转基因抗虫棉对土壤无脊椎动物群落的影响
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摘要：选择连续种植传统非转基因棉、５年连续种植转基因抗虫棉和１０年连续种植转基因抗虫棉的棉田为研究对象，调查了土壤０～２０ ｃｍ的小型无脊椎动物的群落组成和多样性变化。结果表明，与种植传统非转基因棉相比，种植转基因抗虫棉对土壤小型无脊椎动物的种类和数量等没有显著性差异，但减少了双翅目的优势种群。种植５年转基因抗虫棉会降低土壤无脊椎动物的Ｓｉｍｐｓｏｎ指数、Ｓｈａｎｎｏｎ－Wｉｅｎｅｒ多样性指数和Ｐｉｅｌｏｕ均匀度。
关键词：转基因抗虫棉；土壤无脊椎动物；群落多样性
中图分类号：Ｓ１５４．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：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
转基因抗虫棉给人类带来经济效益的同时，也存在生物安全性问题。转基因抗虫棉的外源基因可来自植物、动物或微生物，例如转Ｂｔ基因棉花中的外源基因来自于微生物。这些可能出现的新组合、新性状是否会改变原有的生态环境，并影响到生态系统的稳定性，已引起各方面的极大关注［１］。转基因抗虫棉的抗虫基因表达蛋白进入土壤生态系统后，可以进入昆虫（包括靶标害虫和非靶标害虫）体内后被降解［２］，但也会改变土壤的特异生物功能类群以及土壤的生物多样性。
依托中国农业科学院棉花研究所的长期田间试验，笔者研究了转基因抗虫棉对土壤无脊椎动物群落的影响，以期为转基因抗虫棉对土壤生态系统的生物安全性评价提供参考。
１ 材料与方法
１．１ 田间土壤无脊椎动物调查
试验地位于河南省安阳市白璧镇的中国农业科学院棉花研究所老棉花农场（东经１１６°２２′，北纬３６°0７′）。土壤质地为沙壤土。棉田设３个处理：Ａ．５年连续种植转基因抗虫棉农田（简称５年抗虫棉田）；Ｂ．１０年连续种植转基因抗虫棉农田（简称１０年抗虫棉田）；Ｃ．连续种植非转基因棉农田（常规棉田）。棉田种植情况见表１，每个处理３次重复，棉花种植和管理按一般大田棉花常规进行。分别于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（棉花开花期）和２００６年１０月１６日（棉花大量采集期）采集土壤样品。每次按对角线５点取样法在单位面积２５ ｃｍ×２５ ｃｍ内，采集０～２０ ｃｍ的土壤表层样品５００ ｇ，并用Ｔｕｌｌｇｒｅｎ法收集土壤无脊椎动物标本。
１．２ 土壤动物的鉴定和多样性分析
将收集得到的土壤动物置于纯乙醇中保存，参照文献［３］进行分类定名。动物分类一般鉴定到“纲”或者“目”。采用幼虫和成虫综合的方式统计土壤动物数量，并对各个样方进行群落多样性分析［４］。
种群数量等级的划分：根据各个种群的个体数量与群落总个体数量的比值Ｐｉ的大小确定，优势类群的Ｐｉ≥１０％，常见类群为１％≤Ｐｉ＜１0％，Ｐｉ＜１％为稀有类群［５］。
群落多样性分析：运用Ｓｉｍｐｓｏｎ多样性指数、Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多样性指数与Ｐｉｅｌｏｕ均匀度指数等相结合，说明土壤动物群落的多样性水平。
１）Ｓｉｍｐｓｏｎ多样性指数（Ｄ）：它是对集中度的度量，是多样性的反面。计算公式：
Ｄ＝１－■Pi2
其中Pi为第ｉ种占总个体数的比例，Ｓ为丰富度，即群落所包含的物种数。
２）Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多样性指数（Ｈ）：它表明群落中生物种类增多，群落的复杂程度增高，群落中所包含的信息量越多。计算公式：
Ｈ＝-■PilnPi
３）Ｐｉｅｌｏｕ均匀度指数（Ｊ）：用Ｐｉｅｌｏｕ的实测多样性与最大多样性（在给定物种数Ｓ下完全均匀群落的多样性）之比率。计算公式：Ｊ=H/lnＳ。