因抗虫水稻HH1,在群落水平上对湖南湘潭地区稻田底栖动物无显著影响。     

转Bt水稻种植与杀虫剂使用对土壤线虫群落的影响

为明确转Bt水稻对稻田土壤生物群落的生态风险性,于2012—2013连续2年大田试验调查研究了杀虫剂与转Bt水稻双因子对土壤线虫群落的影响。2年共监测到土壤线虫29个属,其中潜根线虫属Hirschmanniella、托布利线虫属Tobrilus、矛线线虫属Dorylaimus和丝尾垫刃线虫属Filenchus为优势属,相对多度分别为27.12%~37.92%、18.33%~24.19%、10.94%~14.87%和4.59%~15.76%;植物寄生类线虫和捕食-杂食类线虫为优势营养类群,相对多度分别为35.38%~47.62%和39.23%~48.52%;食细菌类线虫和食真菌类线虫的相对多度较低,分别为11.09%~15.20%和0.57%~1.69%。稻田土壤线虫数量、各个营养类群数量、组成以及群落生态指数随季节变化明显;在施用或不施用杀虫剂下转Bt水稻与非转Bt水稻间的土壤线虫数量及群落多样性指数无显著影响;但与不施用杀虫剂的稻田相比,施用杀虫剂的转Bt水稻或非转Bt水稻的土壤线虫数量均显著减少。研究表明,转Bt基因水稻对土壤线虫群落的影响较小,而杀虫剂影响较大。     

转cry1Ab基因水稻田寄生蜂亚群落结构及其优势类群数量动态的研究

从寄生蜂的优势度、数量和时间动态等方面,对含cry1Ab基因的Bt水稻对稻田寄生蜂群落的影响作了评价。寄生蜂各科的组成与优势度的分布在Bt稻田和对照间无显著差异,但数量低于对照,其中,优势类群茧蜂数量显著低于对照。从田间动态看,仅在寄生蜂发生的高峰期,Bt稻田中的主要寄生蜂才显著低于对照。因此,Bt水稻对靶标害虫主要寄生蜂尤其是茧蜂可能具一定的负面影响。     

转cry1C和cry2A不同抗虫基因水稻品种对非靶标害虫灰飞虱生物学特性的影响

为明确转cry1C和cry2A不同抗虫基因水稻品种对非靶标害虫灰飞虱生物学特性的影响,在室内恒温25 ℃条件下观察转cry1C和cry2A不同抗虫基因水稻品种对非靶标害虫灰飞虱寄主选择行为的影响,以及个体发育与种群发展情况,记录并分析各虫态的发育历期、存活率及实验种群生命表参数。结果表明,灰飞虱对转cry2A、cry1C基因水稻和对照亲本水稻‘明恢63’的定向选择栖息率反正弦转换值分别为27.5、28.5、26.5,差异不显著。灰飞虱对3种供试水稻品种的喜好程度基本一致,但在转cry1C基因水稻上的平均取食刺痕数508.3个/d显著高于转cry2A基因水稻（288.5个/d）和亲本水稻‘明恢63’（297个/d）。灰飞虱在两个转基因抗虫水稻上的若虫全历期、卵孵化率、各虫态存活率和成虫羽化率与对照亲本水稻相比均差异不显著。灰飞虱在转cry2A、cry1C基因水稻和对照亲本水稻‘明恢63’上的初羽化成虫鲜重分别为0.731、0.744 mg和0.821 mg,差异不显著。上述结果表明,转不同Bt抗虫基因水稻对非靶标害虫灰飞虱个体发育及种群生命参数影响不大,与对照亲本水稻相比较在统计学上差异不显著。     

转cry1Ac+cry2Ab基因棉对棉田节肢动物群落的影响

以Bt棉和常规棉为对照,研究了转cry1Ac+cry2Ab棉对棉田节肢动物群落的影响。研究结果表明,转cry1Ac+cry2Ab棉田、转cry1Ac棉田和常规棉田节肢动物群落、害虫亚群落和天敌亚群落的结构与组成无明显差异;转cry1Ac+cry2Ab棉田刺吸类害虫、蛀食类害虫和食叶类害的数量均低于转cry1Ac棉田和常规棉田;转cry1Ac+cry2Ab棉田蜘蛛类、瓢虫类和捕食类天敌的数量均低于转cry1Ac棉田和常规棉田;转cry1Ac+cry2Ab棉田节肢动物群落、害虫亚群落和天敌亚群落的多样性指数与转cry1Ac棉田和常规棉田相比均无明显差异,说明转cry1Ac+cry2Ab棉田节肢动物群落、害虫亚群落和天敌亚群落的稳定性和转cry1Ac棉和常规棉相比均无明显差异。     

转cry1Ie基因抗虫玉米对田间节肢动物群落多样性的影响

为评价转cry1Ie基因（IE09S034转化体）抗虫玉米对田间节肢动物群落的影响,采用直接观察、地面陷阱、吸虫器和空中水盆诱捕4种方法,连续2年调查了转cry1Ie基因抗虫玉米田和非转基因对照玉米田在自然条件下的节肢动物物种数和个体数,比较分析了节肢动物群落各特征参数。结果显示,2012年依次采用此4种方法调查转cry1Ie基因抗虫玉米与非转基因对照玉米田间的节肢动物群落物种数、Simpson优势集中性指数、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数分别为29.1、0.7、2.6、0.5,12.6、0.6、2.2、0.6,13.7、0.9、3.1、0.9和6.7、0.4、1.3、0.5,各参数之间均无显著差异。2013年调查结果与2012年一致,也显示2种玉米田的节肢动物群落各特征参数之间均无显著差异。表明转cry1Ie抗虫玉米对田间节肢动物群落多样性无显著影响。     

转cry1Ac基因抗虫玉米Bt-799种植对土壤动物群落结构的影响

为调查转基因抗虫玉米种植对非靶标土壤动物群落结构的影响,以转cry1Ac基因抗虫玉米Bt-799及其对应的非转基因对照玉米郑58为试验材料,于2014—2015连续2年在东北黑土区采用手捡法和干漏斗法分别调查大型和中小型土壤动物的类群和数量,比较分析转基因与非转基因玉米田中土壤动物群落组成和多样性,并利用冗余分析(redundancy analysis,RDA)各环境因子在土壤动物群落结构形成中的作用。结果表明,郑58和转基因玉米Bt-799田中大型土壤动物总体群落组成相同,各类群多度无显著差异;2种玉米田间所有类群总体多度、物种丰富度、Simpson优势度指数、Shannon-Weiner多样性指数和Pielou均匀度指数均无显著差异,2014年其P值分别为0.949、0.867、0.751、0.998、0.985,2015年其P值分别为0.869、0.406、0.532、0.115、0.410;RDA分析表明玉米品种(系)在大型、中小型土壤动物群落结构形成中几乎没有作用。表明中短期内转基因玉米种植对非靶标土壤动物无显著影响。     

转cry1Ab+cry1C双价抗虫水稻对二化螟的抗性评价

为明确转cry1Ab+cry1C双价抗虫水稻对二化螟的抗性及其杀虫蛋白的时空表达,本研究采用离体水稻组织生测法系统评价了cry1Ab、cry1C、正交cry1Ab+cry1C和反交cry1C+cry1Ab 4种抗虫水稻品系对二化螟的杀虫效果,并用ELISA方法测定了Cry1Ab、Cry1C蛋白在各个抗虫水稻品系中的表达情况。结果显示,二化螟在不同生育期的4种转基因抗虫水稻上取食的叶面积显著低于非转基因对照亲本明恢63。4个转基因抗虫水稻品系在生长前期（苗期、分蘖和拔节期）对二化螟表现极高的杀虫效果,生长后期（孕穗期和成熟期）杀虫效果有所下降。两双价抗虫水稻杀虫效果最好,其次为转cry1Ab和cry1C水稻。Bt蛋白表达水平随着抗虫水稻生育期的变化而变化,且差异显著;Cry1Ab的蛋白表达量在水稻整个生长期均显著高于Cry1C。Cry1Ab蛋白在单价抗虫水稻叶片和茎杆中均表现出随生育期先升高后下降的趋势,但在双价抗虫水稻中表现出随生育期逐渐下降的趋势。Cry1C蛋白在单、双价抗虫水稻的叶片组织中均表现出逐渐升高的趋势。与单价抗虫水稻相比,双价抗虫水稻中的Cry1Ab、Cry1C的蛋白表达水平并没有表现出显著的降低。因此,双价抗虫水稻不仅能高效防治害虫,还能延缓害虫抗性,在生产上表现出良好的应用前景。该研究结果可望为转Bt基因抗虫作物的环境安全评价提供科学数据和理论依据。     

Bt水稻对主要非靶标害虫和蜘蛛优势种田间种群动态的影响

研究了2个转cry1Ab cry1Ac杂合基因籼稻品系TT9-3和T19-4对主要非靶标害虫飞虱、叶蝉以及捕食性蜘蛛优势种田间种群动态的影响。结果表明,Bt稻与亲本对照(IR72)田间白背飞虱和黑尾叶蝉成虫的虫口密度在整个水稻生育期间无显著差异,而若虫密度有一定的不同。TT9-3稻田中白背飞虱和黑尾叶蝉若虫密度分别于移栽后早中期和中后期显著高于对照;TT9-4与对照间无显著差异。Bt水稻与亲本对照间锥腹肖蛸、四斑锯螯蛛、食虫沟瘤蛛、拟环纹豹蛛及拟水狼蛛种群数量动态趋势相似,数量上大多无显著差异。综合分析认为,Bt水稻对稻田优势蜘蛛基本上无明显的负影响。     

Bt蛋白在水稻不同遗传背景下的含量及对抗虫性的影响

为明确Bt基因在水稻杂交转育过程中抗虫作用的稳定性,以分别转入cry1C和cry2A基因的抗虫水稻品系T1C-19和T2A-1为供体亲本,与10个恢复系杂交并回交,筛选BC1F3代转基因纯合株系,用ELISA法测定水稻叶片和茎秆中Bt蛋白含量。结果表明,4个转cry1C株系和5个转cry2A株系叶片和茎秆的蛋白含量显著低于亲本,且降低了16.62%~62.03%;相同遗传背景下,叶片和茎秆中的Bt蛋白含量之间呈显著正相关;在室内转cry1C株系和转cry2A株系上二化螟幼虫的校正死亡率分别为62.50%~95.83%和37.50%~83.33%,其中在cry2A株系上的校正死亡率与茎秆中的Cry2A蛋白含量呈极显著正相关;在田间自然发虫条件下,纯合株系的单株卷叶数和枯心率最高仅为3.97和9.37%,受害程度与相应组织中Bt蛋白含量之间存在相关性。表明Bt蛋白含量会受到水稻遗传背景的影响,但杂交后代株系在田间仍能表现出很好的抗性。     

应用多元逐步回归分析法评价稻田生态系统稳定性

为明确稻田生态系统稳定性量化评价指标,通过扫网法调查了2010年和2011年江西省万载县茭湖乡茭湖村有机稻田和化防稻田2种稻田节肢动物群落结构特征参数的动态变化,并利用SAS 9.0软件对2种稻田中节肢动物群落Shannon-Wiener多样性指数与个体数、物种数、优势集中性指数、物种丰富度指数、Pielou均匀度指数进行多元逐步回归分析。结果显示:连续2年有机稻田物种数(102、145)和个体数(5 228、5 811)均高于化防稻田物种数(78、102)和个体数(2 222、2 329);在2010年水稻生长期,除个别调查日期外,有机稻田优势集中性指数(0.25、0.27、0.15、0.10、0.11、0.09)整体低于化防稻田(0.30、0.40、0.18、0.17、0.24、0.14),多样性指数(1.69、2.44、2.83、2.93、2.85)整体高于化防稻田(1.39、2.24、2.35、2.29、2.49);在2011年水稻生长前、中期,有机稻田优势集中性指数(0.38、0.33、0.27、0.63、0.40)大于化防稻田(0.27、0.32、0.17、0.58、0.20);水稻抽穗扬花期,有机稻田优势集中性指数(0.06、0.04、0.05)低于化防稻田(0.12、0.05、0.12),多样性指数恰好相反。2011—2012连续2年2种类型稻田多元逐步回归方程中仅有Pielou均匀度指数与多样性指数呈显著正相关关系,有机稻田的Pielou均匀度指数回归系数(1.45、2.37)均小于化防稻田(3.37、3.16);有机稻田的常数(1.24、-0.37)均大于化防稻田(-0.64、-0.44)。表明以稻田节肢动物群落多样性指数为因变量的多元逐步回归方程中常数和Pielou均匀度指数回归系数可作为稻田生态系统稳定性测定指标。     

稻田寄生蜂和鳞翅目昆虫的多样性及变化动态

稻田中的寄生蜂是水稻害虫重要的自然天敌,在生物防治中起重要作用,但是寄生蜂作用的发挥受到许多因素的影响。本文使用马氏诱集器调查了水稻各生育期稻田中寄生蜂和鳞翅目昆虫的种类及数量,分析了水稻生育期对寄生蜂及其主要寄主鳞翅目昆虫数量的影响。结果发现,在水稻各生育期捕获的寄生蜂数量均显著多于鳞翅目昆虫数量。其中姬蜂科、茧蜂科、赤眼蜂科、缨小蜂科及缘腹细蜂科等属于寄生蜂的优势类群,分别占物种总数的11.80%、11.71%、9.18%、15.51%和11.83%。鳞翅目中,螟蛾科、夜蛾科、卷蛾科和蛱蝶科等为优势类群,分别占物种总数的22.32%、20.87%、26.28%和12.75%。随着水稻生育期的变化,寄生蜂数量先上升后下降,在水稻乳熟期达到最大值,显著高于其他7个生育期的结果。寄生蜂科的Shannon多样性指数,辛普森指数无明显的变化,均匀度指数到乳熟期时有所降低(0.790),随后逐渐上升直到收获。鳞翅目昆虫也呈现先上升后下降趋势,水稻扬花期数量最多,与其他生育期间存在显著差异;鳞翅目科的Shannon多样性指数和辛普森指数在分蘖期到抽穗期虽有波动,但各生育期间差异不显著。在水稻抽穗期到蜡熟期,稻田中鳞翅目科的均匀度指数波动较大,多个生育期间存在显著差异。结果表明,水稻生育期对寄生蜂与鳞翅目昆虫发生数量存在一定的影响,在特定生育期间对昆虫丰富度和多样性存在显著的影响。     

稻-棉邻作系统地表捕食性天敌群落多样性分析

为研究稻-棉邻作系统稻田和棉田地表捕食性天敌丰富度和多样性，采用陷阱诱捕法对邻作稻田-棉田地表的捕食性天敌进行了系统调查，应用群落特征参数等对陷阱诱集物种群落、物种丰富度和多样性指数进行了比较分析。结果表明：稻-棉邻作系统共诱集3纲11目33科8532头样本。其中，稻田陷阱收集到8目27科35种5878头个体，捕食性天敌物种丰富度、多样性指数和均匀度分别为1.8779、0.7297、0.2576；棉田陷阱收集到3纲9目28科35种2654头个体，捕食性天敌物种丰富度、多样性指数和均匀度分别为2.4771、0.8041、0.4149。稻-棉邻作系统捕食性天敌有3纲3目13科17种5971头，优势种为捕食性天敌狼蛛，泽蛙是次优势天敌功能团，捕食性的鞘翅目天敌瓢虫类、步甲等种类多样性丰富。     

转基因抗草甘膦抗虫棉田天敌群落多样性的季节动态变化

为明确转基因抗草甘膦抗虫棉对棉田天敌群落多样性的影响,于2010—2012年在田间隔离条件下,采用节肢动物群落调查方法,对转基因抗草甘膦抗虫棉田、Bt棉田和常规棉田的天敌种类及数量进行系统调查,统计3种棉田天敌的群落特征参数并分析比较其在年份间和年度内的变化。结果表明,转基因抗草甘膦抗虫棉田天敌群落的特征参数与另2种棉田均无显著差异。3种棉田天敌群落多样性指数、均匀性指数和优势集中性指数的时间动态规律在同年份基本一致,且随棉花生育期而呈现阶段性变化,前二者表现为5月底或6月初开始上升,6月中下旬至8月中旬达到并保持同等的较高水平,8月下旬呈下降趋势;而后者则在棉花生长前期和后期处于较高水平,7—8月中间生长期处于较平稳的低水平。转基因抗草甘膦抗虫棉田的优势天敌种类比较稳定,与其它2类棉田相比,天敌群落的优势种基本一致,仅有个别种群的优势度有所差异。表明种植转基因抗草甘膦抗虫棉对棉田天敌群落结构的影响较小,不会扰乱天敌群落的稳定性,其合理种植更有利于优势天敌的生存和繁殖。     

转G2_EPSPS和GAT基因大豆栽培地生存竞争能力以及对节肢动物多样性的影响

转基因作物的全球快速发展，其对环境的安全性影响成为人们关注的热点。我国转基因大豆的发展还处于试验研究阶段，对转基因大豆环境安全性进行科学严谨评价是我国转基因大豆商业发展的有力支撑，具有非常重要的理论和实践生产意义。本研究以转G2_EPSPS和GAT双价基因抗草甘膦大豆材料GE-J16与受体材料Jack以及当地主栽品种中黄37为研究对象。采用田间栽培试验，比较其生长时期的竞争能力以及成熟期繁育和生存能力的差异，研究了转基因和非转基因大豆栽培环境生存竞争安全性；连续3年调查供试大豆品种田间节肢动物的种类与数量，分析其多样性指数、优势集中性指数、均匀性指数的动态变化，明确转基因和非转基大豆以及草甘膦除草剂对豆田节肢动物群落多样性的影响。试验结果显示，不同生育时期的3个大豆品种的株高、复叶数、田间覆盖度、繁育系数和落粒性都基本一致无差异显著性，无栽培地生存竞争优势；转基因大豆GE-J16人工除草、转基因大豆GE-J16喷施草甘膦和非转基因大豆Jack人工除草三个处理3年的节肢动物的多样性指数、均匀性指数、优势集中性指数变化趋势一致，且3个处理同一生育时期之间各指标无显著性差异，说明耐草甘膦转基因大豆以及草甘膦除草剂并不会引起豆田节肢动物群落多样性的明显变化。     

转EPSPS基因抗除草剂玉米‘CC-2’对土壤动物群落的短期影响

综合利用手捡法、干漏斗法和巴氏罐诱捕法3种方法,以群落组成、物种丰富度、个体数、多样性指数、均匀度指数和优势度指数为参数,系统研究转EPSPS基因抗除草剂玉米‘CC-2’种植对土壤动物群落的短期影响。结果表明,无论是喷施除草剂处理还是不喷施除草剂处理,转基因玉米‘CC-2’较之对应的非转基因对照‘郑58’,在土壤动物群落组成及群落结构参数等方面均无显著差异。可初步认定,转EPSPS基因抗除草剂玉米‘CC-2’对土壤动物群落无不利影响。