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.     

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。     

靶标害虫对Bt玉米的抗性发展和治理策略

全生育期有效表达Bt杀虫蛋白的转基因抗虫玉米为靶标害虫的防治提供了新途径。但是,靶标害虫抗性种群的发展严重威胁了转基因抗虫玉米的可持续应用。截止到2018年,已经有13例报道表明靶标害虫对转基因抗虫玉米产生了田间抗性;5例监测结果表明靶标种群没有降低对Bt玉米的敏感性,其中包括转vip3Aa玉米。抗性治理策略成功的关键主要包括:Bt杀虫蛋白的高剂量表达、靶标害虫的隐性遗传、初始抗性等位基因频率较低、不完全抗性、适合度代价等。当抗性为非隐性遗传时,可以通过增加庇护所的种植面积达到延缓抗性发展的目的。     

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棉花害虫综合治理研究前沿

自1996年以来,全球Bt(Bacillus thuringiensis)棉花应用规模迅速增长,目前已占棉花种植总面积的60%左右,主要种植国家包括美国、澳大利亚、中国、印度和巴基斯坦等。大量研究表明,Bt棉花的大面积种植有效控制了多种靶标害虫的发生危害,从而大幅度减少了化学杀虫剂的使用量;化学杀虫剂的减少使用导致一些非靶标害虫的发生危害明显加重。针对Bt棉花生产中呈现出的害虫新问题,各国分别发展了由农业防治、生物防治、化学防治等不同措施构成的防控技术体系。     

Advance in insect pest management in Bt cotton worldwide

自1996年以来,全球Bt(Bacillus thuringiensis)棉花应用规模迅速增长,目前已占棉花种植总面积的60％左右,主要种植国家包括美国、澳大利亚、中国、印度和巴基斯坦等.大量研究表明,Bt棉花的大面积种植有效控制了多种靶标害虫的发生危害,从而大幅度减少了化学杀虫剂的使用量;化学杀虫剂的减少使用导致一些非靶标害虫的发生危害明显加重.针对Bt棉花生产中呈现出的害虫新问题,各国分别发展了由农业防治、生物防治、化学防治等不同措施构成的防控技术体系.     

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。     

Risk assessment and ecological effects of transgenic Bacillus thuringiensis crops on non-target organisms

The application of recombinant DNA technology has resulted in many insect-resistant varieties by genetic engineering (GE). Crops expressing Cry toxins derived from Bacillus thuringiensis (Bt) have been planted worldwide, and are an effective tool for pest control. However, one ecological concern regarding the potential effects of insect-resistant GE plants on non-target organisms (NTOs) has been continually debated. In the present study, we briefly summarize the data regarding the development and commercial use of transgenic Bt varieties, elaborate on the procedure and methods for assessing the non-target effects of insect-resistant GE plants, and synthetically analyze the related research results, mostly those published between 2005 and 2010. A mass of laboratory and field studies have shown that the currently available Bt crops have no direct detrimental effects on NTOs due to their narrow spectrum of activity, and Bt crops are increasing the abundance of some beneficial insects and improving the natural control of specific pests. The use of Bt crops, such as Bt maize and Bt cotton, results in significant reductions of insecticide application and clear benefits on the environment and farmer health. Consequently, Bt crops can be a useful component of integrated pest management systems to protect the crop from targeted pests.     

转基因抗虫棉生物安全评价研究进展

概述了转基因抗虫棉的推广应用现状,并从基因漂移,靶标害虫对转基因抗虫棉的抗性及治理对策、对非靶标昆虫的影响、对土壤生态系统的影响及其产品的食品安全性评价几个方面对近年来国内外对转基因抗虫棉的生物安全性研究做了综述。     

Bt-Cry5Aa 基因转化棉花及其抗虫性鉴定

我国棉花抗虫基因大都为Cry1Ab/c,抗性风险日趋增加。本研究依据棉花密码子偏好,人工合成Bt-Cry5Aa抗虫基因,通过花粉管通道法转入棉花,并通过卡那霉素法及PCR方法对不同世代转化株进行鉴定,同时进行了抗虫性测试。结果表明,通过花粉管通道法成功获得转Bt-Cry5Aa基因植株,通过田间卡那霉素鉴定,阳性株率T1为7.76%,T2为73.1%,T3为95.5%;PCR检测显示,T1阳性率为2.35%,T2为55.8%,T3为94.5%;田间抗性试验分析,转Bt-Cry5Aa株系对第2、3、4代棉铃虫校正死亡率分别达到85.42%、75.35%和62.79%,其抗虫性与GK19相比差异不显著;Bt-Cry5Aa能够部分替代目前主流鳞翅目抗虫基因,是棉铃虫的新抗源。     

Insect-resistant transgenic plants in a multi-trophic context

So far, genetic engineering of plants in the context of insect pest control has involved insertion of genes that code for toxins, and may be characterized as the incorporation of biopesticides into classical plant breeding. In the context of pesticide usage in pest control, natural enemies of herbivores have received increasing attention, because carnivorous arthropods are an important component of insect pest control. However, in plant breeding programmes, natural enemies of herbivores have largely been ignored, although there are many examples that show that plant breeding affects the effectiveness of biological control. Negative influences of modified plant characteristics on carnivorous arthropods may induce population growth of new, even more harmful pest species that had no pest status prior to the pesticide treatment. Sustainable pest management will only be possible when negative effects on non-target, beneficial arthropods are minimized. In this review, we summarize the effects of insect-resistant crops and insect-resistant transgenic crops, especially Bt crops, from a food web perspective. As food web components, we distinguish target herbivores, non-target herbivores, pollinators, parasitoids and predators. Below-ground organisms such as Collembola, nematodes and earthworms should also be included in risk assessment studies, but have received little attention. The toxins produced in Bt plants retain their toxicity when bound to the soil, so accumulation of these toxins is likely to occur. Earthworms ingest the bound toxins but are not affected by them. However, earthworms may function as intermediaries through which the toxins are passed on to other trophic levels. In studies where effects of insect-resistant (Bt) plants on natural enemies were considered, positive, negative and no effects have been found. So far, most studies have concentrated on natural enemies of target herbivores. However, Bt toxins are structurally rearranged when they bind to midgut receptors, so that they are likely to lose their toxicity inside target herbivores. What happens to the toxins in non-target herbivores, and whether these herbivores may act as intermediaries through which the toxins may be passed on to the natural enemies, remains to be studied.     

抗虫基因研究及在芸薹属作物上的应用

芸薹属作物属十字花科,包括多种重要的蔬菜和油料作物。该类作物易受病虫害侵袭,造成品质和产量严重受损。化学方法防治害虫不仅破坏环境而且费用昂贵,所以培育抗虫品种成为既经济又环保的措施之一。但由于目前抗虫资源匮乏,难以通过常规育种培育出抗虫的品种,植物基因工程技术的应用,能加快育种进程,提高育种效率。简要介绍近年来抗虫基因的发掘及其在芸薹属中的应用进展。     

转基因抗虫棉Bt基因不同剂量的聚合与抗虫性表现

通过有性杂交手段培育出聚有不同数目Bt基因的植株,在不同生育期进行抗虫性测定和Bt毒蛋白表达的ELISA检测,旨在揭示聚合不同数目Bt基因的植株抗虫性的互作表达机理。聚合有1－4个Bt基因的植株在整个生育期的抗虫性、毒蛋白表达特性和单价抗虫棉时空表达一致,生育前期抗虫性好、毒蛋白表达量高;生育中、后期抗虫性有所下降,毒蛋白表达量降低。聚合有4个Bt基因的纯合材料并未因Bt基因的增加而起到抗性增强的效果,相反还因同源抑制而有所降低。不同来源的Bt基因处于杂合状态时其抗虫性和Bt毒蛋白量均得到充分表达。     

转Bt基因抗虫作物培育现状及Bt蛋白的改造和聚合策略的利用

Bt基因是目前世界上应用最为广泛的抗虫基因,已经被转入多种作物中。其中,棉花、玉米、马铃薯等转Bt基因抗虫作物已经商品化生产,创造了可观的经济效益。结合作者的资料收集和研究结果,综述了Bt基因以及转Bt基因抗虫作物的培育现状,同时对提高Bt蛋白杀虫活力的方法和Bt基因聚合策略的利用进行了深入的探讨。     

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。     

Impact of insect-resistant transgenic rice on target insect pests and non-target arthropods in China

Progress on the research and development of insect-resistant transgenic rice, especially expressing insecticidal proteins from Bacillus thuringiensis （Bt）, in China has been rapid in recent years. A number of insect-resistant transgenic rice lines/varieties have passed restricted and enlarged field testing, and several have been approved for productive testing since 2002 in China, although none was approved for commercial use until 2006. Extensive laboratory and field trials have been conducted for evaluation of the efficiency of transgenic rice on target lepidoteran pests and potential ecological risks on non-target arthropods. The efficacy of a number of transgenic rice lines currently tested in China was excellent for control of the major target insect pests, the rice stem borers （Chilo suppressalis, Scirpophaga incertulas, Sesamia inferens） and leaffolder （ Cnaphalocrocis medinalis）, and was better than most insecticides extensively used by millions of farmers at present in China. No significantly negative or unintended effects of transgenic rice on non-target arthropods were found compared with non-transgenic rice. In contrast, most of the current insecticides used for the control of rice stem borers and leaffolders proved harmful to natural enemies, and some insecticides may directly induce resurgence of rice planthoppers. Studies for developing a proactive insect resistance management of transgenic rice in the future are discussed to ensure the sustainable use of transgenic rice.