转基因作物对蜜蜂的影响

转基因作物对蜜蜂的影响

转基因作物在世界范围内越来越多的被种植，但是有关转基因作物对蜜蜂以及其他传粉者的影响持续受到关注。转基因植物可能对蜜蜂产生直接或间接的影响。直接影响可能是指当蜜蜂摄入了转基因编码的蛋白质后所产生的影响。如果将转基因植入植物的过程导致植物表型发生不经意的变化，间接影响可能会发生。如果转基因产物（蛋白质）存在于转基因植物的花粉、花蜜或树脂中，对蜜蜂的直接影响可能会发生。这些影响将取决于转基因产物的性质以及被蜜蜂消耗的产物数量。

对纯化的转基因产物进行毒性测验通常是评估转基因作物对蜜蜂的风险的第一步。蜜蜂可能以两种不同的方式受到转基因植物的影响。第一，直接摄入花粉或花蜜中的基因产物可能对蜜蜂产生影响，由于花蜜只含有少量的氨基酸——蛋白质的基石，它携带基因产物的可能性远远比不上含有大量蛋白质组分的花粉。由于蜜蜂的社会性质，由采集蜂采集的转基因花粉可能被存储在蜂巢中，随后被成年蜜蜂和大幼虫摄入。第二，外源基因的表达可能对转基因植物产生多重影响，使得它们或多或少对蜜蜂有吸引力或者有营养。Picard-Nizou等（1995）发现一些携带几丁质酶基因的转基因油菜，与非转基因油菜相比，产出更多量的并且蔗糖含量更高的花蜜。由于蜜蜂这样的传粉昆虫行为依靠一系列复杂的感官反应，植物生物化学的细微变化都有可能改变蜜蜂行为。

早期的研究只是探讨单一转基因蛋白或者表达单一转基因蛋白的转基因植物对蜜蜂的影响。然而，较新的作物品种经常表达两个或更多的转基因蛋白。

早期商业化的转基因作物含有与苏云金芽孢杆菌分离的Bt基因，苏云金芽孢杆菌是一种能产生一系列昆虫特异性毒性蛋白质（Cry1Ac，Cry1Ab，Cry1Ba，Cry9C，Cry3A，Cry3B，Cry1F等）的土壤细菌。不同株苏云金芽孢杆菌产生不同的毒素。通常每一种毒素都具体到昆虫的一个特定的目，编码针对鳞翅目（蛾幼虫）、双翅目（苍蝇）或者鞘翅目（甲虫）昆虫活动的毒素的Bt基因已被分离。苏云金芽孢杆菌已被应用于生物农药制剂多年，由于膜翅目昆虫（蜜蜂、胡蜂、蚂蚁）活动的缺乏保证了蜜蜂良好的安全记录，有人认为，抗虫作物产生的Bt蛋白质可能促使蜜蜂丰富度的下降。

蜜蜂最有可能通过花粉受到来自转基因植物的杀虫蛋白的影响。评估这种状况对蜜蜂的影响是转Bt基因玉米风险评估过程中不可缺少的一部分。有人曾进行田间试验来评估转Bt Cry1Ah基因玉米对蜜蜂的影响。蜜蜂蜂群在开花期被移动到Bt或者非Bt玉米田，然后采样记录它们的存活率、发展状况和蜜蜂行为。被放置在非Bt玉米田的蜂群和被放置在Bt玉米田的蜂群，在未成熟期，工蜂存活率、蜜蜂体重、咽下腺重量、蜂群性能、采集活动或者嗅觉学习能力等方面没有检测到差异。他们得出结论，Cry1Ah玉米对蜜蜂的存活率、发展、蜂群性能或行为没有产生风险。

为评估来自Bt源基因的CryⅢB蛋白对蜜蜂的可能危害，该毒素被拌在补充糖浆中供给蜂群。使用两种不同的毒素浓度，大约分别是转Bt基因植物花粉中预期蛋白质含量的400倍、2000倍。每周都会对蜂巢进行采样，记录幼虫存活率和蛹的干重。在实验开始和结束时对巢脾进行计数，作为蜂群群势的一个指标。未观察到对幼虫的毒性作用，蛹重没有受到饮食规则的显著影响。这些结果表明产生CryⅢB毒素的转基因作物可能相当于适宜传粉者生存的一种环境。

实验室饲喂研究得出，用表达Cry1Ab的甜玉米花粉饲喂蜜蜂35天后，对蜜蜂的体重和存活率没有产生影响。田间研究发现，在甜玉米地里觅食的蜂群，取食Bt花粉饼28天后，蜜蜂的体重、采集活动和蜂群性能没有受到不利影响。繁蜂没有受到Bt花粉的影响，但是与阳性杀虫剂对照组相比，其育虫受到显著限制。

Ramirez-Romero等（2008）评估了两种浓度的Cry 1Ab蛋白（3 ppb和5000 ppb）对幼蜂的潜在影响。他们评估了Cry1Ab对三个主要生命特征的影响：亚慢性暴露在Cry1Ab环境中的蜜蜂存活率、饲喂行为以及采集蜂的学习能力，使用口吻屈伸反射（PER）来测试蜜蜂的记忆。使用化学杀虫剂吡虫啉也进行了同样的测试，以作为一个阳性参照。测试的Cry1Ab蛋白浓度并没有对蜜蜂造成致命影响。然而，当暴露在最高浓度的Cry1Ab蛋白环境中时，蜜蜂的饲喂行为受到影响，蜜蜂需要花费更长的时间吸入受污染的糖浆。Cry1Ab蛋白浓度为5000 ppb时，蜜蜂的学习能力也被打乱，即使在缺少食物奖励的情况下，蜜蜂持续对一种习惯的气味做出反应。这些结果表明，表达Cry1Ab蛋白浓度在5000 ppb水平的转基因作物可能影响食物消耗或者学习过程，因而可能影响蜜蜂的采集效率。然而，考虑到自然条件下预期的最大剂量（蜂巢内潜在最大的积聚量）和观察到的剂量效应（5000 ppb）之间的差异，他们得出结论，Cry1Ab蛋白对采集行为的负面影响在自然条件下是不可能发生的。

没有证据表明，向Bt作物的转变伤害了美国的蜜蜂蜂群。正相反，它通过降低杀虫剂在受Bt保护的作物（尤其是玉米和棉花）上的应用频率，而使养蜂受益。另一方面，向抗除草剂转基因作物的转变已经消除了田间边界、灌溉沟渠以及农田里的很多开花植物。

有学者进行了一项为期两年的田间试验（2001年和2002年）和一项一年期的半田间试验（2002年），来评估转基因抗除草剂油菜甘蓝型油菜花粉对工蜂幼虫和成虫的影响。在田间试验过程中，蜂群在开花期被移动到转基因或非转基因油菜田（每块至少99英亩），然后采样记录幼虫的存活率、成年蜂的恢复状况、蛹重量和血淋巴蛋白浓度。被放置在非转基因油菜田的蜂群和那些被放置在转基因油菜田的蜂群，在幼虫存活率、成年蜂恢复和蛹重量这些方面没有检测到差异。在2002年的田间试验中，被放置在转基因油菜田的蜂群，与那些被放置在非转基因油菜田的蜂群相比，其新出房的蜜蜂中的血淋巴蛋白浓度显著较高。然而，这种差异在2001年的田间试验中没有发现。在半田间试验中，蜜蜂幼虫被人工饲喂蜜蜂采集的转基因和非转基因油菜花粉，并回归到它们最初的蜂群。测算幼虫的存活率、蛹的存活率、蛹重和新出房的成虫中的血淋巴蛋白浓度。被饲喂转基因油菜花粉的幼虫和被饲喂非转基因玉米花粉的幼虫，在测算的任何一个参数方面都不存在显著差异。这项研究的结果表明，转基因油菜花粉没有对蜜蜂发育产生不利影响，转基因油菜的使用不会对蜜蜂构成任何威胁。

蛋白酶抑制剂是在几种转基因植物中表达的另一组杀虫蛋白。当用一些高剂量的纯化的蛋白酶抑制剂饲喂蜜蜂时，蜜蜂成虫和蜜蜂幼虫的寿命都会缩短。比如，将Kunitz型大豆胰蛋白酶抑制剂（SBTI）通过人工饲料方式饲喂给幼虫（胰蛋白酶抑制剂含量占总蛋白含量的1%），与取食对照饲料的幼虫相比，其发育迟缓并且死亡率增加。由于花粉只是蜜蜂幼虫的自然食物中的一个组成部分，这一浓度可能高于蜜蜂幼虫暴露在转基因作物表达的环境中的浓度。用浓度大约是这些蛋白质有效表达水平4倍的大豆胰蛋白酶抑制剂和其他蛋白酶抑制剂饲喂蜜蜂成虫，其寿命也被缩短。在一些取食蛋白酶抑制剂的蜜蜂中也观察到行为变化。在有条件的口吻屈伸试验中，添加到奖励饲喂糖浆中的豇豆胰蛋白酶抑制剂降低了成年蜂的学习反应能力。

编码几丁质降解酶的基因也被从一些生物源中分离出来。由于几丁质是真菌和昆虫的重要结构成分，几丁质酶基因已被转入植物体内，以保护植物免受真菌感染和虫害。和其他昆虫一样，几丁质是蜜蜂体表（外骨骼）的一个重要组分。因此，蜜蜂可能在摄取转基因植物表达的几丁质酶后受到影响。10日龄的成年蜜蜂取食含一定量的从番茄中纯化的几丁质酶（每只蜜蜂11 μg）的糖溶液，对其进行急性毒性试验，结果表明24小时或48小时后，这一转基因产物对蜜蜂存活率没有产生显著影响。被注射1.69 μg几丁质酶的蜜蜂也同样未受到影响。

生物素结合蛋白（BBP）是一组近来在转基因植物中表达的、较鲜为人知的杀虫蛋白。取食浓度超过现实暴露水平的抗生物素蛋白，成年蜜蜂和幼虫都没有受到这种BBP的影响。Brodsgaard等（2003）认为转基因植物表达的、被成年蜂摄取的一些蛋白质可能完好的通过肠上皮细胞，被运输到咽下腺，随着王浆被分泌出来，喂给幼虫，这将会增加对转基因蜜蜂幼虫产物的潜在威胁。Malone等（2004）没有发现抑肽酶（一种胰蛋白酶抑制剂）、抗生物素蛋白（BBP）或者Cry1Ba完好的通过蜜蜂的肠上皮细胞并在咽下腺积聚的证据。这表明这些蛋白极不可能通过分泌的王浆而被传递给蜜蜂幼虫。如果转基因产物是在花粉中得到表达的，将花粉直接饲喂给幼虫是目前为止最有可能使其暴露在转基因产物环境里的路径。

李瑞珍 编译