A 2-Year Field Study Shows Little Evidence That the Long-Term Planting of Transgenic Insect-Resistant Cotton Affects the Community Structure of Soil Nematodes

Transgenic insect-resistant cotton has been released into the environment for more than a decade in China to effectively control the cotton bollworm (Helicoverpa armigera) and other Lepidoptera. Because of concerns about undesirable ecological side-effects of transgenic crops, it is important to monitor the potential environmental impact of transgenic insect-resistant cotton after commercial release. Our 2-year study included 1 cotton field where non-transgenic cotton had been planted continuously and 2 other cotton fields where transgenic insect-resistant cotton had been planted for different lengths of time since 1997 and since 2002. In 2 consecutive years (2009 and 2010), we took soil samples from 3 cotton fields at 4 different growth stages (seedling, budding, boll-forming and boll-opening stages), collected soil nematodes from soil with the sugar flotation and centrifugation method and identified the soil nematodes to the genus level. The generic composition, individual densities and diversity indices of the soil nematodes did not differ significantly between the 2 transgenic cotton fields and the non-transgenic cotton field, but significant seasonal variation was found in the individual densities of the principal trophic groups and in the diversity indices of the nematodes in all 3 cotton fields. The study used a comparative perspective to monitor the impact of transgenic insect-resistant cotton grown in typical ‘real world’ conditions. The results of the study suggested that more than 10 years of cultivation of transgenic insect-resistant cotton had no significant effects–adverse or otherwise–on soil nematodes. This study provides a theoretical basis for ongoing environmental impact monitoring of transgenic plants.     

转几丁质酶和葡聚糖酶双价基因棉花对土壤细菌种群多样性的影响

以转几丁质酶和葡聚糖酶双价基因棉花为研究对象,非转基因受体棉花为对照,通过比较可培养细菌数量和基于16S rRNA克隆文库细菌种群分析,评价外源双价基因的导入在苗期、蕾期、花铃期和吐絮期对棉花根际细菌群落多样性的影响。结果表明,可培养细菌的数量不受外源双价基因的影响,随着棉花生育期的交替而变化,以代谢旺盛的花铃期最多。构建的转基因和非转基因不同生育期根际土壤细菌16S rRNA文库容量为2400个克隆,涵盖了细菌的283个属。其中,Acidobacterium是最大优势类群,共包括624个克隆,其次为未知细菌种群和Flavisolibacter。比较转基因和非转基因棉花根际土壤细菌的种群结构,结果显示,同一生育期内前者种群的多样性显著低于后者,二者的共有类群随着生长发育的进行而增多。研究结果说明几丁质酶基因和葡聚糖酶基因对棉花根际细菌种群多样性有着不同程度的削减作用,但是随着种植时间的延长,该差异呈现逐渐缩小的趋势。     

转ACO2基因优质棉生长特性及其对田间昆虫群落的影响

新型转基因棉花的生长特性及其对棉田昆虫群落的影响是转基因棉花环境安全评价的重点内容,也是转基因棉花环境安全评价过程必须评价的内容。选用新型转ACO2基因棉花及其亲本中棉所24为试验材料,于2013年和2014年在河南安阳进行了田间棉花生长势及其对昆虫群落影响的试验。在棉花苗期、蕾期、花铃期和铃期,转基因棉花叶片干重与其亲本均无显著差异,苗期、蕾期叶面积和比叶面积与亲本无显著差异,花铃期、铃期叶面积与比叶面积均显著高于亲本材料,其中2013年分别比对照高27.1%和26.2%,2014年分别高16.0%和19.9%,差异均达显著水平;株高、主茎叶片数、大铃数、小铃数和蕾铃脱落数均与亲本材料相当,但铃期果枝数显著高于亲本材料;3个棉铃虫(Helicoverpa armigera Hubner)发生高峰期,转优质基因棉花对棉铃虫和甜菜夜蛾幼虫校正死亡率与亲本对照材料无显著差异;昆虫群落、害虫亚群落和天敌亚群落昆虫个体总数均显著高于亲本棉田,两年分别比对照高11.5%、10.5%、33.4%和12.0%、8.1%、63.1%,其中2013年差异达显著水平,2014年由于昆虫发生程度总体较轻,差异不显著,但所属"目"、"科"、"种’、生物多样性指数、优势种昆虫及其优势度与其亲本棉田无显著差异,表明外源基因ACO2导入后,对棉田昆虫发生及其群落结构没有影响,棉花生长势无明显优势,但产量构成性状在部分时期增强。上述研究初步明确了新型转基因棉花生存竞争势态和棉田昆虫群落发生规律与动态,可为新型转基因棉花环境安全评价提供理论依据,同时为转基因棉花环境安全评价积累科学数据。     

Effects of repeated cultivation of transgenic Bt cotton on functional bacterial populations in rhizosphere soil

The impact of multiple-year (0–5 years) cultivation of transgenic Bacillus thuringiensis (Bt) cotton on the functional bacterial populations in rhizosphere soil was investigated. The transgenic Bt + CpTI cotton line SGK321 and a non-Bt cotton line Shiyuan321 were planted in four fields in which Bt cotton had been continuously cultivated for 0, 1, 3, and 5 years. Rhizosphere soil samples were collected at the seedling, squaring, flower and boll, and boll-opening stages of cotton. Numbers of bacteria involved in nitrogen-fixing, organic phosphate-dissolving, inorganic phosphate-dissolving, and potassium-dissolving were measured with cultivation-dependent approaches. The data presented here showed no consistent statistically significant differences in the numbers of different groups of functional bacteria between rhizosphere soil of Bt and non-Bt cotton in the same field, and no obvious trends in the numbers of the various group of functional bacteria with the increasing duration of Bt cotton cultivation. These studies suggest that multiple-year cultivation of transgenic Bt cotton may not affect the functional bacterial populations in rhizosphere soil.     

转基因抗草甘膦抗虫棉的荒地生存竞争能力

【背景】随着转基因作物的大量种植,其环境安全性已成为目前的研究热点,其中转基因作物的荒地生存竞争能力,是其环境安全性评价的重要内容之一。【方法】以2种转双价抗草甘膦抗虫基因（EPSPS＋crylAc）棉为试验品种,非转基因棉中棉所49为对照品种,分别于4月底和5月底在荒地用地表撒播和3cm深播2种方式播种,并于4～9月份对棉花存活率、株高、真叶数、茎直径、果枝数、蕾铃数等生长参数进行比较,以检测、评价其荒地竞争能力及杂草化风险。【结果】无论是撒播还是深播,荒地中棉花长势均较弱,表现为生长缓慢、植株矮小、生育期延迟。4月底播种的棉花有极个别植株能够结铃,但铃数极少且小,无成熟的种子;5月底播种的棉花长势更弱,至9月底未见蕾铃。【结论与意义】转基因抗草甘膦抗虫棉在荒地中无竞争优势,不能繁殖传代,无杂草化风险。本研究为转基因棉花环境安全评价技术的完善提供了理论依据。     

转Bt基因抗虫棉根际微生物区系和细菌生理群多样性的变化

在大田栽培条件下 ,以转 Bt基因抗虫棉 GK-12和常规棉花泗棉 3号作为材料 ,在棉花不同发育时期 ,于 2 0 0 1和 2 0 0 2连续两年测定棉花根际土壤细菌、放线菌和真菌数量的变化 ,并在 2 0 0 2年棉花的花铃期和吐絮期对根际细菌生理群的数量和多样性进行了分析 ,结果表明 :虽然不同年份和生育期棉花根际微生物数量存在差异 ,但是 ,年度间和相同的发育时期棉花根际微生物的数量变化趋势一致。在棉花的苗期和吐絮期 ,转 Bt基因抗虫棉根际微生物的数量与对照差异不显著 ;在棉花的花铃期 ,转 Bt基因抗虫棉根际细菌的数量比对照增加 ,放线菌的数量差异不显著 ,而真菌的数量变化没有规律。在棉花发育的花铃期和吐絮期 ,Bt棉根际细菌生理群的总数量比常规棉增加 ,但是根际细菌生理群的 Simpson指数、Shannon-Wiener指数和细菌生理群分布的均匀度下降     

Neighbouring crop diversity mediates the effect of Bt cotton on insect community and leaf damage in fields

Effects of large-scale cultivation of transgenic crops on agricultural biodiversity remain unclear, particularly in the context of complex ecological interactions between transgenic crops and other organisms. Here we conducted a comprehensive survey to investigate the number of species, population abundance, community evenness and dominance of insects and weeds as well as leaf damage to weeds in Bt and non-Bt cotton fields at 27 sites across northern China. The role of neighbouring crop diversity around cotton fields in controlling insects and weeds in the cotton fields was also assessed. In addition, we conducted a 3-year field experiment to verify the results of the survey. Weed diversity in Bt and non-Bt cotton fields was similar, but the species number and diversity indices of insects are significantly decreased in Bt fields aligning with reduced leaf damage to broadleaf plant species including cotton as well as crops in neighbouring plots. The leaf damage to Bt and non-Bt cotton negatively associates with the diversity of neighbouring crops in cotton fields. Our study demonstrates the neighbouring crop diversity mediates the effects of Bt crops on agricultural diversity in complex interactions among transgenic crops, in-field weed and insect communities, and neighbouring crops.

     

我国转基因抗虫棉应用现状及建议

对１９９９年底前经过安全性评价或经过审定的转基因抗虫棉品种２３个以及未经评价或审定的品种３１个进行了调研。转基因抗虫棉发展迅速,１９９９年种植面积近９００万亩,在生产上总体表现良好,棉铃虫抗性强,减少化学农药治虫,受到了广大棉农的欢迎。但抗虫棉本身还有一些不足之处,种子管理及生产利用上也存在一些问题,针对当前抗虫棉的情况和发展要求,对我国转基因抗虫棉的发展提出了几点建议。     

The effect of root exudates from two transgenic insect-resistant cotton lines on the growth of Fusarium oxysporum

The attenuation of disease resistance in transgenic insect-resistant cotton has become one of the important factors restricting cotton production in China. Two transgenic insect-resistant cotton lines and their parental conventional cotton lines were used as the testing materials. The effects of root exudates of these cotton lines on the spore germination and mycelial growth of Fusarium oxysporum were studied and the components, contents of amino acids and sugars were determined. The results showed that the resistance of the two insect-resistant cotton lines to F. oxysporum was inferior to the parental lines, and that their root exudates promoted fungal spore germination and mycelial growth. Considerable differences in the components and contents of both, amino acids and sugars were found between the root exudates of transgenic cotton lines and their parental lines, where the disease indices were highly correlated with the total amount of sugars in the root exudates.     

转Cry1Ac+Cry2Ab棉花生长势及其对棉田节肢动物物种丰富度的影响

【背景】转基因棉花在商业化种植之前,必须评价其环境安全性。其中新型棉花材料的生存竞争能力和对物种丰富度的影响是评价的重要内容。【方法】以转Cry1Ac＋Cry2Ab基因棉为试验材料,转Cry1Ac棉花中棉所41和非转基因棉花中棉所49为对照品种,分别于2014年5~9月对棉花株高、主茎叶片数、叶绿素含量、比叶面积、果枝数、蕾铃数等生长参数进行比较,同时对二代、三代和四代棉铃虫发生期棉田物种丰富度进行系统调查。【结果】转Cry1Ac＋Cry2Ab棉花的生长势与转Cry1Ac棉花和非转基因棉花基本相当,没有表现出明显的竞争优势;产量构成参数在成铃和脱落等方面比非转基因棉表现出良好的优势。对棉田节肢动物物种丰富度的影响表明,转Cry1Ac＋Cry2Ab棉花对靶标害虫棉铃虫具有良好的控制效果,对主要刺吸性害虫棉蚜、棉蓟马、烟粉虱、绿盲蝽与天敌龟纹瓢虫、草间小黑蛛、草蛉和小花蝽等的种群丰富度在个别时期有所影响,但总体上与转Cry1Ac棉田和非转基因棉田没有显著性差异。【结论与意义】转Cry1Ac＋Cry2Ab棉花无竞争优势,但目标性状优势较好;对棉田节肢动物物种丰富度无明显影响。研究结果为新型转Cry1Ac＋Cry2Ab棉花对棉田环境安全方面的研究进一步补充了内容,为转基因棉花的环境安全评价提供科学数据。     

转CpTI-Bt基因棉和转Bt基因棉对棉铃虫幼虫存活、生长及营养利用的影响

2000年7月中旬和8月中旬, 分别测定了采自田间的转CpTI-Bt基因双价抗虫棉（SGK321, 以下简称CpTI-Bt棉）和转Bt基因抗虫棉（中30,以下简称Bt棉）对棉铃虫Helicoverpa armigera幼虫存活、生长的影响。结果表明：7月中旬两种转基因抗虫棉抗虫效果均较好,尤其是CpTI-Bt棉棉叶和花瓣对4龄幼虫3天内致死率为92%以上;8月中旬两种转基因棉的抗虫活性均明显降低,且Bt棉的杀虫活性显著低于CpTI-Bt棉,其幼虫死亡率与对照受体棉中16的死亡率之间无显著差异,仅显著抑制了幼虫的生长;石远321(SGK321受体品系)的花瓣具有一定的抗虫活性,可显著降低取食幼虫的体重,甚至造成部分幼虫死亡; CpTI-Bt棉中,花瓣和棉叶的抗虫性明显高于蕾和铃心。对5龄幼虫取食棉铃1日后的营养指标测定结果显示： 两种转基因抗虫棉处理的幼虫相对生长率和相对取食量均显著低于石远321,但两者之间无显著差异; CpTI-Bt棉处理的幼虫近似消化率显著低于石远321和Bt棉,但其食物利用率显著高于石远321和Bt棉。     

转RRM2基因棉田昆虫群落多样性及其时序动态

为了评价新型转基因棉花在长江生态区对棉田生态环境安全性的影响, 2013-2015年作者以新型转RRM2基因棉花(Gossypium hirsutum)为材料, 以其亲本‘中棉所12’为对照, 在安徽省沿江棉区系统研究了转基因棉田昆虫群落、害虫亚群落和天敌亚群落的结构与组成、个体数量、群落特征参数及其季节性动态变化。结果表明: 转RRM2基因棉田的主要类群组成、优势类群与非转基因棉田没有差异, 但在2013年转RRM2基因棉田棉蚜个体数量显著高于非转基因棉田, 叶螨类、棉铃虫和其他鳞翅目的个体数量显著低于非转基因棉田, 在其他年份没有显著差异; 其他类群的个体数量在两类棉田间没有显著差异。在棉田害虫发生量大的年份, 转RRM2基因棉田的昆虫群落个体数量较非转基因棉田增加, 物种丰富度较非转基因棉田减少, 但差异不显著, 而两类棉田年度间均差异显著。转RRM2基因棉田昆虫群落和害虫亚群落的全生育期多样性指数、均匀度指数和优势集中性指数与非转基因棉田没有显著差异; 其天敌亚群落的三个指数在2013年与非转基因棉田差异显著, 其他年份没有显著差异; 两类棉田年度间差异均不显著。转RRM2基因棉田昆虫群落、害虫亚群落和天敌亚群落个体数量、群落特征参数的时序动态与非转基因棉田较一致, 具季节性波动; 在群落个体数量高峰期, 群落多样性指数和均匀度指数处于低谷, 而优势集中性指数则相反; 昆虫群落、害虫亚群落的季节波动明显, 天敌亚群落的季节性变化较平缓。因此, 转RRM2基因棉花对棉田昆虫群落的结构与组成、群落特征参数及其时序动态没有显著影响, 但在气候适宜年份, 转RRM2基因棉田的害虫发生量可能增大。     

不同生育期转Bt基因棉种植对根际土壤微生物的影响

 在盆栽种植条件下,比较研究了两个转Bt基因棉(Gossypium hirsutum)与对照棉对根际土壤细菌、放线菌、真菌和主要功能类群及多样性的影 响差异。结果表明：两个转Bt基因棉根际土壤均可检测到Bt蛋白,且不同转Bt基因棉根系分泌Bt蛋白量以及Bt蛋白在根际土壤中的降解率不同 。与各自对照相比,转Bt基因棉对细菌和真菌生长繁殖有促进作用,对放线菌、好气固氮菌和钾细菌数量没有显著影响。苗期和花期转Bt基因 棉均可显著提高氨化细菌、显著降低无机溶磷菌数量,花期均可显著提高好气纤维分解菌、显著降低有机溶磷菌数量,‘Bt冀668’苗期也可显 著提高好气纤维分解菌数量。转Bt基因棉根际土壤好气纤维分解菌、有机和无机溶磷菌多度发生了变化。尽管功能类群总数转Bt基因棉高于各 自对照常规棉,但群落多样性和均匀度都有所下降,优势集中性表现明显,且花期转Bt基因棉多样性参数值以及功能类群数量的变化幅度大于 苗期。     

不同种植方式对绿洲农田土壤酶活性与微生物多样性的影响

研究了玉米连作10年、小麦连作8年 棉花连作10年、棉花连作15年和棉花6年 6年小麦/油葵轮作4种种植方式对土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶和蛋白酶活性的影响,并分析了土壤细菌、真菌、氨氧化古菌与氨氧化细菌对北疆绿洲农田不同种植方式的响应.结果表明： 不同种植方式对土壤过氧化氢酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶和蛋白酶活性影响明显,但对蔗糖酶无显著影响;对氨氧化古菌多样性指数有显著影响,对土壤细菌、真菌和氨氧化细菌多样性指数无明显影响.土壤真菌和氨氧化细菌群落结构对不同种植方式的响应较细菌和氨氧化古菌敏感.长期棉花连作使绿洲农田土壤酶活性下降,微生物群落多样性降低,而轮作可提高土壤酶活性和微生物群落结构多样性.
     

转Cry1Ac抗虫棉对土壤虫生真菌群落的影响

利用大蜡螟Galleria mellonella L.诱菌法对转Cry1Ac抗虫棉GK-12及其亲本棉花SM-3的根系区域土壤的虫生真菌种类和数量进行监测,评价转Cry1Ac基因对棉田土壤虫生真菌的影响。实验结果显示:检测到的虫生真菌种类,在转基因棉GK-12及其亲本棉SM-3之间无显著差异,均为球孢白僵菌(Beauveria bassiana)和金龟子绿僵菌(Metarhizium anisopliae);在棉花开花初期、盛花期、结铃期或吐絮期,土壤虫生真菌数量在抗虫棉GK-12和亲本SM-3之间存在显著的差异,其他生育期无显著差异;在距棉花主根不同距离(5 cm\15 cm\25 cm)的区域,土壤虫生真菌数量和种类在抗虫棉GK-12和亲本SM-3之间无显著差异。     

转Cry1Ah基因抗虫玉米HGK60对田间节肢动物及杂草多样性的影响

近年来,随着转基因技术快速发展,转基因作物环境释放风险成为需要重点关注的问题,而对生物多样性的影响研究是客观评价其风险的重要手段。本研究以2018年海南春、冬两季转Cry1Ah基因抗虫玉米‘HGK60'及其对照常规玉米‘郑58'为研究对象,重点探讨了其对田间节肢动物、虫害及杂草多样性的影响。 结果表明: 田间调查共记录节肢动物43753头,隶属7目19科69种,转基因抗虫玉米HGK60与对照常规玉米郑58的节肢动物群落组成、结构及各生态指标均无显著差异;与郑58玉米相比,转基因抗虫玉米HGK60对钻蛀类害虫具有明显的抗性;田间杂草隶属8科16种,转基因抗虫玉米HGK60与郑58玉米田间杂草在密度及各生态指标上差异均不显著,且二者在整个生育期的变化趋势基本一致。说明转Cry1Ah基因抗虫玉米HGK60的种植对田间节肢动物及杂草多样性无显著的影响。该结果为转基因作物的环境风险研究提供了一定的数据支持。     

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。     

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。     

德兴铜矿尾矿重金属污染对土壤中微生物多样性的影响

【目的】为更好地了解重金属污染与微生物多样性之间的相互作用关系,以江西德兴铜矿4#尾砂库为研究对象,采集野外实地样品共16件进行分析(包括尾砂样品以及周围农田和菜地土壤样品)。【方法】一方面对样品中可培养异养细菌进行平板计数,一方面采用变性梯度凝胶电泳(Denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)对样品中可培养和不可培养微生物分子生态多样性进行研究;同时采用PCA(Principle component analysis)方法分析样品理化性质、重金属及主要元素与可培养细菌数量及微生物多样性之间的相互关系。【结果】元素分析结果表明该尾矿区样品受到不同程度重金属Cu、Cd、Zn、Ni、Pb和Cr的污染;可培养异养细菌在尾砂样品中数量最少,在菜地和农田土壤样品中有明显增加;多样性指数(Shannon-Weaver index H)计算结果发现H最大值出现在距离尾矿中等距离、重金属浓度在中等程度的样品中。PCA分析结果表明可培养异养菌数量与理化性质如有机碳、有机质、含水率等相关性较大,重金属影响不明显;而多样性指数H除与上述理化性质相关性较大外,还受到重金属Ag、Zn、As、Pb、Ni、Cr等的影响,而在样品中含量普遍比较高的重金属如Cu、Cd等并不成为影响微生物多样性的主要因素。【结论】从这些长期受重金属污染的野外实地样品来看,以上结果说明不同重金属浓度对微生物多样性的影响可能并不是实验室研究的简单的线性关系。