不同基因型转Bt水稻种植对土壤螨类群落的影响

宋莹莹,王 龙,李立坤,刘向辉,戈 峰,陈法军,*

1 南京农业大学植物保护学院昆虫学系, 昆虫信息生态研究室, 南京 210095 2 中国科学院动物研究所, 北京 100101

为减轻化学农药使用过程中造成的系列环境问题,进而促进我国“新绿色农业”的发展,基因工程技术已被广泛应用于现代农业害虫防治中[1]。室内或田间条件下,Cry1Ab纯合基因型转Bt(Bacillusthuringiensis)水稻“克螟稻”及Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻“华恢1号”均具有较好的抗虫效果[2- 3],并有效地降低了农药施用[4],且我国农业部于2009年和2014年先后两次通过了对转Bt抗虫水稻“华恢1号”的生物安全认证[5- 6]。然而,人们对转基因作物的食品安全和生态风险问题仍存在较大争议,这严重阻碍了我国115转基因抗虫育种产业的发展。

虽然大量研究表明,转Bt作物对地上部节肢动物以及水生生物等的影响与非转基因作物相比均无显著差异[7- 11]。但转Bt作物长期种植后,其外源基因表达产物也可能通过根系分泌物、花粉或植株残体等方式进入土壤,进而对土壤非靶标生物造成负面作用[12- 14]。此外,不同基因型转Bt水稻对非靶标生物的影响存在较大差异[15- 16],且易受土壤类型以及气候等多因素影响。因此不同基因型转Bt水稻对土壤非靶标生物的综合评价至关重要,但目前有关这方面的研究还相当有限,尤其对土壤生态安全性评价的工作尚严重不足。

土壤螨类是土壤中数量和种类极为丰富的一类小型土壤节肢动物,在土壤分解、物质循环和能量流动等过程中均起着重要作用[17- 19]。同时,土壤螨类也是自然界易受干扰的生物类群,其种类组成和密度能对土壤环境变化做出敏感响应[20- 22]。因此,土壤螨类已成为评价土壤健康与否的重要敏感指示生物之一[23]。研究不同基因型转Bt水稻种植对土壤螨类群落影响对转Bt水稻种植和土壤环境安全具有重要意义。然而有关转Bt抗虫水稻对土壤螨类的安全风险评价尚未见报道。为综合评价不同基因型转Bt水稻种植对土壤非靶标生物的影响,加强转基因作物的生态风险评估,本研究选取Cry1Ab纯合基因型转Bt水稻“克螟稻”和Cry1Ab/Cry1Ac融合基因型转Bt水稻“华恢1号”为供试材料,研究不同基因型转Bt水稻种植对稻田非靶标生物土壤螨类的数量动态、群落组成和多样性等的影响,以进一步明确转Bt水稻的土壤环境安全性。

1 材料与方法

1.1 田间试验地概况

试验地设在山东省宁津县南京农业大学植物保护学院“气候变化与生物多样性和控害减排【联合】创新研究基地”(Innovation Research Platforms for Climate Change, Biodiversity and Pest Management, 即CCBPM; http://www.ccbpm.org; 37.64°N, 116.8°E),该地区海拔16.5 m,属于暖温带半湿润季风性气候,年平均气温12.9℃,年平均降水量为500—800 mm；土壤类型为蒙淤砂白土,耕作层(0—20 cm)的土壤pH值(水提法,液土比5∶1)为8.5,土壤有机碳(高温外热重铬酸钾氧化-容量法)、全氮(凯氏消煮法)、碱解氮(碱解扩散法)、速效磷(钼蓝比色法)和速效钾(火焰光度计法)含量分别为6.6 g/kg、0.4 g/kg、7.9 g/kg、14.4 mg/kg和96 mg/kg。试验前该地区主要种植棉花、玉米和小麦等旱地作物,未进行秸秆还田耕作,无转Bt水稻种植记载,且当前周边100 km内也无转Bt水稻种植,从而避免了转Bt作物外源Bt基因的扩散杂交风险。整个试验过程除不施用化学杀虫剂外,其他均按照常规的稻田管理措施。

1.2 供试转Bt水稻

试验所用的转Bt水稻为2个转Cry1A基因抗虫水稻品系,即Cry1Ab纯和基因型转Bt水稻“克螟稻”和Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻“华恢1号”(两者均为恢复系),及其常规对照亲本“秀水11”和“明恢63”。克螟稻是将外源Cry1Ab基因导入晚粳稻秀水11后选育出的转Bt抗虫基因水稻,稻种由浙江大学原子能研究所提供；华恢1号以明恢63为受体材料,通过基因枪介导的遗传转化方法将目的基因Cry1Ab/Ac转入受体细胞后所得的转Bt抗虫水稻,稻种由华中农业大学植物科技学院提供。以上两种转Bt抗虫水稻的靶标害虫为二化螟Chilosuppressalis和稻纵卷叶螟Cnaphalocrocismedinalis等鳞翅目害虫[2- 3]。

1.3 试验设计

试验包含Cry1Ab纯和基因型转Bt水稻“克螟稻”和Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻“华恢1号”及其常规对照亲本“秀水11”和“明恢63”,共4个水稻品种。每个水稻品种设置4个小区,每小区5 m×20 m,小区之间设置5 m的隔离带,水稻品种之间采用随机区组试验设计(图1)。水稻于2011年5月15日旱作播种,11月15日收获。播种前按每公顷375 kg氮肥、225 kg磷肥和150 kg钾肥施底肥,大田漫灌一次,并于水稻拔节期和孕穗期分别追施氮肥(150 kg/hm2)、磷肥(90 kg/hm2)和钾肥(60 kg/hm2)各一次；此外,播种后间隔3周人工除草和灌溉各一次。自水稻播种后一个月,每隔两个月进行一次土壤采样,即6月份、8月份和10月份3次采样。采样时,用100 mL环刀每小区随机取样5环刀水稻土,放入一个自封袋中,做好标记后带回实验室分别进行分离鉴定。

图1 Cry1Ab纯和基因型和Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻及其对照亲本大田试验设置图Fig.1 Field layout and deployment diagram of transgenic Bt rice with single Cry1Ab and fused Cry1Ab/Ac transgenes and their respectively parental linesKMD：克螟稻,Kemingdao；XSD：秀水稻,Xiushuidao；HH1：华恢1号,Huahui 1；MH63：明恢63,Minghui 63

1.4 土壤螨类分离与鉴定

将带回的每个土样充分混合后,用100 mL标准环刀量取一环刀(即100 mL)土样采用改良的干漏斗法(即Tullgren法)进行土壤螨类的分离,获得的土壤螨用装有浓度为75%酒精的白色塑料小瓶(容积：50 mL)收集[24]。螨类标本依据尹文英《中国土壤动物检索图鉴》鉴定[25],一般鉴定到属,个别鉴定到科,同时统计个体数量。此外,根据各土壤螨的数量占土壤螨总数量的百分比来划分各类群,即个体数占总量10%以上者为优势类群,个体数占总量1%—10%为常见类群,个体数占总量1%以下为稀有类群[26]。

1.5 土壤螨类群落指标计算

依据以上分离鉴定的各土壤螨的类群及其数量,运用Shannon多样性指数、Margalef丰富度指数和Pielou均匀度指数来研究[27]Cry1Ab纯和基因型和Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植对土壤螨类群落多样性的影响。

具体公式如下：

(1)Shannon多样性指数(H′)：

式中,Pi为土壤螨群落中第i类群(属)个体数占总个体数的百分比；S为土壤螨群落中所有螨的类群数。

(2)Margalef丰富度(SR)：

SR=(S-1)/lnN

其中,S的含义同上,N为土壤螨类群落的总个体数。

(3)Pielou均匀度(J)：

J=H′/lnS

式中,H′,S的含义同上。

1.6 统计分析

用SPSS 16.0统计软件进行试验数据的统计分析。采用单因子方差分析(One-way ANOVA)比较2011年6、8和10月份3次累计分离鉴定的转Bt水稻及其对照亲本稻田土壤螨类的百分比组成差异,以及同一次调查取样所分离鉴定的土壤螨类数量和测定的Shannon多样性指数(H′)、Margalef丰富度(SR)和Pielou均匀度(J)等的差异；此外,采用单因子重复测量方差分析(One-way Repeated-Measures ANOVAs)以明确转Bt水稻及其对照亲本之间(KMD vs. XSD或HH1 vs. MH63),以及不同基因型转Bt水稻之间(KMD vs. HH1)在2011年6、8和10月份稻田土壤螨类数量动态,以及测定的Shannon多样性指数(H′)、Margalef丰富度(SR)和Pielou均匀度(J)等的群落指标的动态差异。处理间差异显著性采用LSD检验(差异显著：P<0.05；差异较大但不显著：0.05

2 结果与分析

2.1 不同基因型转Bt水稻种植对稻田土壤螨类数量与百分比组成的影响

2011年6月份、8月份和10月份连续3次对两种基因型(即Cry1Ab纯和基因型和Cry1Ab/Ac融合基因型)转Bt水稻及其对照亲本稻田土壤进行了土壤取样,以及土壤螨类的分离与鉴定,共发现4目,27科土壤螨类(表1)。Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植增加了土壤螨类的科属种类；其中,Cry1Ab纯和基因型转Bt水稻及其对照亲本稻田土壤中分别发现了17科和18科的土壤螨类,Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻及其对照亲本稻田土壤中分别发现21科和17科的螨类。

对科属组成及其百分比分析发现(表1),同一转Bt水稻种植对不同的土壤螨类影响不同,不同基因型转Bt水稻种植对同一土壤螨类的影响也不同,且转Bt水稻种植田中一些百分比含量较少的稀有类群(<1%)和常见类群(介于1%和10%)消失或出现。与对照亲本稻田土壤相比,Cry1Ab纯和基因型转Bt水稻田土壤中分别有3个科的稀有类群(赫甲螨科、真卷甲螨科和寄螨科)和3个科的常见类群(步甲螨科、盖头甲螨科和绒螨科)消失,同时又有1个科的稀有类群(若甲螨科)和6个科的常见类群(尖棱甲螨科(奥斯甲螨属)、木单翼甲螨科(木单翼甲螨属和全单翼甲螨属)、奥甲螨科(奥甲螨属)、厚厉螨科、尾足螨科和巨须螨科)出现；此外,Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻田土壤中分别有1个科的稀有类群(奥甲螨科(微奥甲螨属))和3个科的常见类群(真卷甲螨科、奥甲螨科(多奥甲螨和隐奥甲螨属)和吸螨科)消失,同时又有6个科的稀有类群(上罗甲螨科、维螨科、尾足螨科、寄螨科、真足螨科和绒螨科)和1个科常见类群(奥甲螨科(奥甲螨属))出现。其中,Cry1Ab纯和基因型和Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植均可导致真卷甲螨科三皱甲螨属种类的消失,以及盖头甲螨科奥甲螨属和尾足螨科种类的出现。与对照亲本相比,Cry1Ab纯和基因型转Bt水稻种植显著增加了上罗甲螨科上罗甲螨属的百分比含量(+525%;P<0.05; 表1),而Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植对稻田土壤螨的百分比组成无显著影响(P>0.05; 表1)。

表1Cry1Ab纯合基因型和Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻稻田土壤螨类优势类群(>10%)、常见类群(介于1%和10%)和稀有类群(<1%)组成/%

Table 1 Composition and structure of the dominant (>10%), common (≥1% and <10%) and rare (<1%) groups of soil mites genus in the paddyfields of transgenicBtrice with singleCry1Aband fusedCry1Ab/Actransgenes

目Order科Family属GenusCry1Ab纯和基因型 Single Cry1Ab transgeneCry1Ab/Ac融合基因型 Fused Cry1Ab/Ac transgenes转Bt水稻(克螟稻)Transgenic Bt rice (KMD)对照亲本(秀水11)Parental line (XSD)转Bt水稻(华恢1号)Transgenic Bt rice (HH1)对照亲本(明恢63)Parental line (MH63)甲螨目缝甲螨科Hypochthoniidae缝甲螨属Hypochthonius7.0±3.34.4±1.510.0±4.20.6±0.6Oribatida步甲螨科Carabodidae步甲螨属Carabodes1.3±1.3赫甲螨科Hermanniidae赫甲螨属Hermannia0.9±0.9尖棱甲螨科Ceratozetes尖棱甲螨属Ceratozetes8.4±1.37.4±2.29.0±4.410.1±3.1奥斯甲螨属Ocesobates3.6±2.2真卷甲螨科Euphthiracaridae三皱甲螨属Rhysotritia0.9±0.91.0±1.0上罗甲螨科Epilohmanniidae上罗甲螨属Epilohmannia7.5±1.1a1.2±0.8 b0.8±0.8木单翼甲螨科Xylobatidae木单翼甲螨属Xylobates2.4±2.46.0±1.22.6±1.6全单翼甲螨属Perxyiobates1.6±1.60.8±0.81.0±1.0盖头甲螨科Tectocepheidae盖头甲螨属Tectocepheus2.1±1.73.1±2.23.0±3.0奥甲螨科Oppiidae奥甲螨属Oppia1.3±1.31.7±1.0多奥甲螨Multioppia Hammer0.8±0.80.9±0.92.9±1.7隐奥甲螨属Cryptoppia Csiszar1.0±1.0微奥甲螨属Microppia0.7±0.7若甲螨科Oribatulidae合若甲螨属Zygoribatula0.8±0.8中气门目维螨科Veigaiidae0.7±0.7Mesostigmata囊螨科 Ascidae26.8±5.525.5±5.619.9±6.835.0±11.7厉螨科 Laelapidae1.2±1.21.3±1.31.6±1.60.6±0.6胭螨科Rhodacaridae胭螨属 Rhodacarus9.4±5.614.8±2.56.9±1.49.2±3.2小胭螨属 Rhodacarellus0.7±0.71.7±1.7厚厉螨科Pachylaelapidae1.3±1.3尾足螨科Uropodidae2.9±1.70.3±0.3植绥螨科Phytoseiidae1.3±1.30.9±0.90.3±0.31.7±1.7寄螨科Parasitidae0.9±0.90.8±0.8派盾螨科Parholaspidae6.3±5.32.6±1.6前气门目真足螨科Eupodidae0.7±0.7Prostigmata长须螨科Stigmaedae长须螨属Stigmaeus3.6±2.29.7±7.57.1±2.74.2±1.5微离螨科Microdispidae奇矮螨属Allopygmephorus11.2±6.213.6±1.812.4±6.515.0±3.3绒螨科Trombidiidae1.3±1.30.7±0.7吸螨科Bdellidae1.9±1.9巨须螨科Cunaxidae巨须螨属Cunaxa3.0±2.13.0±1.22.5±1.8无气门目食菌螨科Anoetidae1.6±1.60.3±0.32.7±2.31.6±1.0Astigmata粉螨科 Acaridae2.1±1.312.7±9.54.7±1.81.2±1.2

不同小写字母表示经LSD检验转Bt水稻及其对照亲本稻田土壤螨的百分比组成差异显著,P<0.05

2.2 转Bt水稻对土壤螨类数量动态和群落多样性的影响

根据6、8和10月份3次调查结果分析得出,转Bt水稻种植没有显著影响土壤螨类的数量,以及群落多样性、均匀度和科属丰富度(P>0.05; 表2),Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植对土壤螨类科属丰富度的影响较大(P=0.072<0.10；表2)。其中,相对于对照亲本而言,3次调查期间Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植提高了土壤螨类数量,以及群落多样性、均匀度和科属丰富度,而Cry1Ab纯和基因型转Bt水稻种植仅明显提高了土壤螨类群落均匀度(图2)。

与对照亲本相比,Cry1Ab纯合基因型转Bt水稻种植显著降低了10月份单位面积稻田土壤中螨类数量(-72%;P<0.05)和科属丰富度(-38%;P<0.05),同时又显著提高了8月份稻田土壤螨类均匀度(+15%;P<0.05)；此外,Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植还显著提高了10月份土壤螨类群落多样性(+53%;P<0.05; 图2)。

表2 转Bt水稻及其亲本种植对稻田土壤螨类数量和群落多样性影响的单因子重复测量方差分析(F/P)

Table 2 One-way repeated-measures ANOVAs for the effects of the planting of transgenicBtrice and their corresponding parental lines of non-Btrice on the abundance and community diversity of soil mites in paddyfields (F/P)

土壤螨类测定指标Measured indices of soil mitesCry1Ab纯合基因型(克螟稻 vs.秀水11)Single Cry1Ab transgene(KMD vs. XSD)Cry1Ab/Ac融合基因型(华恢1号 vs. 明恢63)Fused Cry1Ab/Ac transgenes(HH1 vs. MH63)数量/100 mL Abundance (Individuals per 100 mL soil)0.01/0.921.48/0.24群落多样性(H′) Shannon diversity (H′)0.07/0.802.68/0.12群落均匀度(J) Pielou′s evenness (J)0.99/0.330.50/0.49科属丰富度(S) Margalef′s richness (SR)0.13/0.733.60/0.072∗

* 表示转Bt水稻及其对照亲本之间经LSD检验差异较大,P<0.10；该分析方法以转基因处理(Btvs. non-Bt)为主因子,以2011年6月、8月和10月3次采样日期为重复测量

图2 转Bt水稻及其对照亲本稻田土壤螨类数量和群落多样性动态Fig.2 Dynamics of individual abundance and community diversity of soil mites in paddyfields of transgenic Bt rice and their corresponding parental lines of non-Bt rice* 表示转Bt水稻及其对照亲本之间经LSD检验差异显著,P<0.05; 不同大写字母表示连续3次调查转Bt水稻及其对照亲本间经LSD检验差异显著,P<0.05

2.3 不同基因型转Bt水稻种植对土壤螨类数量和群落多样性的影响

根据6、8和10月份3次调查结果分析得出(表3),不同基因型转Bt水稻种植显著影响了土壤螨类数量(P=0.035<0.05)和科属丰富度(P=0.043<0.05),但对群落多样性(P=0.21>0.05)和均匀度(P=0.86>0.05; 表3)的影响不显著。其中,相对于Cry1Ab纯合基因型转Bt水稻而言,Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植显著提高了土壤螨类数量和群落科属丰富度(P<0.05),并提高了群落多样性和均匀度,但差异不显著(P>0.05; 图3)。

与Cry1Ab纯合基因型转Bt水稻相比,Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植显著提高了6、8和10月份单位面积稻田土壤中螨类数量,提高达284%、28%和124%(P<0.05)；并显著提高了10月份稻田土壤螨类群落多样性,提高达34%(P<0.05;)；此外,还显著提高了6月份和10月份稻田土壤螨类科属丰富度,提高达113%和75%(P<0.05; 图3)。

表3 转Bt水稻种植对稻田土壤螨类数量和群落多样性影响的单因子重复测量方差分析(F/P值)

Table 3 One-way repeated-measures ANOVAs for the effects of transgenicBtrice planting on the abundance and community diversity of soil mites in paddyfields (F/Pvalues)

测定指标Measured indicesCry1Ab纯合基因型与Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻相比(克螟稻 vs. 华恢1号)Transgenic Bt rice with single Cry1Ab transgene vs. fused Cry1Ab/Ac transgenes (KMD vs. HH1)数量/100 mL Abundance (Individuals per 100 mL soil)5.82/0.035∗群落多样性(H′) Shannon diversity index (H′)1.65/0.21群落均匀度(J) Pielou′s evenness index (J)0.03/0.86科属丰富度(S) Margalef′s richness index (SR)4.22/0.043∗

* 表示转Bt水稻之间经LSD检验差异显著,P<0.05；该分析方法以基因型(Cry1Ab纯合基因型和Cry1Ab/Ac融合基因型)为主因子,以2011年6月、8月和10月3次采样日期为重复测量

图3 转Bt水稻稻田土壤螨类数量和群落多样性动态Fig.3 Dynamics of individual abundance and community diversity of soil mites in paddyfields of transgenic Bt rice*表示转Bt水稻之间经LSD检验差异显著,P<0.05；不同小写字母表示连续3次调查转Bt水稻间经LSD检验差异显著,P<0.05

3 讨论

随着众多转Bt抗虫作物培育成功并广泛种植,在其有效控制鳞翅目等靶标害虫发生为害的同时,其非靶标生物安全性越来越受到普遍关注[16, 28- 29]。而随着转Bt作物长期种植后,其外源基因表达产物也可能通过根系分泌物、花粉或植株残体等方式进入土壤,从而对土壤非靶标生物造成负面作用[12- 14]。土壤中,大量的无脊椎动物与植物根系和土壤相互作用,在土壤生态系统中扮演着非常重要的功能生物角色[30]。作为土壤生态系统中重要的功能生物之一,土壤螨类的群落结构与组成通常是相对稳定的,但当土壤环境受到干扰时土壤螨类会做出及时响应[20]。本研究发现,与对照亲本相比,Cry1Ab纯合基因型(克螟稻)和Cry1Ab/Ac融合基因型(华恢1号)转Bt水稻种植田中,出现一些稀有类群(<1%)和常见类群(介于1%和10%)消失或出现的现象。这可能与转Bt水稻的种植有关,也可能与稀有类群较强的随机性和土壤螨类的空间异质性有关。Cry1Ab纯和基因型转Bt水稻中仅上罗甲螨属的百分比含量显著高于其对照亲本,而其他土壤螨类百分比含量均未出现显著性的差异。由此表明,上罗甲螨属对Cry1Ab纯和基因型转Bt水稻的种植更敏感。此外,真卷甲螨科三皱甲螨属均未在Cry1Ab纯合基因型和Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻稻田土壤中发现,且盖头甲螨科奥甲螨属和尾足螨科仅在这两类基因型转Bt水稻稻田土壤中发现。可见,以上受影响较大的上罗甲螨属、三皱甲螨属和尾足螨科等土壤螨类可作为转Bt水稻种植对土壤生态安全性评价与环境监测的指示物种。

土壤是生态系统中物质循环和能量转化过程中重要的场所,而土壤生物的多样性是土壤多种功能的基础[31]。本研究结果显示Cry1Ab纯合基因型和Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植对6、8和10月份连续3次调查的土壤螨类数量发生动态,以及群落多样性、均匀度和科属丰富度等指标动态均无显著影响。在相同试验条件下,Cry1Ab纯合基因型和Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻经过三年连续种植后,土壤中Bt蛋白的含量未超过0.12 ng/g[15],推测该Bt蛋白浓度尚不能对土壤螨类多样性产生显著影响。Liu研究指出在外界环境(如降雨、温度、光照等)的影响下,转Bt作物外源Bt毒素对非靶标生物的影响微不足道[29]。且转Bt水稻中的外源Cry1Ab蛋白在土壤中降解的速度非常快,一个月降解高达50%[32]。祝向钰研究了转Bt水稻对土壤跳虫的影响,与对照亲本相比也无显著差异[33]。尽管本研究未发现转Bt水稻种植对土壤非靶标生物有负面影响,但其是否有累积效应仍需长期监测。此外,本研究还得出Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植对6、8和10月份连续3次调查的土壤螨类群落科属丰富度的影响较大(P=0.072<0.10；表2)。另一方面,与对照亲本相比,Cry1Ab纯合基因型转Bt水稻种植显著降低了10月份单位面积稻田土壤中螨类数量和科属丰富度,同时又显著提高了8月份稻田土壤螨类均匀度,Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植还显著提高了10月份土壤螨类群落多样性,且3次调查期间Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植提高了土壤螨类数量及群落多样性、均匀度、科属丰富度。可见,相对于对照亲本而言,转Bt水稻(尤其是Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻)种植有提高稻田土壤螨类数量和群落多样性、均匀性和科属丰富度的趋势,且影响存在时间动态差异。

通过比较Cry1Ab纯和基因型和Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植对稻田土壤螨类数量和相关群落参数的影响发现,Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻显著增加了土壤螨类的数量和科属丰富度。可见,在科属分类水平上,相对于Cry1Ab纯和基因型转Bt水稻种植而言,Cry1Ab/Ac融合基因转Bt水稻种植在提高土壤螨类群落稳定性方面发挥着更大的优势,而在物种水平Cry1Ab/Ac融合基因转Bt水稻种植是否更有利于非靶标生物的数量发生和群落多样性的保护有待进一步研究。Chen报道了Cry1Ab纯和基因型转Bt水稻(克螟稻)及其对照亲本(秀水11)稻田土壤线虫的数量与Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻(华恢1号)及其对照亲本(明恢63)间存在显著的差异,且前者显著高于后者[15]。可见,同一转Bt水稻种植对不同的土壤非靶标生物的影响不同,且不同基因型转Bt水稻种植对同一土壤非靶标生物的影响也不尽相同。同时Chen也发现上述两种转Bt水稻种植对土壤中Bt蛋白的浓度无显著影响,但前者稻田土壤中硝酸氮的含量显著高于后者[15],推测不同基因型转Bt水稻稻田土壤螨类的数量和科属丰富度的差异与土壤中硝酸氮浓度的变化有关,且呈负相关关系。本研究只开展了一年期Cry1Ab纯和基因型和Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻短期种植对稻田土壤螨类数量及其群落组成等的影响,而长期种植转Bt水稻是否会对土壤螨类等非靶标生物的影响存在累积效应,进而造成更大的潜在影响仍需要更持久的田间检测与监测试验的开展。

4 结论

通过研究Cry1Ab纯合基因型和Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植对稻田非靶标生物土壤螨类的数量动态、群落组成和多样性等的影响得出,转Bt水稻种植田仅个别稀有类群或常见类群消失或出现。其中,Cry1Ab纯和基因型转Bt水稻种植显著增加了稻田土壤中上罗甲螨科上罗甲螨属的百分比含量。此外,Cry1Ab/Ac融合基因型和Cry1Ab纯合基因型转Bt水稻种植对稻田土壤螨类的数量动态、群落多样性、群落均匀度和科属丰富度等的影响都不显著。可见,转Bt水稻种植并未显著改变土壤螨类的群落组成和数量动态等。与Cry1Ab纯合基因型转Bt水稻相比,Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植显著提高了稻田非靶标生物土壤螨类的数量和科属丰富度,进而表明Cry1Ab/Ac融合基因型转Bt水稻种植比Cry1Ab纯合基因型转Bt水稻更有利于土壤螨类等非靶标生物的数量发生及其群落多样性保护。本研究的开展进一步明确了不同基因型转Bt水稻种植对土壤非靶标生物的影响,并为综合评价转Bt作物土壤环境安全性提供了试验数据支持。