转基因抗虫棉花和玉米与节肢动物相关的生态安全性研究进展

转基因抗虫棉花和玉米自1996年商业化种植以来,已取得显著的经济、生态和社会效益。与其相关的生态安全性,特别是其对非靶标生物的影响及靶标害虫的抗性监测和治理已成为人们普遍关注的话题。本文在大量室内和田间评价工作的基础上,系统综述了国内外研究在该领域内取得的进展。结果表明： 由于Bt棉田和玉米田杀虫剂用量的减少,某些对Bt杀虫蛋白不敏感的非靶标植食害虫种群有上升的趋势; 现阶段生产上推广种植的Bt棉花和玉米花粉对家蚕、柞蚕和蜜蜂等经济昆虫以及帝王斑蝶是安全的。杀虫剂用量的减少,降低了对天敌的杀伤力,Bt田中捕食性天敌的种类和数量均显著高于常规施药田; 但Bt田内靶标害虫数量的减少和质量的降低,在一定程度上影响了寄生性天敌的种类和数量。Bt棉花和玉米的大面积种植对农田生态系统节肢动物群落结构无明显不利影响。靶标害虫田间抗性监测结果表明,无论在以大农场单一种植经营为主的发达国家如美国或澳大利亚,还是在以小农经营为主的多种寄主作物小规模交叉混合种植模式的发展中国家如中国或印度,田间并未出现10年前人们所关注和预测的靶标害虫种群抗性上升问题。究其原因,可能与发达国家严格执行了预防性的抗性治理对策及发展中国家独特的作物种植模式有关。尽管目前在田间尚未发现害虫对Bt作物产生抗性,但应用更多年份之后,害虫对Bt作物的抗性就很可能不是“是否”发生问题,而是“何时”发生的问题。因此,今后的研究重点应放在Bt棉花和玉米长期、大面积种植后,其对非靶标生物及靶标害虫抗性发展影响的长期生态效应上。     

转Bt基因抗虫作物对非靶标害虫的影响

转基因作物的长期大面积种植, 在为农业生产带来惠益的同时, 对农业生态系统的健康和稳定可能会产生潜在的影响。转基因作物表达的Bt蛋白对靶标害虫起到较好的控制效果, 而对Bt蛋白不敏感的非靶标害虫种群可能会迅速发展起来, 对作物造成为害。随着抗虫转基因作物的连续多年种植, 科学家们对于田间杀虫剂施用量的增减看法不尽一致。通过总结已有的研究报道, 本文以Bt玉米和Bt棉花为例, 分析了大田中非靶标害虫暴发的现状, 以及暴发的主要原因(如杀虫剂的使用、害虫天敌减少和物种替代)。在生产实践中, 抗虫作物的长期大面积释放导致广谱杀虫剂施用量减少, 田间非靶标害虫数量上升。因此今后需要继续开展更多的研究来综合评估种植转Bt基因作物产生的长期潜在影响, 优化害虫防治措施, 避免非靶标害虫暴发。     

转Bt抗虫稻对地上非靶标节肢动物的生态风险性

通过转入Bt基因使作物获得抗虫性,减少杀虫剂施用量,为害虫管理开辟了一条重要途径。但公众关注与担忧其环境释放可能存在生物安全与生态风险。本文在系统评述转基因抗虫水稻的生态风险、安全性评价研究内容与方法基础上,重点分析了转基因抗虫水稻对非靶标害虫、捕食性天敌、寄生蜂、中性昆虫及其在食物链上传递的生态风险与安全性,提出了未来研究发展的方向。     

转基因抗虫作物对非靶标昆虫的影响

转基因抗虫作物自 1996年被批准商业化种植以来 ,它的抗虫性和经济效益已得到了普遍肯定 ,同时 ,转基因抗虫作物对非靶标生物的影响 ,如转基因抗虫作物的长期种植 ,是否会导致次要害虫上升为主要害虫 ,是否会影响有益昆虫 ,包括重要经济昆虫、捕食性和寄生性天敌以及重要蝶类的种类及种群数量 ,已成为转基因抗虫作物生态风险评估的重要内容。一些研究结果表明 ,转基因抗虫作物在对靶标害虫有效控制的同时 ,一些对杀虫蛋白不敏感的非靶标害虫有加重危害的趋势 ,由于种植转基因抗虫作物 ,减少了化学农药的使用 ,客观上也使非靶标害虫种群数量上升 ,这对转基因抗虫作物害虫综合治理提出了新的要求。靶标害虫数量的减少直接影响了害虫天敌种群数量 ,靶标害虫取食转基因抗虫作物后发育迟缓 ,也间接影响了天敌昆虫的生长发育 ,转基因抗虫作物的花粉或花蜜是一些重要经济昆虫如蜜蜂、熊蜂和一些寄生蜂 ,甚至捕食性天敌的食物来源 ,或花粉飘落到一些鳞翅目昆虫如家蚕或重要蝶类昆虫的寄主植物上 ,直接或间接对这些昆虫造成一定影响。目前大多数研究表明转基因抗虫作物对非靶标昆虫 ,特别是对有益昆虫没有明显的不利影响 ,也有研究报道认为对某些有益昆虫有一定的不良影响。这为深入开展转基因抗虫作物的生态安全     

转Bt基因抗虫作物对鳞翅目非靶标昆虫生态影响的研究进展

任何转基因作物在进入商业化应用之前都必须经过严格的环境风险评价。评价转基因作物特别是抗虫作物对农田重要非靶标节肢动物的生态影响是其中一项重要内容。当前,全球种植的转基因抗虫作物大多表达对鳞翅目害虫具有活性的Cry1或Cry2类杀虫蛋白。由于非靶标鳞翅目昆虫如斑蝶、家蚕等与靶标害虫具有较近的亲缘关系,其幼虫可能同样对这类杀虫蛋白敏感。因此,这类转基因抗虫作物对非靶标鳞翅目害虫的潜在影响引起了研究者的广泛关注。在总结国内外相关研究数据的基础上,系统分析了转基因抗虫作物对非靶标蝶类和蚕类昆虫的潜在影响,获得以下结论：虽然蚕类和蝶类昆虫对Cry1或Cry2类杀虫蛋白敏感,但在自然条件下这类非靶标昆虫暴露于Cry杀虫蛋白的水平很低,抗鳞翅目害虫转基因作物的种植不可能显著影响田间蝶类昆虫的种群密度,也不会给我国的蚕丝产业带来负面影响。     

转基因抗虫杂交稻对非靶标害虫稻飞虱田间种群动态的影响

以常规稻Ⅱ优明86为对照,研究了转双价基因(cry1Ac SCK)抗虫杂交稻Ⅱ优科丰6号对稻飞虱田间种群的影响。采用吸虫器法调查结果表明,Ⅱ优科丰6号在水稻的整个生育期内,对白背飞虱Sogatella fucifera、褐飞虱Nilaparvata lugens种群及飞虱若虫群体均未产生显著影响;田间卵量剥查镜检结果表明,Ⅱ优科丰6号生长前期对白背飞虱的产卵有一定的吸引和刺激作用,而后期对褐飞虱的产卵有一定的拒避和抑制作用,但从整个生育期来看对飞虱的产卵行为无显著影响。因此,从短期研究结果分析,Ⅱ优科丰6号对非靶标害虫稻飞虱田间种群表现安全,同时也未引起稻飞虱田间种群猖獗。     

转基因抗虫水稻的安全性及其防范策略

简要综述了转基因抗虫水稻的潜在影响,主要包括转基因抗虫水稻表达的抗虫毒蛋白对稻田土壤微生态系统、靶标害虫、非靶标害虫、节肢动物种群动态、自然天敌的影响以及抗虫Bt蛋白在食物链中的传递规律,并对转基因抗虫水稻潜在的不利影响提出了相应的防范策略.     

Bt转基因抗虫植物研究进展

目前Bt成为世界上植物抗虫基因工程中研究和应用最多的基因。已经有多种转单一Bt和复合Bt的转基因玉米、棉花、马铃薯等作物得到大面积种植。还有许多新的具有良好抗虫性的Bt转基因植物,如水稻、大豆、油菜、苜蓿、花椰菜、蓖麻等已经试验成功,并逐渐推广种植。Bt转基因抗虫植物的培育为提高产量,减少杀虫剂的使用和保护环境做出了举足轻重的贡献。就Bt的分类、杀虫机理、Bt转基因抗虫植物的发展状况以及种植Bt抗虫植物对环境的影响进行了概述。     

转抗虫基因植物生态安全性研究进展

转抗虫基因植物如Bt棉花等已在美国、中国和澳大利亚等国家大规模商业化种植 ,有关转抗虫基因植物潜在的生态风险已引起广泛的关注。该文综述了转抗虫基因植物研究应用现状与安全性研究进展。主要内容包括 :转抗虫基因植物的种类及其对靶标害虫的抗性 ,对非靶标害虫和天敌发生的影响 ,对农田生态系统生物多样性的影响 ,靶标昆虫的抗性治理及转抗虫基因植物的基因漂移等     

Bt水稻对田间非靶标害虫种群动态的影响

以转cry1Ab/cry1Ac基因水稻汕优63(以下简称汕优63/Bt)为材料,亲本汕优63(以下简称汕优63/CK)为对照,在田间自然感虫条件下研究汕优63/Bt对稻田几种非靶标害虫种群消长动态的影响。结果表明,汕优63/Bt上稻苞虫Pelopidas mathias(Fabricius)和稻眉眼蝶Mycalesis gotamaMoore幼虫数量都显著低于对照品种,但汕优63/Bt对稻苞虫的毒性强于稻眉眼蝶。汕优63/Bt上稻飞虱(白背飞虱Sogatellafurcifera(Horvath)和褐飞虱Nilaparvatalugens(Stal))混合种群数量通常与对照品种基本一致,在少数调查时间显著高于对照品种。相反,除少数调查时间与对照品种没有显著差异外,稻叶蝉(黑尾叶蝉Nephotettixcincticeps(Uhler)和二点黑尾叶蝉N.viriscens(Distant))混合种群数量通常显著高于对照品种。稻飞虱和叶蝉成为汕优63/Bt上的主要害虫。     

Gene flow assessment in transgenic plants

In most of the important crops in the world, gene flow between cultivars and between wild and weedy relatives has always taken place. Factors influencing this gene flow, such as the mating system, mode of pollination, mode of seed dispersal and the particular characteristics of the habitat where the crops grow, are difficult to evaluate and in consequence, the quantification of gene flow is not easy. Transgene flow from engineered crops to other cultivars or to their wild and weedy relatives is one of the major concerns in relation to the ecological risks associated with the commercial release of transgenic plants. With transgenic crops it is important to quantify this gene flow and to try to establish strategies to control or minimise it, taking into account the possible ecological effect of the newly introduced genes, whether advantageous or disadvantageous. The use of transgenic plants has proven to be an effective tool to quantify the gene flow to other cultivars of the same species or to wild and weedy relatives in all crops analysed. Here we review the major studies in this area, and conclude that the potential risk of gene flow has to be assessed case by case and caution is necessary when making general conclusions.     

Bt水稻田重要非靶标节肢动物权露于Cry2Aa蛋白的程度分析

根据风险=危险×机露的原理,在实验室条件下评价转基因作物对非靶标节肢动物影响时,所选择的代表性非靶标生物通常是在农田系统中较高地关露于转基因外源杀虫蛋白的节肢动物种.为了弄清Bt稻田主要节肢动物暴露于Cry蛋白的程度,选择合适的非靶标节肢动物,用于转基因抗虫水稻的风险评价,本文采用酶联免疫技术检测了水稻不同生长期从转cry2Aa基因水稻田采集的不同节肢动物体内Cry2Aa蛋白的含量.结果表明:不同节肢动物种体内的Cry蛋白含量差异显著.一些节肢动物体内不合Cry蛋白,而一些节肢动物体内含有较高的Cry蛋白;相对于花期后采集的节肢动物,在Bt水稻花期采集的节肢动物,特别是捕食性节肢动物体内的Cry蛋白含量较高;寄生性节肢动物体内未检测到Cry蛋白.这为在实验室条件下评价转基因水稻对农田非靶标节肢动物的影响奠定了基础.     

黄泥河自然保护区野猪冬季栖息地利用

2009年11月-2010年1月,根据野猪的生物学特征和黄泥河自然保护区的地形、地貌特点,在研究地区布设47条样线,对保护区的野猪冬季栖息地利用进行了研究,测定了野猪对海拔、坡位、坡向、坡度、植被类型、郁闭度、树高度、树胸径、食物丰富度、隐蔽度、离水源距离和离人为干扰距离等12种生态因子的选择利用情况.结果表明:黄泥河自然保护区野猪冬季多活动在海拔≤1000 m,坡下位的阳坡平坦地带,食物丰富度高,隐蔽度强,郁闭度中等,且离水源≤500 m,离人为干扰>2000 m的阔叶林和针阔混交林内;主成分分析表明,栖息地变量前4个特征值的累积贡献率达到77.5%,较好地反应了野猪的栖息地特征;影响野猪栖息地选择的关键因子是海拔、坡度、离人为干扰距离,次要因子是离水源距离、隐蔽度、树胸径.     

转Bt基因抗虫棉的生态风险及治理对策

评述了转Bt基因抗虫棉的生态风险及治理对策。其生态风险主要表现在目标害虫的抗性和对非目标生物群落的变化。目标害虫与转基因抗虫棉的互相作用和抗虫棉杀虫毒素的时空表达方式是目标害虫抗性发展的主要途径。在转基因抗虫棉田中,虽然对目标害虫的防治次数大为减少,但害虫和天敌群落的稳定性仍不如常规棉田,某种次要害虫大发生的可能性较大。认为将转基因抗虫棉纳入综合防治体系并培育更加高效的抗虫棉是治理目标害虫抗性和防止次要害虫上升的重要措施。     

转基因抗虫烟草研究进展

烟草为模式植物,也是外源杀虫基因最早转化成功的植物。文章从转Bt内毒素基因,植物凝集素GNA,Plec,AHA基因,蛋白酶抑制剂PIⅠ,PIⅡ,MTI,SKTI基因,昆虫特异性神经毒素基因,几丁质酶基因,畸形细胞分泌蛋白基因以及双抗虫基因等方面综述了转基因抗虫烟草的抗虫性、转基因抗虫烟草的经济性状等,展望了转基因抗虫烟草的研究和应用前景,以期对烟草害虫的治理尤其是对其他转基因抗虫作物的培育和研究有借鉴作用。     

取食转Bt基因棉花上的棉蚜对丽草蛉发育和繁殖的影响

为明确转Bt基因抗虫棉对捕食性天敌的生态效应 ,比较了 2种转Bt基因抗虫棉 (GK-1 2和新棉99B)和 1种常规棉上的棉蚜Chrysopaformosa对丽草蛉Aphisgossypii发育和繁殖的影响。结果表明 ,(1 )与取食常规棉泗棉 3号上棉蚜的对照相比 ,取食转Bt基因抗虫棉GK- 1 2上棉蚜的第 1代和第 2代丽草蛉 ,其幼虫期和茧期的死亡率、幼虫和茧的发育历期、茧重及成虫性比等均与对照无显著差异 ;但第 1代成虫的产卵量减少了 2 88 0粒 ,与对照差异显著 (P <0 . 0 1 ) ;第 2代成虫所产卵的孵化率为 64. 0 % ,显著低于对照的 77. 7% (P <0 0 1 )。 (2 ) 2个品种的Bt棉对丽草蛉发育和繁殖的影响也略有差异。与取食GK 1 2上棉蚜的个体相比 ,取食新棉 99B上蚜虫的第 1代丽草蛉 ,其幼虫发育历期缩短了 0 . 6d(P <0 0 1 ) ,茧期缩短了 0 . 7d(P <0 . 0 1 ) ,茧重降低了 1 . 2mg(P <0 .0 1 ) ,幼虫期和茧期的死亡率、茧重以及成虫性比等则无显著差异 ;雌成虫产卵前期、产卵期、产卵量和寿命等繁殖学特性也无显著差异 ,但其成虫所产卵的孵化率为 65. 0 % ,显著低于取食GK- 1 2上棉蚜的处理 (72 . 7% ,P <0. 0 1 )。分别取食 2种Bt棉上的棉蚜 ,对第 2代丽草蛉的发育和繁殖的影响差异则较小。     

Recommendations for the design of laboratory studies on non-target arthropods for risk assessment of genetically engineered plants

This paper provides recommendations on experimental design for early-tier laboratory studies used in risk assessments to evaluate potential adverse impacts of arthropod-resistant genetically engineered (GE) plants on non-target arthropods (NTAs). While we rely heavily on the currently used proteins from Bacillus thuringiensis (Bt) in this discussion, the concepts apply to other arthropod-active proteins. A risk may exist if the newly acquired trait of the GE plant has adverse effects on NTAs when they are exposed to the arthropod-active protein. Typically, the risk assessment follows a tiered approach that starts with laboratory studies under worst-case exposure conditions; such studies have a high ability to detect adverse effects on non-target species. Clear guidance on how such data are produced in laboratory studies assists the product developers and risk assessors. The studies should be reproducible and test clearly defined risk hypotheses. These properties contribute to the robustness of, and confidence in, environmental risk assessments for GE plants. Data from NTA studies, collected during the analysis phase of an environmental risk assessment, are critical to the outcome of the assessment and ultimately the decision taken by regulatory authorities on the release of a GE plant. Confidence in the results of early-tier laboratory studies is a precondition for the acceptance of data across regulatory jurisdictions and should encourage agencies to share useful information and thus avoid redundant testing.     

Six Years after the Commercial Introduction of Bt Maize in Spain: Field Evaluation, Impact and Future Prospects

We carried out a 6-year-field evaluation to assess potential hazards of growing Compa, a transgenic Bt maize variety based on the transformation event CG 00256-176. Two categories of hazards were investigated: the potential of the target corn borer Sesamia nonagrioides to evolve resistance to Bt maize and effects on non-target organisms. In order to address the first hazard, dispersal capacity of the corn borer was measured and our results indicated that larvae move to plants other than those onto which the female oviposited - even to plants in adjacent rows - in remarkable numbers and they do so mostly at a mature age, suggesting that mixing Bt and non-Bt seeds in the same field would not be a very useful deployment strategy to delay/prevent resistance. In addition, adults move among fields to mate and males may do so for up to 400 m. Three different aspects of potential non-target effects were investigated: sub-lethal effects on the target S. nonagrioides, effects on non-target maize pests, and effects on maize-dwelling predators. Larvae collected in Bt fields at later growth stages, in which event 176 Bt maize expresses Bt toxin at sub-lethal concentrations, had longer diapause and post-diapause development than larvae collected in non-Bt fields, a feature that might lead to a certain isolation between populations in both type of fields and accelerate Bt resistance evolution. Transgenic maize did not have a negative impact on non-target pests in the field; more aphids and leafhoppers but similar numbers of cutworms and wireworms were counted in Bt versus non-Bt fields; in any case differences in damage or yield were recorded. We observed no difference in the numbers of the most relevant predators in fields containing transgenic or no transgenic maize.