杀虫剂对转Bt水稻靶标害虫二化螟和非靶标害虫稻飞虱种群数量的影响

为明确杀虫剂对转Bt水稻品种华恢1号(Huahui 1,HH1)靶标害虫二化螟Chilo suppressalis及其非靶标害虫白背飞虱Sogatella furcifera和褐飞虱Nilaparvata lugens种群数量的影响,于2014—2015年在江西省南昌市南昌县莲塘镇的广福试验基地进行田间试验,种植转Bt水稻和对照亲本水稻,分别对其进行施用杀虫剂和未施用杀虫剂处理,然后对经2种处理后转Bt水稻和对照亲本水稻田中靶标害虫二化螟幼虫数量及非靶标害虫白背飞虱、褐飞虱的若虫数量、成虫数量、总虫量(若虫数量和成虫数量之和)进行调查,并对这3种害虫田间种群数量的年份、水稻品种、杀虫剂影响因子进行方差分析。结果显示,转Bt水稻种植对二化螟幼虫数量影响显著,而施用杀虫剂处理未显著影响二化螟幼虫数量。转Bt水稻种植对白背飞虱和褐飞虱的若虫数量、成虫数量和总虫量无显著影响;而施用杀虫剂处理显著降低转Bt水稻及其对照亲本水稻稻田内白背飞虱和褐飞虱的若虫数量及总虫量,并显著降低白背飞虱成虫数量。2014年和2015年,施用杀虫剂和未施用杀虫剂转Bt水稻田内二化螟幼虫数量极低或未调查到;未施用杀虫剂转Bt水稻上二化螟幼虫数量仅在2014年显著低于未施用杀虫剂对照亲本水稻。2014年,未施用杀虫剂转Bt水稻和对照亲本水稻上白背飞虱总虫量最大值分别为1 037、1 376头/百丛,施用杀虫剂后分别降低至233、253头/百丛;未施用杀虫剂转Bt水稻上和对照亲本水稻上褐飞虱总虫量最大值分别为4 120、2 413头/百丛,施用杀虫剂后降低至367、410头/百丛;2015年白背飞虱和褐飞虱的发生规律与2014年相同。表明转Bt水稻可显著降低二化螟幼虫数量,但褐飞虱及白背飞虱数量没有降低,而施用杀虫剂可有效降低褐飞虱及白背飞虱数量。     

转cry1C,cry2A基因水稻对稻田浮游动物群落物种多样性的影响

转Bt基因水稻的非靶标效应一直以来都是人们关注的重点,为了解转Bt基因水稻对稻田浮游动物群落的安全性,本文以转cry1C基因水稻(T1C-19)、转cry2A基因水稻(T2A-1)及其非转基因亲本水稻明恢63(MH63)为材料,以浮游动物的种类和群落多样性为指标,研究并分析了转Bt基因水稻对稻田浮游动物群落物种多样性的影响。结果显示,水稻不同生长时期里稻田中浮游动物种类变化不明显,数量变化明显,Shannon-Wiener物种多样性指数和均匀性指数在拔节期达到最大值。另外由于孕穗期不得不施用农药防治蝗虫,导致孕穗期浮游动物的数量及物种多样性显著降低,并且在使用农药后,多样性指数和均匀性指数随着水稻的生长逐渐下降。但转Bt基因水稻对浮游动物种类和数量及群落物种多样性与对照非转基因水稻相比均无显著性差异。与施用农药对水体带来的负面影响相比,转Bt基因水稻对水体环境无负面影响。     

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。     

水稻瘤矮病毒介导的转cry1Ab水稻对褐飞虱种群的影响

在人工气候室条件下,以抗虫转cry1Ab水稻（MF86）及其亲本对照非转基因水稻闽恢3301（MH3301）为材料,利用年龄-龄期两性生命表,研究水稻瘤矮病毒介导的转cry1Ab水稻对非靶标害虫褐飞虱种群的影响。研究结果表明,感病水稻对取食MH3301的褐飞虱种群寿命影响不显著,促进了其生殖力;而显著缩短了取食MF86的褐飞虱寿命,降低了其生殖力。水稻在不感病的情况下,取食MF86较取食MH3301的褐飞虱种群可显著延长寿命和提高生殖力;而水稻在感病的情况下,取食MF86较取食MH3301的褐飞虱种群生殖力显著降低。感病的MF86较未感病MF86显著降低褐飞虱的内禀增长率、周限增长率,显著缩短世代平均周期;而感病的MH3301较未感病MH3301对褐飞虱生命表动态参数的影响基本均不显著。由此可见,水稻瘤矮病毒介导的转cry1Ab水稻（MF86）对褐飞虱种群增殖具有显著的负面影响。     

转聚合cry1A.105、cry2Ab2和cp4epsps基因抗虫耐除草剂玉米的田间抗性评价

为明确转聚合cry1A.105、cry2Ab2和cp4epsps基因的抗虫耐除草剂玉米的抗虫性和对除草剂的耐受性,本文通过田间人工接虫,以食叶级别、存活幼虫数、蛀孔数、隧道长度和雌穗被害级别等分别作为评价玉米心叶期和穗期的抗虫性标准,评价了转聚合cry1A.105、cry2Ab2和cp4epsps基因,具有抗虫耐除草剂复合性状的玉米品种‘ND6708YGRR’和‘ND6515YGRR’及同型非转基因‘ND6708’、‘ND6515’和当地‘郑单958’品种对亚洲玉米螟、黏虫和棉铃虫的抗虫效果;通过喷施除草剂后调查玉米植株的存活率,评价上述品种对除草剂的耐受性。田间试验结果表明:‘ND6708YGRR’和‘ND6515YGRR’两个转基因玉米品种对亚洲玉米螟、黏虫及棉铃虫的抗性水平均为高抗,且在4叶期和8叶期喷施草甘膦后其受害率均为0,而同型对照品种和当地对照品种喷施同剂量草甘膦后受害率为100%。综上,聚合cry1A.105、cry2Ab2和cp4epsps基因,具有抗虫耐除草剂复合性状的玉米品种‘ND6708YGRR’和‘ND6515YGRR’对亚洲玉米螟、黏虫和棉铃虫具有较强的抗虫效果,对草甘膦具有较好的耐受性。此研究可为将来建立以转Bt基因玉米为主要手段的综合防治技术体系提供依据。     

取食转Bt基因水稻褐飞虱对杀虫剂的敏感性及其代谢酶的活性

测定比较了褐飞虱Nilaparvata lugens在转cry1Ab基因水稻KMD1和KMD2及其对照秀水11上取食不同世代的室内种群和田间种群对5种杀虫剂的敏感水平及其体内解毒酶(酯酶和谷胱甘肽S-转移酶)、靶标酶(乙酰胆碱酯酶)和保护酶(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶)的活性,以及体内Cry1Ab蛋白的含量.结果表明,5种杀虫剂对分别持续取食KMD1和KMD2的褐飞虱室内种群和田间种群LD50值与取食对照的无显著差异.在KMD1和KMD2上取食1代和9代的褐飞虱室内种群以及田间种群体内解毒酶、靶标酶和保护酶等活性与取食对照的差异不显著.取食KMD的褐飞虱不同种群体内的Cry1Ab蛋白含量相对稳定,其中以取食KMD2的较高.上述结果表明,转cry1Ab基因水稻KMD1和KMD2对褐飞虱的杀虫剂敏感性和代谢酶活性无显著影响.     

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。     

非靶标害虫褐飞虱对转cry1Ab抗虫水稻产量的影响

外源基因的插入是否会改变受体作物的生态适合度是转基因生物安全评价的一项重要内容。本文通过田间笼罩实验研究了转cry1Ab抗虫水稻(B4b92)及其对照非转基因水稻(MH86)对不同密度梯度褐飞虱Nilaparvata lugens(0、10、20、40、80、100、200头/笼)为害的产量响应。结果表明,在褐飞虱各个密度梯度下,与MH86比较,B4b92各产量参数(单穗总粒数、单穗实粒数、总穗数、千粒重、总产量和产量损失率)基本均无显著差异,仅单穗总粒数、单穗实粒数和总穗数在个别褐飞虱密度下有显著增加。回归分析发现,两种水稻的单穗总粒数、单穗实粒数、总穗数、总产量和产量损失率与褐飞虱密度均呈线性关系。随着褐飞虱密度的增加,B4b92产量损失率逐渐高于MH86。该研究对于评价非靶标害虫胁迫对转基因抗虫水稻生态适合度的影响具有重要的意义。     

转cry1Ab/vip3H基因水稻对非靶标害虫褐飞虱连续多代生长发育与繁殖的影响

实验室条件下,转cry1Ab/vip3H基因水稻G6H1对褐飞虱Nilaparvata lugens生长发育与繁殖的继代效应评价结果表明,不论是在苗期或是成株期,在各水稻品种上连续饲喂褐飞虱4代后,该虫各代的生长发育和繁殖参数都没有受到水稻品种的显著影响,即不论是在第1代、第2代还是第4代,取食G6H1与取食其非转基因亲本Xiushui 110相比,褐飞虱若虫的发育时间、成虫寿命和产卵量都没有显著差异。同时,2008年和2009年的田间调查结果表明,G6H1和Xiushui 110稻田间褐飞虱的若虫、成虫和成若虫总密度均无显著差异。     

转cry30Fa1水稻对褐飞虱NlHRP基因表达模式的影响

转cry30Fa1水稻（KF30-14）会显著控制褐飞虱Nilaparvata lugens (Stål)种群数量增长,但其影响机制尚不清楚。本研究利用相关转录组数据分析筛选获得了一个表达量有显著差异的基因NlHRP,并克隆了该基因。序列分析表明,NlHRP编码了一个富组氨酸蛋白,无保守结构域。通过实时荧光定量PCR检测羽化24、72、96 h的褐飞虱雌虫的NlHRP表达量,结果显示该基因在KF30-14褐飞虱实验种群中的表达量均高于MH86实验种群,且在羽化72 h时,达到显著差异;对羽化后72 h褐飞虱雌虫的头、胸、卵巢、中肠、脂肪体的NlHRP表达量检测发现,NlHRP在褐飞虱的头、胸、中肠表达量较高,其中KF30-14褐飞虱实验种群雌虫的NlHRP在头部表达量显著升高。推测NlHRP可能与褐飞虱适应转cry30Fa1水稻的抗性有关,该研究结果为揭示转cry30Fa1水稻抗褐飞虱的分子机制提供相关基础。     

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cry1Ab基因水稻和两种杀虫剂对非靶标天敌拟环纹豹蛛免疫影响的评价

本文测定了田间转cry1Ab基因水稻(KMD1和KMD2)和两种杀虫剂(吡虫啉和氟虫腈)处理非转基因亲本秀水11后拟环纹豹蛛Pardosa pseudoannulata的免疫指标(血细胞总数、包囊能力和酚氧化酶活性)的变化,并以非转基因亲本秀水11无药剂处理的作为对照。研究结果表明,KMD1和KMD2对拟环纹豹蛛的3种免疫因子都没有显著影响;两种杀虫剂处理均导致拟环纹豹蛛的血细胞数量和包囊能力显著下降,酚氧化酶活性略低于对照,即对拟环纹豹蛛的免疫有负面影响。可见,非靶标天敌的免疫能力可考虑作为转基因水稻环境安全性评价的一个简单有效的指标。     

转cry1Ab/1Ac基因水稻对野生褐家鼠Rattus norvegicus取食、体重及器官重量的影响

为评价转Bt基因水稻对野生啮齿类动物的影响,以野生褐家鼠Rattus norvegicus为试验对象,分别饲喂转cry1Ab/1Ac基因水稻华恢1号(HH1)及其亲本非转基因水稻明恢63(MH63),通过取食选择试验及110 d连续饲喂试验,测定转基因水稻对褐家鼠取食量、体重及器官的影响。结果显示,野生褐家鼠雌鼠日平均取食MH63和HH1分别为5.52 g和5.37 g,雄鼠日平均取食分别为7.00 g和6.52 g,在选择取食MH63和HH1稻谷上无显著差异;在连续饲喂试验的不同时期,褐家鼠体重及每日取食稻谷量在对照组与试验组间均无显著差异;饲喂试验结束后解剖观察,褐家鼠脾脏、肾脏、肾上腺,雌性卵巢和子宫以及雄性睾丸、附睾和储精囊的绝对重量及相对重量在对照组与试验组间均无显著差异。研究表明,与MH63相比,转cry1Ab/1Ac基因水稻对野生褐家鼠的取食、体重以及主要器官均无显著性影响。     

转cry1Ab/cry1Ac基因水稻赣绿1号对田间稻纵卷叶螟和二化螟及其捕食性天敌的影响

为研究转cry1Ab/cry1Ac基因水稻赣绿1号对稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis和二化螟Chilo suppressalis及其捕食性天敌的影响,采用剥查法和吸虫法,于2012—2013年在江西省南昌县调查了赣绿1号田间稻纵卷叶螟与二化螟的发生为害情况及其捕食性天敌拟环纹豹蛛Pardosa pseudoannulata和拟水狼蛛Pirata subpiraricus的种群动态。结果表明,与非转基因亲本9311水稻相比,在2012和2013年螟虫为害高峰期,赣绿1号田间稻纵卷叶螟百株虫量分别减少57.78头和27.78头,卷叶率分别降低20.46%和6.50%;二化螟百株虫量分别减少24.44头和152.22头,枯心/白穗率分别降低13.02%和14.20%。此外,赣绿1号与9311水稻田间拟环纹豹蛛和拟水狼蛛的种群动态趋势基本一致。研究表明,转cry1Ab/cry1Ac基因水稻赣绿1号能有效控制稻纵卷叶螟和二化螟,而对其捕食性天敌拟环纹豹蛛和拟水狼蛛无显著影响。     

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cry1Ab/cry2Aj玉米对亚洲玉米螟的抗性评价

为探讨转cry1Ab/cry2Aj玉米对亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis(Guenée)的抗性,采用室内生测和田间人工接虫鉴定方法评价了6个转cry1Ab/cry2Aj玉米品系对亚洲玉米螟的杀虫效果,并利用酶联免疫吸附法(ELISA)测定了Cry1Ab蛋白在各品系主要组织的表达水平.结果显示,亚洲玉米螟幼虫取食转基因玉米各品系雄穗、苞叶、花丝和雌穗48 h后死亡率在90％左右,取食心叶的死亡率在70％左右,96h后大部分幼虫死亡,而取食非转基因玉米的死亡率为3.3％～8.7％;春播和夏播田转基因玉米叶片、茎秆、雌穗基本没有被害,而对照玉米叶片、茎秆、雌穗被害严重,春播和夏播玉米平均每株分别有2.9、2.3头幼虫和蛹,2.8、3.4个蛀孔,隧道长度为7.5、14.2 cm,雌穗被害级别为5.3和5.1;6个转基因玉米品系中Cry1Ab蛋白在心叶、雄穗、花丝、苞叶和雌穗中稳定表达.综合评价认为,转基因玉米各品系在整个生育期内对亚洲玉米螟有很好的抗性,其中N50品系抗虫效果最佳,可以作为抗虫转多基因玉米育种的备选材料.     

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。