舒洪嵐

摘要：選擇連續(xù)種植傳統(tǒng)非轉(zhuǎn)基因棉、５年連續(xù)種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉和１０年連續(xù)種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的棉田為研究對(duì)象，調(diào)查了土壤０～２０ ｃｍ的小型無脊椎動(dòng)物的群落組成和多樣性變化。結(jié)果表明，與種植傳統(tǒng)非轉(zhuǎn)基因棉相比，種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉對(duì)土壤小型無脊椎動(dòng)物的種類和數(shù)量等沒有顯著性差異，但減少了雙翅目的優(yōu)勢(shì)種群。種植５年轉(zhuǎn)基因抗蟲棉會(huì)降低土壤無脊椎動(dòng)物的Ｓｉｍｐｓｏｎ指數(shù)、Ｓｈａｎｎｏｎ－Wｉｅｎｅｒ多樣性指數(shù)和Ｐｉｅｌｏｕ均勻度。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉；土壤無脊椎動(dòng)物；群落多樣性

中圖分類號(hào)：Ｓ１５４．１文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０12）15－3226-04

Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ Pｅｓｔ-Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｃｏｔｔｏｎ ｏｎ Ｓｏｉｌ Ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ

ＳＨＵ Ｈｏｎｇ－ｌａｎ

（Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ ａｎｄ Ｆｉｎａｎｃｅ， Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００３２， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Tｒａｄｉｔｉｏｎａｌ （ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ） ｃｏｔｔｏｎ， ５ｔｈ ｙｅａｒ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ－ｐｅｓｔ ｃｏｔｔｏｎ ａｎｄ １０ｔｈ ｙｅａｒ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ were selected to ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔ ｔｈｅ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｏｉｌ ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ ｉｎ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ０～２０ ｃｍ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ was ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓｍａｌｌ ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｏｔｔｏｎ， ｂｕｔ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ ｄｅｃｒｅａｓｅd ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｄｉｐｔｅｒａ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ５ｔｈ ｙｅａｒ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ Ｓｉｍｐｓｏｎ， Ｓｈａｎｎｏｎ－Wｉｅｎｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ iｎｄｅｘｅｓ ａｎｄ pｉｅｌｏｕ ｅｖｅｎｎｅｓｓ iｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｓｍａｌｌ ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｏｔｔｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｐｅｓｔ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｏｔｔｏｎ； ｓｏｉｌ ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ； ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ

轉(zhuǎn)基因抗蟲棉給人類帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也存在生物安全性問題。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的外源基因可來自植物、動(dòng)物或微生物，例如轉(zhuǎn)Ｂｔ基因棉花中的外源基因來自于微生物。這些可能出現(xiàn)的新組合、新性狀是否會(huì)改變?cè)械纳鷳B(tài)環(huán)境，并影響到生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，已引起各方面的極大關(guān)注［１］。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的抗蟲基因表達(dá)蛋白進(jìn)入土壤生態(tài)系統(tǒng)后，可以進(jìn)入昆蟲（包括靶標(biāo)害蟲和非靶標(biāo)害蟲）體內(nèi)后被降解［２］，但也會(huì)改變土壤的特異生物功能類群以及土壤的生物多樣性。

依托中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所的長期田間試驗(yàn)，筆者研究了轉(zhuǎn)基因抗蟲棉對(duì)土壤無脊椎動(dòng)物群落的影響，以期為轉(zhuǎn)基因抗蟲棉對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的生物安全性評(píng)價(jià)提供參考。

１材料與方法

１．１田間土壤無脊椎動(dòng)物調(diào)查

試驗(yàn)地位于河南省安陽市白璧鎮(zhèn)的中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所老棉花農(nóng)場(chǎng)（東經(jīng)１１６°２２′，北緯３６°0７′）。土壤質(zhì)地為沙壤土。棉田設(shè)３個(gè)處理：Ａ．５年連續(xù)種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉農(nóng)田（簡(jiǎn)稱５年抗蟲棉田）；Ｂ．１０年連續(xù)種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉農(nóng)田（簡(jiǎn)稱１０年抗蟲棉田）；Ｃ．連續(xù)種植非轉(zhuǎn)基因棉農(nóng)田（常規(guī)棉田）。棉田種植情況見表１，每個(gè)處理３次重復(fù)，棉花種植和管理按一般大田棉花常規(guī)進(jìn)行。分別于２００５年１１月１３日（棉花采集后期）、２００６年４月３日（棉花苗移栽前期）、２００６年７月１７日（棉花開花期）和２００６年１０月１６日（棉花大量采集期）采集土壤樣品。每次按對(duì)角線５點(diǎn)取樣法在單位面積２５ ｃｍ×２５ ｃｍ內(nèi)，采集０～２０ ｃｍ的土壤表層樣品５００ ｇ，并用Ｔｕｌｌｇｒｅｎ法收集土壤無脊椎動(dòng)物標(biāo)本。

１．２土壤動(dòng)物的鑒定和多樣性分析

將收集得到的土壤動(dòng)物置于純乙醇中保存，參照文獻(xiàn)［３］進(jìn)行分類定名。動(dòng)物分類一般鑒定到“綱”或者“目”。采用幼蟲和成蟲綜合的方式統(tǒng)計(jì)土壤動(dòng)物數(shù)量，并對(duì)各個(gè)樣方進(jìn)行群落多樣性分析［４］。

種群數(shù)量等級(jí)的劃分：根據(jù)各個(gè)種群的個(gè)體數(shù)量與群落總個(gè)體數(shù)量的比值Ｐｉ的大小確定，優(yōu)勢(shì)類群的Ｐｉ≥１０％，常見類群為１％≤Ｐｉ＜１0％，Ｐｉ＜１％為稀有類群［５］。

群落多樣性分析：運(yùn)用Ｓｉｍｐｓｏｎ多樣性指數(shù)、Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多樣性指數(shù)與Ｐｉｅｌｏｕ均勻度指數(shù)等相結(jié)合，說明土壤動(dòng)物群落的多樣性水平。

１）Ｓｉｍｐｓｏｎ多樣性指數(shù)（Ｄ）：它是對(duì)集中度的度量，是多樣性的反面。計(jì)算公式：

Ｄ＝１－■Pi2

其中Pi為第ｉ種占總個(gè)體數(shù)的比例，Ｓ為豐富度，即群落所包含的物種數(shù)。

２）Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多樣性指數(shù)（Ｈ）：它表明群落中生物種類增多，群落的復(fù)雜程度增高，群落中所包含的信息量越多。計(jì)算公式：

Ｈ＝-■PilnPi

３）Ｐｉｅｌｏｕ均勻度指數(shù)（Ｊ）：用Ｐｉｅｌｏｕ的實(shí)測(cè)多樣性與最大多樣性（在給定物種數(shù)Ｓ下完全均勻群落的多樣性）之比率。計(jì)算公式：Ｊ=H/lnＳ。

２結(jié)果與分析

２．１棉田土壤無脊椎動(dòng)物群落組成和變化

在棉田土壤動(dòng)物調(diào)查中，所收集的土壤動(dòng)物種類隸屬于２門６綱8個(gè)類群（表２）。

棉田土壤無脊椎動(dòng)物群落組成和變化如表３。從表３中可以看出，處理間的３個(gè)優(yōu)勢(shì)種彈尾目、后孔寡毛目和蜱螨目平均數(shù)量沒有顯著差異。但是，常規(guī)棉田的優(yōu)勢(shì)種有雙翅目，而抗蟲棉棉田沒有。說明轉(zhuǎn)基因抗蟲棉對(duì)土壤無脊椎動(dòng)物的種類和數(shù)量的影響沒有達(dá)到顯著差異，但對(duì)土壤小型無脊椎動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)種群有所影響。而杜社裕等［６］研究表明，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉田（蘇抗３１０）土壤主要無脊椎動(dòng)物數(shù)量少于非轉(zhuǎn)基因棉田（泗棉3號(hào)），并說明其原因是蘇抗３１０的根系分泌物對(duì)主要土壤無脊椎動(dòng)物的數(shù)量產(chǎn)生了影響，使之產(chǎn)生了規(guī)避性，降低了其在根系周圍的數(shù)量，進(jìn)而影響了土壤無脊椎動(dòng)物的群落穩(wěn)定性。與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異可能是所試轉(zhuǎn)基因棉品種不同所致，但具體原因還有待將來進(jìn)一步研究。

２．２群落多樣性變化

棉田土壤動(dòng)物群落多樣性指數(shù)變化如圖１。從圖１種群數(shù)曲線中可以看出３個(gè)處理間的總種數(shù)變化趨勢(shì)一致，下降后都趨于平穩(wěn)。其中在棉花采集后期（１１－１３），５年抗蟲棉田的總種數(shù)最多，為９；在棉花大量采集期（１０－１６），常規(guī)棉田的總種數(shù)最多，為６。Ｓｉｍｐｓｏｎ指數(shù)曲線、Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多樣性指數(shù)曲線和Ｐｉｅｌｏｕ均勻度指數(shù)曲線（圖1）表明，１０年抗蟲棉田和常規(guī)棉田的指數(shù)曲線幾乎完全吻合，５年抗蟲棉田的３個(gè)指數(shù)比它們略低，但３個(gè)處理的指數(shù)變化趨勢(shì)幾乎一致。說明短期種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉會(huì)降低土壤無脊椎動(dòng)物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)，其原因可能是土壤無脊椎動(dòng)物對(duì)種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉需要一定的適應(yīng)過程。

３結(jié)論

與種植常規(guī)棉相比，種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉對(duì)土壤小型無脊椎動(dòng)物的種類和數(shù)量等沒有顯著性差異，但減少了土壤小型無脊椎動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種的數(shù)量；種植５年轉(zhuǎn)基因抗蟲棉會(huì)降低土壤無脊椎動(dòng)物的Ｓｉｍｐｓｏｎ指數(shù)、Ｓｈａｎｎｏｎ－Wｉｅｎｅｒ多樣性指數(shù)和Ｐｉｅｌｏｕ均勻度指數(shù)，但種植１０年轉(zhuǎn)基因抗蟲棉對(duì)土壤小型無脊椎動(dòng)物的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)沒有顯著的影響。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 白耀宇，蔣明星，程家安，等．轉(zhuǎn)Ｂｔ基因作物Ｂｔ毒蛋白在土壤中的安全性研究［Ｊ］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，２００３，１４（１１）：２０６２－２０６６．

［２］ ＫＯＳＫＥＬＬＡ Ｊ， ＳＴＯＴＺＫＹ Ｇ． Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｅ ａｎｄ ｃｌａｙ－ｂｏｕｎｄ ｉｎｓｅｃｔｉｃｉｄａｌ ｔｏｘｉｎｓ ｆｒｏｍ Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｓｅｃｔｉｃｉｄａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｆｔｅｒ ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｍｉｃｒｏｂｅｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，１９９７，６３（９）：３５６１－３５６８．

［３］ 尹文英．中國土壤動(dòng)物檢索圖鑒［Ｍ］．北京：科學(xué)出版社，１９９８． ５２７－５６２．

［４］ ＭＡＧＵＲＲＡＮ Ａ． Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ［Ｍ］． Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ：Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９８８．８６－９７．

［５］ 殷秀琴，王海霞，周道瑋．松嫩草原區(qū)不同農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤動(dòng)物群落特征［Ｊ］．生態(tài)學(xué)報(bào)，２００３，２３（６）：１０７１－１０７８．

［６］ 林社裕，梁建生，陳云．轉(zhuǎn)Ｂｔ基因棉對(duì)土壤無脊椎動(dòng)物影響研究［Ｊ］．南通醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，２００４，２４（４）：３７７－３７８．