Bt水稻对稻田节肢动物功能团群落组成和结构影响的评价生物安全学报.docx
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Bt水稻对稻田节肢动物功能团群落组成和结构影响的评价生物安全学报
转cry1Ab基因粳稻对稻田节肢动物群落影响
刘志诚1,陈洋1,田俊策1,舒庆尧2,胡萃1,彭于发3,叶恭银1*
(1浙江大学昆虫科学研究所,水稻生物学国家重点实验室,农业部作物病虫分子生物学重点开放实验室,杭州310029;2浙江大学原子核农业科学研究所,杭州310029;3中国农业科学院植物保护研究所植物病虫生物学国家重点实验室,北京100193)
摘要在将稻田节肢动物群落按营养关系分为植食类、寄生类、捕食类、腐食类和其它类等5个功能团的基础上,从功能团优势度、群落结构参数及群落相异性等方面,经两年三点的调查就2个转cry1Ab基因粳稻(Bt粳稻)品系KMD1和KMD2对稻田节肢动物群落结构的影响作了评价。
结果表明,在大多情况下Bt粳稻与对照间各功能团优势度、群落结构参数(物种丰富度、Shannon-Winner多样性指数、均匀性指数、优势集中性指数)及其时间动态无明显差异;Bt粳稻与对照间植食类、寄生类、捕食类亚群落,及整个节肢动物群落的相异性大多较低。
综合分析认为,Bt粳稻对稻田节肢动物群落结构基本无明显的负面影响。
关键词Bt粳稻,cry1Ab基因,节肢动物,功能团,群落结构
中图分类号:
Q968
Impactoftransgeniccry1Abjaponicariceonthericepaddyarthropodcommunity
LIUZhicheng1,CHENYang1,TIANJunce1,SHUQingyao2,HUCu1,PENGYuf3,YEGongyin1*
(1InstituteofInsectSciences,StateKeyLaboratoryofRiceBiology,MinistryofAgricultureKeyLaboratoryofMolecularBiologyofCropPathogensandInsects,ZhejiangUniversity,Hangzhou310029,China;2InstituteofNuclearAgriculturalSciences,ZhejiangUniversity,Hangzhou310029,3StateKeyLaboratoryforBiologyofPlantDiseasesandInsectPests,InstituteofPlantProtection,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100193,China)
Abstract:
Thecommunityofarthropodsinricepaddywasdividedonthebasisofnutritionalrelationshipsintofiveguilds,i.e.,phytophages,parasitoids,predators,detritivoresandothers,andtheeffectsoftwotransgenicBacillusthuringiensiscry1Abjaponicalines(KMD1andKMD2)ofonthiscommunitywereinvestigatedandevaluatedintermsofguilddominance,familycompositionanddominance,aswellastheusualindicesatfourlocationsfortwoyears.ThecontrolcommunitywastheiruntransformedparentalricelineXiushui11.Comparedwiththecontrolpaddy,theguilddominance,commoncommunityindicesincludingspeciesrichness,Shannon-Wienerdiversityindex,evennessindexanddominanceindex,andthetemporaldynamicsofBtricepaddyshowednosignificantdifferenceatthemostsituation.Meanwhile,mostofthedissimilaritiesbetweenphytophagoussub-communities,parasitoidsub-communities,predatorsub-communitiesandarthropodcommunitiesasawholeinBtriceplotsandthecontrolwereapparentlylow.Itwasapparentthatthetransgeniccry1Abjaponicaricehasnonegativeeffectonthericepaddyarthropodcommunity.
Keywords:
Btjaponicarice;cry1Abgene;arthropod;guild;community
随着转Bt基因抗虫棉花等的商业化应用,及其种植面积的日益扩大,如截止到2009年全球种植转基因抗虫作物的面积已达2170万公顷[1],人们已越来越关注转基因作物种植的生态安全性问题,这些问题主要涉及转基因抗虫作物对作物生态系统中生物多样性、生物群落结构的影响等。
目前,这方面就Bt棉花[2-6]、Bt玉米[7-8]、Bt马铃薯[9]已有些探讨,但大多还处于就转基因抗虫作物对几种主要天敌生物学特性或种群数量有否影响的评价,而乏群落水平的全面系统评价。
就Bt水稻而言,在决策是否商业化应用前及时评估其生态安全性是颇为必要。
然而,迄今Bt水稻的研究多限于抗虫材料的培育或抗虫性的评价[10-14],而在生态安全性评价方面,大部分研究集中在对Bt水稻对非靶标害虫[15-16]和蜘蛛[17-18]优势种田间种群动态的影响作了评价,尚需进行更全面的研究。
稻田节肢动物群落是一个以水稻为中心,由多种植食性昆虫、天敌(如寄生性昆虫、捕食性昆虫和蜘蛛等)、腐食性昆虫和其它节肢动物通过食物链相互联系而组成的复杂网络系统。
在这种系统中,任何营养层的某一物种生物量或物种组成的变化,都有可能通过食物链的营养流或化学信息流对其它营养层产生直接或间接的影响。
因此,当Bt水稻种植于稻田生态系统后,因其对第二营养层螟虫(靶标害虫)等植食性鳞翅目昆虫的高致死作用,以及其本身物理性状、农艺性状、营养物质、挥发性和非挥发性次生化合物可能发生的非预期变化,即有可能对有关营养层的节肢动物种类组成、数量与发生动态等产生不同程度的影响,进而引起稻田生态系统中节肢动物群落结构发生变化。
但事实究竟如何目前尚难定论,为此,我们就Bt粳稻在不同稻田生态系统中对节肢动物群落结构有否影响作了两年三点的调查与研究,结果报告如下。
1材料与方法
1.1供试水稻材料
转基因抗虫Bt粳稻为纯合品的“克螟稻1号(KMD1)”和“克螟稻2号(KMD2)”,其中2000和2001年所用材料各为R8、R9代。
它们均采用农杆菌介导法获得,含cry1Ab基因和ubiquitin启动子基因,室内和田间条件下对螟虫等8种鳞翅目害虫表现高抗[11,13]。
对照为未转基因的亲本粳稻品种秀水11。
1.2试验设计和调查方法
2000~2001年在浙江省选取3个试验点。
按转基因作物安全管理要求,试验圃四周设置溪沟、蔬菜田或生育期与Bt粳稻不一的水稻田用作自然隔离带。
浙江大学实验农场水稻区和蔬菜区(无水稻种植史)设杭州点I和II,试验连续进行2年,同一田块中分设3个小区,每一材料为1小区,每小区面积为333m2。
对照区设于KMD1和KMD2小区间。
2000年在安吉设置一点,就KMD1和对照作比较,两者小区面积均为1000m2。
各点的各小区分别单本插种各自的供试水稻材料。
肥水管理按常规操作,水稻全生育期不施任何农药。
移栽后30d开始,每15d取样调查1次,至水稻黄熟收割前10d。
每区采用对角线法选取5点,先用采样框(0.5×0.5×0.9m)罩住稻株,再用参照刘雨芳等[19]改装的吸虫器采集取样。
取样后立即用75%的酒精保存,携回室内,除去杂物,挑出节肢动物,再用80%酒精保存。
最后在体视镜下进行科、种的分类鉴定和计数。
常见种鉴定至种,其它鉴定至科。
1.3功能团的划分与群落多样性分析
参照郝树广等[20]、Heong等[21]和Schoenly等[22]将稻田节肢动物按营养关系划分为植食类、寄生类、捕食类、腐食类、其它类等5个功能团,计算分析各功能团在调查所得节肢动物个体总数中的优势度。
其中,优势度(%)=Ni/N×100%,式中,Ni为群落中第i个物种(科)的个体总数量,N为全部种(科)的个体总数量。
以科为单位,分别计算Bt粳稻和对照稻田的节肢动物群落结构有关参数,并比较分析Bt粳稻和对照间群落结构的相异性。
有关计算公式如下,Shannon-Winner多样性指数(H′):
;式中,,S为群落中物种(科)数,即为丰富度;Pi:
群落中第i个类群的个体数量(Ni)占群落中总个体数(N)的比例;均匀性指数(J):
式中,H'为Shannon-Winner多样性指数,为H'的最大理论值,即假定群落内各个物种均以相同比例存在时的H'值;Simpson优势集中性指数(C):
2,式中,ni为第i个优势类群在群落中的重要值,N为群落的总重要值。
群落的相似性测度采用Bray-Curtis距离系数(B)计算:
式中,n为样本中物种数量,xij,xik为样本j和样本k中第i个类群的个体数。
各参数计算以DPS[23]软件进行。
2结果
2.1功能团组成及其优势度
两年三点调查,共获节肢动物个体37,054头,隶属12目81科,归属5个功能团,即植食类,计7目27科昆虫,其中常见的有白背飞虱Sogatellafurcifera、褐飞虱Nilaparvatalugens、黑尾叶蝉Nephotettixcincticeps、稻纵卷叶螟Cnaphalocrocismedinalis和二化螟Chilosuppressalis;寄生类,计2目16科昆虫,常见为茧蜂和金小蜂;捕食类,计7目27科昆虫或蜘蛛,常见的有拟水狼蛛Piratasubpiraticus、食虫沟瘤蛛Ummeliatainsecticeps、锥腹肖蛸Tetragnathamaxillosa和黑肩绿盲蝽Cyrtorrhinuslividipnnis等;腐食类,计3目8科昆虫,常见以鳞跳虫、圆跳虫或蠓为主;其它类,计1目5科,常见为蚊和摇蚊。
就各功能团的优势度而言,杭州点Bt粳稻(KMD1或KMD2)与对照的调查结果如表1所示;安吉点KMD1的植食类、寄生类、捕食类、腐生类和其它类的优势度各为40.15%、2.73%、37.48%、13.53%和6.12%,对照为31.17%、7.94%、39.11%、15.49%和6.29%。
综合两年三点结果可知,尽管Bt粳稻的寄生类优势度均低于对照,但所有结果经χ2检验表明,除2001年杭州点I其它类的优势度显著低于对照外,Bt粳稻的各功能团优势度与对照相比均无显著差异(χ2<χ20.05
(1)=3.84
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