（农药学专业论文）转基因抗虫杂交稻（Ⅱ优科丰6号）对稻田节肢动物的影响.pdf

福建农林大学2 0 0 7 届碰士学位论文转基因杂交稻( 优科丰6 号) 对稻田节胜动物的影响陈文滨 中文摘要 本研究以转双价基因( c r y l a c * s c k ) 抗虫杂交稻( 1 1 优科丰6 号) 和对照非转基因杂 交稻( u 优明恢嘶) 为材料，通过田间取样调查，分析了转基因杂交稻对化防田节肢动物 群落的影响及主要害虫田间种群动态；通过室内试验，研究了主要靶标害虫稻纵卷叶螟、非 靶标害虫褐飞虱及捕食性天敌华丽肖蛸对转基因杂交稻的生物学响应。结果如下： l 转基因杂交稻对稻田节肢动物群落的影响 在正常施药情况下，转基因稻田的节肢动物群落、害虫亚群落、蜘蛛亚群落组成结构 特征指标物种丰富度、多样性指数、均匀性指数和优势集中性指数及其时间动态与对照田基 本一致。但转基因稻田非靶标害虫，如小赤蝽、黑尾叶蝉、黑唇斑叶蝉、灰飞虱等由偶见种 上升为常见种，靶标害虫稻纵卷叶螟幼虫由非转基因稻田的优势种降为偶见种 2转基因杂交稻对主要靶标害虫稻纵卷叶螟的影响 转基因杂交稻对稻纵卷叶螟具有极强的抗性，稻纵卷叶螟数量、卷叶率、卷叶株率与 带虫株率等均明显低于对照田；室内生物学测定显示，在水稻的不同生育期，转基因杂交稻 对稻纵卷叶螟幼虫的生长发育、存活率和化蛹率均造成明显的不利影响，但对幼虫取食和成 虫产卵选择性覆有显著影响；稻纵卷叶螟在取食了转基因杂交稻( 优科丰6 号) 后，体内 羧酸酯酶比活力较对照明显降低，而乙酰胆碱酯酶活力差异不显著。 3 转基因杂交稻对主要非靶标害虫褐飞虱的影响 转基因杂交稻对褐飞虱各项指标均没有显著影响，包括褐飞虱田间种群动态、体重、雌 雄性比、翅型、取食嗜好性、产卵选择性以及乙酰胆碱酯酶和羧酸酯酶比活力等。 4 转基因杂交稻对捕食性天敌华丽肖蛸的影响 转基因杂交稻通过食物链的级联效应对华丽肖蛸的生物学特性具有一定的影响。华丽 肖蛸在连续7 、1 4 、2 1d 取食经i l 优科丰6 号饲喂的稻纵卷叶螟后，其死亡率和平均产卵量 较对照无显著差异；第1 周的体重增长率显著高于对照，而第2 周的体重增长率明显低于对 照，到了第3 周则差异不显著；7 d 后的捕食量明显减少，捕食功能反应符合h o l l i n g i 方程； 其7d 和1 4d 的乙酰胆碱酯酶比活力显著高于对照，而2 1d 的无显著差异：羧酸脂酶比活 力则在7 、1 4 、2 1d 时均显著高于对照。 关键词：转基因杂交稻；节肢动物群落；稻纵卷叶螟：褐飞虱；华丽肖蛸 福建表林大学2 0 0 7 届硕士学位论文转基园杂童稻( 优科丰6 号) 对稻田节胺动物的髟响阵文滨 f i e l di n v e s t i g a t i o ma n dl a b o r a t o r ye x p e r i m e n t sw e r ec a r d e do u tt ot e s tt h ee f f e o so ft h e i m m g e n i ch y b r i dr i c e ( i ik f 6 ) o n t h ea r t h r o p o dc o m m u n i t yi np a d d yf i e l d sw i t hc h e m i c a lc o n t r o l p o p u l a t i o nd y n a m i c so ft h em a j o ri n s e 矗p e s t si np a d d yf i e l d sw i t h o u tc h e m i c a lc o n t r 0 1 a n d b i o l o g i c a lr e s p o n s e s o ft h e m a j o rt a r g e tp e s tc n a p h a l o c r o c i sm e d i n a l i s , n o n - t a r g e tp e s t n i l a p a r v a t al u g e n sa n dp r e d a t o r yn a t u r a le n e m yt e t r a g n a t h an i t e n st ot h et r a n s g e n i ch y b r i dr i c e d i r e c t l ya n di n d i r e c t l y w i t hc o n v e n t i o n a lh y b r i dr i c e i iy m 8 6a st h ec o n t r 0 1 t h er e s u l t sw e l ea s 白l l o w s ： 1e f f e c t so f t r a m 蝗e n i ch y b r i dr i v e0 1 1m e a r t h m p o dc o m a m u n i t yi np a d d yf i e l d a i nt h ec o m r o lo fp e s t i c i d e s , s p e l i e s r i c h n e s s , d i v e r s i t yi n d i c e s , d v e n n e s sa n dd o m i n a n t c o n c e n m a t i o ni n d e xo ft h ea r t h r o p o dc o m m u n i t y , i n s e c tp e s ts u b - c o m m u n i t ya n ds p i d e r s u b - c o m m u n i t yi nt h et m m 萨n i cr i c ef i e l dw e i ec o n s i s t e n tw i t ht h o s ei nt h ec o n t r o lf i e l d , w h i l e 腓印e d 岛o fn e 十t a r g e t i n s e c t p e s t s s u c ha sm e n i d a h i s t r i o , n e p h o t e t t i xb i p u n c t a t u s , e m p o a s c a n a r am a c u l i f r o n , l a o a e f p h a xs t r i a 缸l l u sb e c a m ef r e q u e n ts p e c i e si nt h et r a m g e n i cr i c e f i e l d , a n dcm e d i n a s t h ed o m i n a n ts p e d 日i nt h ec o n t r o lf i e l dw a st h er a g es p e c i e si nt h e t r a n s g e n i cr i c ef i e l d 2e f f e c t so f t r a n s g e n i ch y b r i dr i c eo dt h et a r g e tp e s tc m e d n a s t r a n s g e n i ch y b d dr i c eh a dh i g h 目r e s i s t a n c et ocm e d i n a l i & t h ep o p u l a t i o nd e n s i t yo fc m e d i n a l i sa n dd a m a g er a t eo f p l a n t so rl e a v e si nt h et r a a s g e n i cr i c ef i e l dw e r ea l ls i g n i f i c a m l y l o w e rt h a nt h o s ei nt h ec o n t r o lf i e l d b i o l o g i c a lt e s ti nl a bs h o w e dt h a ta t , i f f e r e n tg r o w i n gs t a g e o fr i c e , i tk f 6c o u l ds i g n i f i c a m l ya d v e r s e l ya f f e c tt h es u r v i v a l d e v e l o p m e n ta n dp u p a t i o no fc m e d i n a l i s ，w h i l eh a dn os i g n i f i c a n te f f e o s0 1 1t h ep r e f e r e n c eo ff e e d i n ga n do v i p o s i t i o n t h e a c t i v i t yo fc a r h o x l e s t e r a s e ( c a r e ) o fc m e d i n a l i s w a sl o w e rw h e nf e e d i n go nl lk f 6t h a nt h a t o nl ly m 8 6 , w h i l e0 0s i g m f i c a n td i f f e r e n c eo fa c e t y l c h o f i n e s t e r e ( a c h e ) w a s 鼬d 3e f f e c t so f t r a n s g e n i ch y b r i dr i c eo nt h en o n - t a r g e tp e s tn g e s f i a n s g e n i ch y b r i dr i c e h a dn os i g n i f i c a me f f e c to bp a r a m e t e r so f u g e n s s u c ha s p o p u l a t i o nd y n a m i c s , b o d yw e i g h t 。s 日r a t i o ，f e e d i n gp r e f e r e n c e ，o v i p o s i t i o nc h o i c ea n da c t i v i t y o fc a r ea n da c h e , 福建农林大学2 0 0 7 届顿士学位论文 转基因杂交稻( 优科丰6 号) 对稻田节胺动物的影响 陈文滨 4e f f e c t so f t r a n s g e n i ch y b r i dr i c eo dt h ep n d a t o r yn a t u r a le n e m yzn i t e n s e 伍e c t so ft r a n s g e n i ch y b f i dr i c eo nt h eb i o n o m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fzn i t e n st h r o u g hi t s p r e y sc m e d i n a l i sw e r em u d i e di nt h el a b , w i t hl a r v a eo fcm e d m a l i sf e do ni ik f 6f o rag i v e n t i m e8 5p r e y s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e r ew a gn od i f f e r e n c ei nt h em o r t a l i t ya n df e c u n d i t yo fz n i t e n sb e t w e e n k f 6t r e a t m e n ta n dt h ec o m m lw h e nt h e yw e r ec o n t i n u o u s l yf e do nl e a f i o l l e r s 妇7 d a y s , 1 4d a y sw 2 1d a y s r e s p e c t i v e l y t h eg r o w t hr a t ei nw e i g h to fi ik f 6t r e a t m e n tw a s s i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h a to ft h ec o n t r o li nt h ef i r s tw lw h i l ei nt h es o n dw e e kt h er e s u l t w 勰r e v e e d ，f o rt h et h i r dw e e kt h e & f f e t e n c ow a sn o ts i g n i 丘删a l t h o u g hb o t hp r e d a t o r y f i m o i o m lr e s p o n s e so ft h e 卿d e r sf o l l o w e dt h eh o l l i n g i im o d e l , a f t e r7d 4 y st h ep r e d a t o r y c a p a c i t yo fs p i d e mf o rl c a f r o l l e t xf e do r i i k f 6w s i 鲥f i c a n t l yl o w e rt h a nt h a to ft h ec o n t r o l b o t ht h ea c t i v i t i e so f a c h ea n dc a r ei ns p i d e r sw 佩o b v i o u s l ye n h a n c e du n d e ri ik f 6t r e a l m e n t 。 e x c e p tf o ra c h ei nt h et h i r dw e e k k e yw o r d s ：t r a n s g e n l ch y b r i dr i c e ；, m h r o p o dc o m m u n i t y ；c n a p h a l o c r o c i sm e d i n a l i s ；n i l a p a r v a t a l u g e r , s ；t e t r a g n a t h an i t e n s 独创性声明 本人声明，所呈交的学位( 毕业) 论文，是本人在指导教师的指导下独立完 成的研究成果，并且是自己撰写的。尽我所知，除了文中作了标注和致谢中已作 了答谢的地方外，论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果。与我一同对本 研究做出贡献的同志，都在论文中作了明确的说明并表示了谢意，如被查有侵犯 他人知识产权的行为，由本人承担应有的责任。 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名：谭乏e 宾 论文使用授权的说明 日期：参- 0 7 6 7 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定，即学 校有权送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密，在年后解密可适用本授权书。 不保密，本论文属于不保密。 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名：彳车交陵 日期： 指导教师亲笔签名 胗氏兰 日期： 神7 2 口d 7 口 豸 6 ，f 插建农林大学2 【胛届硕士学位论文转基固杂交稻( i i 优科车6 号) 对稻田节胜动物的髟响陈文滨 第一章前言 1 1 全球转基因作物研究和开发概况 推进现代农业的发展已成为解决2 1 世纪人类面临的“人口、资源、环境”三大问题的 一个重要手段。现代农业发展中最关键的就是现代生物技术的发展。现代生物技术作为一种 高新技术，是上世纪7 0 年代初伴随着d n a 重组技术应用而诞生的，这其中，以重组d n a 为核心技术的转基因技术更是受到了人们极大的关注。转基因作物是指利用分子生物学和基 因工程技术把某些外源生物的基因插入到农作物基因组中，改变该作物的遗传物质组成，从 而获得的农艺性状、营养品质、消费品质等发生转变的一类作物及其后代。迄今为止，全世 界已分离出植物目的基因1 0 0 余个，获得转基因植物近2 0 0 种，已有近1 0 0 0 例转基因植物 被批准进入田间试验，涉及的植物物种有5 0 余个，已批准了4 8 个转基因植物品种进行商品 化生产【i 】 自1 9 8 3 年人类首次获得转基因植物( 烟草) 以来，到1 9 8 6 年首批转基因植物( 抗虫抗 除草剂) 进入田间实验，再到1 9 9 4 年c o l g e n n e 公司研制的延熟保鲜转基因番茄在美国被批 准上市田，全球已有大豆、玉米、马铃薯、烟草、西葫芦和番木瓜等5 0 多种转基因植物产 品被批准投入商品化生产。2 0 0 5 年，全世界转基因植物在2 1 个国家种植，而这一年伊朗则 成为第一个商业播种转基因水稻的国家聊。据国际农业生物技术应用服务机构( i s a a a ) 估 计2 0 0 5 年全球转基因作物的种植面积为9 0 0 0 万h 丑，美国、阿根廷、巴西、加拿大和中国 是全球主要的转基因作物种植国，全世界转基因作物仅种子销售额到2 0 0 5 年已达5 2 5 亿美 元，占全球约3 0 0 亿种子市场的1 8 。仅2 0 0 5 年全球就约有8 5 0 万农户种植转基因作物， 其中约9 0 的农民来自于发展中国家，我国就有6 4 0 万户【j 。全球种植面积最大的转基因作 物仍主要是大豆、玉米、棉花和油菜共约占全球转基因作物种植面积的9 9 ，这其中转基 因玉米主要用于生产动物饲料转基因油菜主要用于炼制植物油，而转基因大豆已广泛用于食 品生产四。 目前，转基因作物转入的基因主要表现为抗除草剂和抗虫两种基因，抗病及其他类型 的基因比例相对较少。2 0 0 5 年，在全球所有转基因作物种植面积( 9 0 0 0 万h a ) 中，耐除草 剂的大豆、玉米和油菜占7 1 ( 6 3 7 0 万h a ) ；1 3 1 作物占1 8 ( 1 6 2 0 万h a ) 混合基因作物 占1 1 ( 1 0 1 0 万h a ) 四。 我国是第一个商品化种植转基因植物的国家】9 9 2 年商品化种植的一种抗黄瓜花叶 病毒和烟草花叶病毒的双价转基因烟草。据中国生物技术产业发展报告的报道，目前我国己 克隆出抗病、抗虫、抗病毒、抗逆、雄性不育和品质改良及发育方面的基因1 0 0 多个；建立 l 福建农林大学2 0 0 7 届硕士擘位论文转垂园杂交稻( 优科丰6 号) 对稻田节胺动物的彩响 阵文演 了多种植物遗传转化技术；已获得具有改良性状的转基因植物1 8 0 多种 6 1 。在抗虫、抗病、 抗旱、耐盐、抗除草剂、品质改息、叶绿体基因工程、人工创造雄性不育以及利用植物作为 生物反应器等基因农作物研究方面均取得了明显进展。截止2 0 0 3 年1 2 月，我国农业部批准 安全评价申请环境释放2 4 3 项，生产性试验1 0 8 项，生产用安全证书7 9 个。己进入环境释 放阶段的转基因植物有：水稻、玉米、小麦、马铃薯、河套密瓜、番木瓜、大豆、油菜、杨 树、烟草、高羊茅、黑麦草；已商业化的转基因作物有：棉花( 4 6 项) 、线辣椒( 1 项) 、甜 椒( 4 项) 、矮牵牛( 1 项) 、番茄( 6 项) ，共计5 8 项【6 】。 1 2 抗虫基因的研究进展 自v a e c kd a l p 】首次把抗虫基因转入植物以来，这项技术在培育抗虫作物方面进展很快， 转基因抗虫作物的研究己成为转基因技术研究的重要内容。目前，人们已获得的并开始应用 的抗虫基因主要包括以下三类：第一，从细菌中分离出来的，主要是苏云金杆菌晶体蛋白 ( b a c i l l u st h u r i n # e n s i si n s e c t i c i d a lc 珂s t a lp r o t e i n , b t i c p ) 基因，现已导入棉花、玉米、水稻、 烟草、番茄、马铃薯、胡桃、杨树、落叶松等四：第二，从植物组织中分离的，主要为蛋白 酶抑制剂( p r o t e i a a s ei n h i b i t o r , p i ) 基因、淀粉酶抑制剂( a - a m y l a s ei n h i b i t o r , t t - a i ) 基因、 外源凝集紊( 1 _ e c t i n ) 基因等，这些基因中如豇豆胰蛋白酶抑制剂( c p t i ) 基因已被导入苹 果、油菜、水稻、番茄、甘薯、马铃薯、向日葵、烟草等多种植物中唧，而外源凝集素基因 ( o n a ) 也至少在油菜、西红柿、水稻、甘薯、甘蔗、向日葵、烟草、马铃薯、大豆和葡 萄等1 0 种植物上获得了表达【“吲；第三，从动物体内分离的，主要是蜘蛛毒素基因、蝎毒 索基因、昆虫几丁质酶基因等。这其中研究较多的是蜘蛛毒素和蝎毒素，并且已有将这些毒 素成功转入植物的相关报道【珥“】。 l j 转基因作物释放到环境可能产生的生态风险 对大多数作物而言，本身并没有足够的抗虫基因，外源基因的引入虽然可以使这些作物 获得对某种或某类昆虫的抗性。但是由于转基因植物是通过现代生物技术改变了原来存在的 植物的某些生物学特性、代谢产物甚至某些生命活动的过程而产生的、在自然界尚不存在的 植物新品种，因此可能给人类和环境带来一定的危险和长期的负面影响【峨“j 。目前认为转基 因植物释放到环境后对农田生态系统的影响有如下几个方面： ( 1 ) 害虫抗性突变问题。产生这一结果的原因主要是转基因植物的大规模商业化种植 会对目标害虫产生强大的选择压力，从而导致目标害虫应对这一变化，自身进化速度加快、 抗性增强，最终造成对这些害虫的难以防治。例如有报道显示，转m 棉花在大面积种植后， 其对目标害虫一棉铃虫( 胁址o i 叩4m j g ) 在很短时间内就丧失了控制作用i ”。m o a s a m o 2 福建农林大学2 0 0 7 届硕士学位论文转基因杂交稻( i i 优科丰6 号) 对稻田节胺动物的影响 陈文演 公司开发的抗除草剂棉花在美国密西西比州也同样出现对目标害虫失控的现象【”1 。 ( 2 ) 产生杂草化问题。转基因植物的杂草化主要在于：第一、由于转基因植物一般较 之亲本植物或野生近缘种具更强生存竞争力，所以其本身具有很强的杂草性，其本身可能变 为杂草【i ，2 0 l 。例如：德国b a r t s c h 等的研究表明，转基因甜菜可以通过与一年生野生甜菜杂 交而转变为杂草i 丑】。第二、由于转基因植物可以与其近缘的杂草杂交，从而使杂交后代扩 大适应范围，使这类杂草生存竞争能力加强，而转变为超级杂草。例如m i k k e l s e n 等人将包 含抗除草剂基因的转基因油菜种植在一个近缘的杂草种田边，发现在杂交和回交数代后就出 现了能育的转基因杂草状的植物吲。 ( 3 ) 基因漂移问题。转基因植物种苗的散失或残存组织在野外的繁衍以及转基因植物 花粉传授等方式均可能造成转入的基因向近缘植物的扩散。转入的基因向近缘杂草的扩散可 能形成“超级杂草”网；转基因植物转入的基因向野生近缘种扩散的后果可能导致野生种 等位基因丧失，进而影响遗传多样性p 叼 ( 4 ) 对非靶标生物的伤害。尽管目前大多数转入的杀虫蛋白有较确定的杀虫谱，但是 转基因植物表达的杀虫毒性也极有可能会对许多非靶标生物产生直接或间接的不利影响。例 如：傅强等嘲研究报道，转s c k + c r y l a c 双基因抗虫水稻m s b 可以引起白背飞虱( s o g a t e l l a 一, r c i f e r a ) 初羽化雌虫鲜重与短翅率显著下降，还引起褐飞虱( n i l a p a w a t al u g o t s ) 初羽化 雌虫鲜重明显减轻。还有研究人员用取食转c r y l a b 基因水稻的褐飞虱饲喂拟水狼蛛，发现 取食该褐飞虱后蜘蛛的发育缓慢、脱皮次数增加、体重减轻p 叼。 ( 5 ) 对生物多样性产生影响。由于转基因作物具有较强的生存竞争优势，则可能加速 野生资源的消亡，从而影响遗传多样性，加剧作物遗传多样性的流失鲫；在转基因作物农 田系统中，其靶标生物一般受到良好控制，并且转基因作物也可能对非靶标生物造成不利影 响，最终影响生态系统的物种多样性；另外，由于转基因作物的种植很容易形成这类作物的 大量单一品种种植，从而对生态系统多样性造成影响，已有研究者证明转基因作物可以通过 根系对土壤生态系统产生影响嗍。 ( 6 ) 产生新病毒。抗病毒转基因植物中转入的抗病毒基因可能通过基因重组或异源包 装扩散到其它病毒中，从而产生更具危险性的植物病毒，导致难以防治的新的病毒产生嗍。 例如：乌干达木薯中发现非洲木薯花叶病毒( a c m v ) 和东非木薯花叶病毒( e a c m v ) 在 植物体内发生重组，形成新的杂种病毒，其大规模的流行造成了严重的饥荒印】 1 4 转基因抗虫作物生态安全评价研究进展 在整个农田生态系统组成和结构中，植物一害虫一天敌三者之间的关系无疑是其中最重 3 福建农林大学2 0 0 7 届颂士学位论文转基因杂交稻( i i 优科丰6 号) 对稻正节肚动物的影响 陈文滨 要、最关键的一个部分。植物作为农田生态系统的基础，它的改变势必会影响以植物为基础 的整个农田生物群落，也会通过食物网等关系对群落中各个营养层次的生物产生直接或间接 的影响【3 1 1 。在种植转基因水稻的农田生态系统中，转基因水稻对靶标生物的严重影响、对 非靶标生物可能的影响、转基因水稻本身物理性状或农艺性状对农田生态系统的影响，这些 都极有可能造成农田生态系统各营养层的变化。因此，对转基因水稻的生态安全性进行评价 就需要把转基因水稻对稻田节肢动物群落、靶标害虫、非靶标害虫及天敌产生的影响等方面 都进行系统的研究。 1 4 1 转基因水稻对稻田节肢动物群落的影响 水稻是稻田生态系统的基础，转基因水稻的介入无疑会影响以水稻为基础的整个稻田生 态系统。首先，转基因水稻通过食物链对第二营养层植食类昆虫的生长发育和繁殖产生直接 影响；其次对以植食类昆虫为食的寄生或捕食性天敌产生间接影响；最后转基因水稻本身的 物理性状、农艺性状、营养物质、挥发性和非挥发性次生物质等都可能产生非预期的变化， 进而对各个营养层的节肢动物种类组成、数量和发生动态产生非预期的影响，从而引起稻田 群落结构的变化【”例如：刘雨芳【“】研究表明，m s a 与m s b 能提高稻田中捕食性节肢动 物的发生数量，且在水稻黄熟期能显著提高稻田中捕食性节肢动物亚群落的数量。在成熟收 割前期能显著提高稻田中捕食性节肢动物亚群落的物种丰富度而捕食性节肢动物亚群落的 多样性指数、均匀性指教、优势度集中指数则在水稻不同生长期表现有所差异。不过，其与 对照相比均没有显著差异。m s a 与m s b 在水稻移栽后的早期在一定程度上降低寄生蜂亚群 落的多样性指数与均匀性指数，提高其优势度集中性指数。之后随着寄生蜂亚群落的数量减 少，其优势集中性、多样性与均匀性均有所提高，但与对照相比并无显著差异。 1 4 2 转基因水稻对靶标害虫的影响 大多数转基因抗虫作物对靶标害虫具有高效抗性。转基因作物的广泛种植，必然会对靶 标害虫自然种群产生影响，改变其发生、发展规律。目前研究开发的转m 基因植物一般对 鳞翅目害虫具有很好的毒杀作用。但是由于转矾基因植物会对靶标害虫产生很高的选择压 力，很可能会使靶标害虫对转基因植物所表达的毒蛋白产生抗性【“。例如：已经有不少的 研究证实有1 0 多种昆虫在实验室条件下对m 产生抗性，一些原来对矾敏感的害虫( 鳞翅 目、双翅目、鞘翅目和双翅日) 均发现有一些种类对m 植物产生了抗性l ”驯。目前解决害 虫抗性产生的有效办法是将两种或是两种以上作用机理不同的杀虫基因同时转入植物，使害 虫对这一类转基因植物难以产生抗性。在转双价基因抗虫水稻研究方面，目前的研究大多显 示转双价基因抗虫水稻对靶标害虫( 多为鳞翅目害虫) 具有很高的抗性，例如：刘雨芳通过 4 塑堡垒苎查兰! 翌曼! 主兰些丝苎壁兰里苎奎堡! ! ! 苎型! ! 三! 翌堡! 羔堕垫塑塑墅苎 堕兰堡 大田实验表明转基因水稻及其杂交后代对稻纵卷叶螟都具有很高的抗性p 1 ，李冬虎通过室 内外的研究也表明转双价基因抗虫水稻的两个株系m s a 与m s b 对稻纵卷叶螟和二化螟均 具有很强抗性p 。l 。 1 4 - 3 转基因水稻对非靶标害虫的影响 农作物生态系统是一个极其复杂的系统：在整个农作物生态系统中不仅有害虫，还存在 大量害虫天敌，害虫中既有主要害虫，又有次要害虫，既有靶标害虫，又有非靶标害虫。转 基因抗虫水稻释放到大田，对农田生态系统中非靶标生物的影响是转基因作物生态安全性评 价的重要内容。转基因水稻对靶标害虫控害效果、对非靶标生物的影响情况和对生态系统的 影响情况是关系到转基因水稻能否顺利推广应用的关键所在。 大量研究表明。转基因植物会对一些非目标生物及多样性产生影响。l j o y 通过实验室 研究证明矾玉米花粉能够危害君主斑蝶( d a n a u 5 p l e x i p p i s ) 幼虫例：有学者研究表明转基 因玉米e v e n i l 7 6 花粉可使香芹黑凤蠊( p a p i l i op o l y x c n c s ) 幼虫的生长减慢【幢“l ，转基因棉 田棉铃虫不再是主要害虫，但棉叶螨( t e t r a n y c h u s u n n a b a r i a u s ) 、棉蚜( a p h i s g o s s y p i i ) 、棉 蓟马( n ，枷t a b a c i ) 、白粉虱( t r i a l u r o d e sv a p o r a r i o r u m ) 等刺吸性害虫的发生为害加重【“， 并且转基因棉田昆虫群落、害虫和天敌亚群落的稳定性不如常规棉田，某种害虫大发生的可 能性较大旧】。刘雨芳等利用转双价基因c r y l a c 与s c k 水稻大面积的实验表明转基因水稻 m s a 与m s b 对非靶标害虫稻飞虱的影响表现在不同的生长时期刺激或抑制其发生，在晚稻 生长后期m s a 与m s b 均明显地刺激褐飞虱f 卅。另外，刘志诚等例的研究表明：m 稻和 对照稻田中白背飞虱( 曼f u r c i f e r a ) 若虫密度在整个水稻生育期内总的来说相比要高，但差 异未达显著水平。陈茂等1 比较测定了褐飞虱在转c r y l a b 基因籼稻( b 1 、a 6 ) 和转s c k 基因杂交稻恢复系( m s a ) 及各自亲本对照上的取食与产卵行为，发现非自由选择寄主植 株条件下，褐飞虱不论于转c o , l a b 基因籼稻上还是于转s c k 基因杂交稻恢复系上，其取食 总痕数均显著多于各自对照，而取食2 4h 后排泄的蜜露则恰好相反，综合可见：3 个供试抗 虫转基因水稻材料对褐飞虱取食是不利的而对产卵则无显著的影响。 i a 4 转基因水稻对天敌的影响 大多数研究表明转基因植物不会对天敌造成明显的负面影响陋。j ，但也有报道称转基因 植物会对天敌产生不利影响【9 4 “。例如：刘志诚等p 1 1 发现勘水稻与亲本对照间锥腹肖蛛 ( t e t r a g n a t h am a x i l l o s a ) 、四斑锯螯蛛( d y s c h i r i o g n a t h aq u a d r i m a c u l a t a ) 、食虫沟瘤蛛 ( u m m e l i a t ai n s e c t i c e p s ) 、拟环纹豹蛛( p a r d o s ap s e u d o a n u l a t a ) 及拟水狼珠( p i r a t a 口切i r a t i c s ) 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：矾水稻对稻 5 福建农林大学2 0 町届硕士学位论文转基园杂交稻( 优科丰6 号) 对稻田节肢动物的髟响陈文演 田优势蜘蛛基本上无明显的高影响。白耀宇等【6 2 1 的室内测定结果表明：尖钩宽黾蝽 ( m i c r o v e l i a n n 饥j ) 成虫对用3 种供试水稻残体饲养的灰橄榄长角跳虫( 肠d 脚6 n ，4 厶洲咖) 的捕食量和功能反应均符合h o l l i n g i l 方程，其日捕食量、瞬时攻击率( a ) 和 处理时间( 1 i ) 均无显著差异。但姜永厚等【叫研究发现转& 基因水稻经二化螟幼虫取食后 对绒茧蜂生物学特性( 寄生率、结茧率、雄蜂寿命和蜂茧长) 有显著影响。对于产生这种影 响的途径现在一般认为有以下两种：一是对天敌可能有直接毒性，但至今还没有证据【盯4 j ； 另一个是通过对寄主的影响，间接地影响天敌m 9 一。 1 5 本研究的意义 目前有关转基因水稻对非靶标生物影响的研究还大多停留在非靶标生物的种群动态，非 靶标害虫的抗性水平、产卵与取食行为、发育历期、死亡率等，以及非靶标天敌的捕食功能 和寄生能力等方面的研究陋“。弗删。对于转基因水稻对靶标和非靶标生物产生影响的内部 机理的研究还比较少，也还较少从群落一种群生物个体三个层面系统研究转基因水稻对稻 田生物产生的影响。 白农药大量使用产生“3 r ”问题受到社会各界广泛关注以来，转基因作物曾一度被认 为是替代农药控制病虫草害的利器。刘志诚等嗍的研究也表明转m 水稻对稻田中节肢动物 群落的影响明显弱于化学杀虫剂。但是随着对转基因植物产生抗性的害虫的出现，以及因种 植转基因植物而产生了超级杂草等一系列问题的产生，转基因植物的生态安全问题已成为当 前急待解决的问题。本研究基于群落一种群一个体三个层次，研究了转双价基因c r y l a c $ c k 抗虫杂交稻在正常施药情况下对稻田节肢动物群落产生的影响以及在不施药情况下对靶标 害虫稻纵卷叶螟、非靶标害虫稻飞虱、捕食性天敌( 蜘蛛) 的生物学影响，分别从群落指标、 种群动态、生长发育、行为反应和酶活性等方面，分析了转基因抗虫杂交稻对整个稻田生态 系统的影响，探讨了转基因抗虫杂交稻环境释放后对靶标和非靶标生物产生的潜在影响，以 期为转基因水稻的生态安全评价提供必要的科学依据，为转基因水稻的合理利用提供有意义 的参考价值。 本研究技术路线见图1 1 。 6 辐建农林大竿a 0 0 7 届硕士学位论文转基园杂空稻( 优科丰6 号) 对稻田节脏动物的彩响陈文滨 图1 1 本研究技术路线 7 福建表椿大学2 田7 届碰士学位论文转基因杂交稆( i i 优丰6 号) 对稻田节胺动物的影响 陈文滨 第二章转基因抗虫杂交稻对稻田节肢动物群落的影响 转基因水稻的出现为人们利用转基因技术管理水稻病虫害提供了新方法与新途径【州。 但是，转基因水稻作为一种新出现的物种，在释放到环境后也有可能会造成一些非预期问题 的出现：它有可能对非靶标生物的直接毒害和对无脊椎动物群落更复杂的影响州，也可能 与其它转基因作物一样会对相关生物与生态安全性产生直接或问接的影响。在这种情况 下，应用群落生态学方法研究评估生物群落的组成结构及其多样性、稳定性，就成为转基因 作物生态安全性科学评估的重要手段阻”。 有研究者在转基因水稻对稻田生物群落研究的有关报道中认为转基因水稻对水稻害虫 群落的各项指标均无显著影响例，也有研究者将抗虫转基因水稻和化学杀虫剂对稻田节肢 动物群落的影响作了比较研究，认为转基因水稻对稻田节肢动物群落的影响明显弱于化学杀 虫剂嗍对于在使用化学杀虫荆条件下，研究转基因水稻对稻田生物群落的影响还未见报 道。而随着转基因技术的成熟，转基因水稻商品化的步伐进一步加快。将来势必出现在转基 因稻田施放农药的情况，因为：一方面，转基因水稻由于杀虫谱较单一，对非目标害虫难以 控制而极易引发一些非目标害虫爆发成灾；另一方面化学农药有着防治病虫害速效、高效等 特性，化学防治依然是控制害虫爆发的一个最重要途径。因此，研究在转基因水稻和化学杀 虫剂双重选择压力下，农田生态系统是否会出现非预期变化就显得尤为重要。为此，本章分 析和阐明了转双价基因抗虫水稻与化学杀虫剂共同作用下稻田节肢动物群落结构及组成，以 期为转基因水稻的推广应用提供基础的理论依据。 2 1 材料与方法 2 1 1 供试水稻材科 转双价基因( c r y l a c + s c k ) 抗虫杂交稻优科丰6 号和对照非转基因杂交稻i i 优明铂 均由福建省农科院农业遗传工程重点实验室提供，其中i i 优科丰6 号是l i 3 2 a 不育系和抗 虫恢复系科丰6 号的一个组合，i i 优明恢8 6 是i i 3 2 a 不育系和常规恢复系明恢8 6 的一个 组合，且抗虫恢复系科丰6 号的亲本材料即明恢黼。 2 1 2 试验地点概况 本研究在福建省沙县良种繁育场完成。沙县地处福建省中部，北纬2 6 。0 6 ，东经 1 1 6 。4 0 ，海拔1 3 0m ，属中亚热带季风气候，山区气候明显。年平均气温1 5 6 - 1 9 6 ，年 平均霜期8 7 - 1 1 8d ，年平均降雨量在1 5 1 0 1 8 4 0r a m , 年日照时数为1 8 7 7 7h ，由于海拔高度、 地形、地势和坡度影响，各地气候差异十分明显，而且垂直差异也较明显，极具闽西北地区 8 疆建农林大学2 0 0 7 届硕士学位论文转基因杂交稻( 优科丰6 号) 硝稻田节肢动物的髟响睬文演 典型的气候特点，是典型的农业县。2 0 5 固道、3 1 6 省道、鹰厦铁路穿越其境，交通便利。 沙县良种场位于沙县西北部富口镇，距县城1 5k m ，距三明2 0k m ，距南平6 9k m ，为- d , 盆地。该良种场创办于1 9 7 2 年，1 9 7 4 年被定为福建省三明市农作物区试点，1 9 9 2 年被定为 福建省优质稻区试点，1 9 9 5 年被定为福建省水稻引种观察圃，1 9 9 8 年被定为国家级农作物 品种区试站。每年承担国家级、省、市、县下达的农作物良种引进试验、示范、推广、繁育 ( 殖) 任务。自建场以来，共完成了两千多个农作物良种的引进、试验、示范任务。全场有 土地面积4 8h a ，其中山地2 2 h a ，水田1 4h a ，田块大小均匀，连片平整，地势平坦开阔， 土壤肥沃，水资源丰富，自然隔离条件好，道路、水利等基础设施完善，能保证水田早涝保 收。经过考察，是进行转基因水稻田间生态安全评价研究的理想实验场地。 2 1 3 水稻田问试验设计 2 0 0 5 年于福建省沙县良种场水稻种植区选择比较有代表性的4 块稻田( 图1 ) ，每块稻 田面积约6 6 7m 2 。其中a 、b 两块稻田在水稻全生育期内肥水管理及施药情况如常，c 、d 两块稻田肥水管理如常但不施任何农药：a 、c 两块均栽种转基因水稻优科丰6 号，b 、d 田块栽种对照非转基因水稻优明8 6 。4 块稻田在距廊道1m 宽左右的范围内不种水稻作为 保护行廊道( 田埂) 区在整个水稻生育期内均不除草( 见图2 1 ) ： 雾 ： a 丑优辨丰( 菇药 bi i 优璃蜮施鳓 ： 雾 pj r 优瑚$ 回不舷勤ct l 侥乖f 丰c 不蓝药 。：。 田z l 水稻田同布局( 捆蓬抄县2 5 ) 2 1 4 水稻栽培管理方法 于2 0 0 5 年5 月2 1 日播种，6 月2 1 日秧苗移栽至本田，秩龄3 0 d ，水稻行株距2 0 x 2 0 水稻秧苗期施复合肥2 0 蜒，非转基因稻苗施1 0 0m l 三唑磷、3 0d 甲氰菊酯，秧田前 作为紫云英绿肥。其中，正常管理田块( 田块a 和b ) 多施lk g 益舒宝。水稻移入本田后 每块稻田管理如下： ( 1 ) 施肥情况，6 月2 8 日施起苗肥：7 k g 尿素，5 k g 复合肥，5k g 氯化钾庙；7 月8 日施 分蘖肥：3 5k g 尿素，7 k g 复合肥，7 k g 氯化钾。 ( 2 ) a 、b 两块田施药情况： 9 捂建农林大学2 0 f f 7 届硕士学位论文转基因杂交稻( 优科 6 号) 对稻田节肢动物的影响 陈文滨 7 月8 日，( 移栽后1 6 d ) 甲胺磷3 0 0 m l 杀虫双6 0 0 m l ，甲氰菊脂1 2 0 “； 7 月1 6 日，( 移栽后2 4 d ) 阿维菌素6 0 血，三唑磷3 0 0 m l ，叶蝉散3 0 0 m l ，汇丰速扑 1 8 0 9 ； 7 月2 2 日，( 移栽后3 0d ) 百螺敌4 5 可湿性粉剂约6 0 0g 7 月2 8 日，( 移栽后3 6 d ) 三唑磷9 0 0 m l ，叶蝉散9 0 0 m l ，汇丰速扑3 6 0 9 ，甲氰菊脂 1 8 0g 8 月1 6 日，( 移栽后5 5d ) 三唑磷9 0 0 m l ，阿维菌素1 8 0 m l ，叶蝉散9 0 0 m l ，汇丰速 扑3 6 0g 8 月”日，( 移栽后醴d ) 三唑磷9 0 0 m l ，阿维菌素1 8 0 m l ，叶蝉散9 0 0m i ，杀虫双 9 0 0m l ，三环唑4 5 0g 。( 各药品相关信息见表2 1 ) 衰z l 农药相关信息 2 1 5 调查日期 田间调查日期与水稻移栽后时间的对照见表2 2 。 衰2 2 调查日期( 月日) 与水稻移栽后时问的对照( 晒) 调查日期 i n l 5j n l 1 2j q l 1 9i i i 2 6 a n g 2a n g 9a u g 1 6a n g 2 3a n g 3 0 s i p 6s e p 1 3s 印2 0 移栽后天戢 l 2 l 丛 3 5 记孵靳 酗7 u，7m，l 对应生育期 苗期 1 分蘖l 孕薯i漕浆 成熟i 2 1 6 调查方法与物种分类鉴定 ( 1 ) 种植优科丰6 号的田块a 与种植i i 优明