水稻是我國主要的糧食作物之一，2009年11月27日中國通過了對轉(zhuǎn)Bt抗蟲水稻的生物安全認(rèn)證，這一舉措具有里程碑意義，對轉(zhuǎn)基因作物在中國、亞洲乃至全世界的應(yīng)用產(chǎn)生重大影響。轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻因其自身能合成殺蟲蛋白，從而有效地降低了農(nóng)藥施用量，展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。但是，隨著轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲作物大面積商品化推廣使用，使得大量外源殺蟲蛋白以植株殘?bào)w、根系分泌物或花粉等形式進(jìn)入土壤環(huán)境，進(jìn)而延長土壤生物與轉(zhuǎn)基因代謝產(chǎn)物的接觸時間［1］。雖然Bt蛋白在短期內(nèi)對土棲動物無負(fù)面作用，但由于外源Bt蛋白的殺蟲特性不同，以及復(fù)合基因代謝產(chǎn)物在土壤中的降解及其與土壤腐殖質(zhì)酸、蒙脫石或鋁羥基等的聚合物多樣，進(jìn)而對土壤生物產(chǎn)生諸多直接或間接的不確定性影響［2］，這也是轉(zhuǎn)基因作物生態(tài)風(fēng)險評估亟待明確的問題。

跳蟲是一類廣泛分布的小型節(jié)肢動物，大多喜好陰涼潮濕的土壤環(huán)境以及地表枯枝落葉層等。跳蟲種類和數(shù)量極其豐富，與線蟲和螨類一樣是土壤生態(tài)系統(tǒng)中的主要功能類群，，并參與物質(zhì)的分解［3-4］。跳蟲對土壤環(huán)境污染十分敏感，能敏感指示土壤環(huán)境的變化程度［5-7］。國外常用來開展土壤污染的生態(tài)風(fēng)險評價，如利用土壤跳蟲的豐富度和多樣性等來開展污染物對土壤環(huán)境的影響評估［8］，利用土壤跳蟲的死亡率、繁殖率、生物富集以及行為效應(yīng)等作為評估被污染土壤修復(fù)成功與否的生物標(biāo)志物等［9-12］。Al-Deeb等［13］對轉(zhuǎn)Cry3Bb基因棉田土壤彈尾蟲的調(diào)查結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)基因棉田和親本對照棉田的彈尾蟲數(shù)量沒有差異。國內(nèi)，應(yīng)用土壤動物進(jìn)行土壤生態(tài)風(fēng)險評價的研究很少，僅見于轉(zhuǎn)Bt基因作物的環(huán)境風(fēng)險研究，如Yu等［14］報(bào)道轉(zhuǎn)Cry1Ab和轉(zhuǎn)Cry1Ac基因棉花以及轉(zhuǎn)CryⅢ基因馬鈴薯的外源Bt毒蛋白對土棲彈尾蟲Folsomiacandida和奧甲螨Oppianitens無顯著影響。白耀宇等［15］研究指出生活在轉(zhuǎn)Bt水稻殘?bào)w環(huán)境中的跳蟲體內(nèi)檢測有微量Bt殺蟲蛋白，但這對跳蟲的發(fā)生量并無不良影響，相反，轉(zhuǎn)Bt水稻稻田中跳蟲數(shù)量反而顯著高于對照親本田。

與室內(nèi)試驗(yàn)研究相比，大田試驗(yàn)研究是在開放的野外環(huán)境下進(jìn)行的，因此，研究結(jié)果更具實(shí)用性，并能切實(shí)反映實(shí)際情況。目前，在大田層次上進(jìn)行的轉(zhuǎn)基因植物安全性研究報(bào)道較少，Wolfenbarger等［16］認(rèn)為轉(zhuǎn)基因植物對非目標(biāo)生物的影響取決于作物被改造的特征及其與生態(tài)系統(tǒng)其它部分復(fù)雜的關(guān)系。因此，大田環(huán)境下轉(zhuǎn)基因水稻的安全性是目前急需解決的問題。本研究選取不同基因型(Cry1Abvs．Cry1Ab+Cry1Ac)和不同類型(恢復(fù)系和雜交系)的轉(zhuǎn)Bt水稻為研究材料，開展稻田土壤跳蟲群落組成及數(shù)量動態(tài)研究，以進(jìn)一步明確轉(zhuǎn)Bt作物的土壤環(huán)境安全性。

1材料與方法

1．1供試轉(zhuǎn)Bt水稻、

試驗(yàn)所用轉(zhuǎn)Bt水稻為3個轉(zhuǎn)Cry1A抗蟲水稻品系及其對照親本，包括:轉(zhuǎn)Bt水稻恢復(fù)系“克螟稻”(Cry1Ab純合基因型;簡稱KMD)及其親本“秀水11”(簡稱XSD)，稻種由浙江大學(xué)原子能研究所提供;轉(zhuǎn)Bt水稻恢復(fù)系“華恢1號”(Cry1Ab+CryAc融合基因型;簡稱HH1)及其親本“明恢63”(簡稱MH63)，轉(zhuǎn)Bt水稻雜交系“Bt汕優(yōu)63”(Cry1Ab+CryAc融合基因型;簡稱Bt-SY63)及其對照親本“汕優(yōu)63”(簡稱SY63)，稻種均由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科技學(xué)院提供。

1．2試驗(yàn)地布局及耕種

試驗(yàn)地設(shè)在山東省寧津縣南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院氣候變化創(chuàng)新研究基地(37．64°N，116．8°E)。試驗(yàn)地由面積相等的6塊相鄰樣地組成，KMD與XSD、HH1與MH63、Bt-SY63與SY63各東西向兩塊相鄰樣地，轉(zhuǎn)基因及其對照親本由西向東排列，3個水稻品系自南往北依次排列，這樣由南向北，前兩個水稻品系為恢復(fù)系的純和基因型和融合基因型，后兩個品系為融合基因型的恢復(fù)系和雜交系;每樣地劃分為4個小區(qū)，每小區(qū)5m×20m，且小區(qū)東西向和南北向玉米隔離帶均為5m。水稻于5月15日旱作直播，播種前按每畝50kg氮肥、30kg磷肥和20kg鉀肥施底肥，大田漫灌1次，并于水稻拔節(jié)期和孕穗期分別追施N肥(20kg/666．7m2)、P肥(12kg/666．7m2)和K肥(8kg)各1次;此外，播種后間隔3周人工除草和灌溉各1次。

1．3土壤取樣、跳蟲分離及其鑒定

自水稻播種后一個月，即6月11日開始，每30d進(jìn)行一次土壤采樣，試驗(yàn)于11月8日結(jié)束，共采樣6次。采樣時，用100mL環(huán)刀按照品種順序逐個小區(qū)(重復(fù))進(jìn)行，每小區(qū)按S形取樣方法取6環(huán)刀，每2環(huán)刀隨機(jī)放入一自封袋中，做好標(biāo)記后帶回實(shí)驗(yàn)室分別進(jìn)行分離鑒定。土壤跳蟲的分離采用Tullgren干漏斗法，干漏斗上部為40W燈泡，干漏斗中部為金屬網(wǎng)篩，網(wǎng)眼2mm，干漏斗下部用裝有濃度為75%酒精的白色塑料小瓶收集跳蟲［17］。將帶回的每個土樣混勻后，用100mL標(biāo)準(zhǔn)環(huán)刀量取一環(huán)刀(即100mL)土樣置于干漏斗上，每次分離時間為48h。將分離得到的跳蟲按土樣標(biāo)號分別用酒精清洗，然后用霍式封固液封片，玻片做好標(biāo)號后置于50—60℃的烘箱中干燥1周，使蟲體透明、肢體展開，以便進(jìn)行分類鑒定。土壤跳蟲鑒定由中國科學(xué)院動物所擔(dān)任，鑒定到屬，同時記錄跳蟲數(shù)量，轉(zhuǎn)化為每平方米土壤跳蟲數(shù)量，并進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)跳蟲類群的多樣性(H')、種類豐富度(SR)和均勻度(J)等指數(shù)［18］。此外，按照殷秀琴等［19］的方法，將土壤跳蟲劃分為優(yōu)勢類群(即個體數(shù)占總捕獲量10%以上者)、常見類群(即個體數(shù)占總捕獲量1%—10%者)和稀有類群(即個體數(shù)占總捕獲量1%以下者)。同時，按照其活動位置，將土壤跳蟲劃分為土上生(地表活動)、真土生(土下活動)和半土生(地上地下活動)三類(表1)。

1．4統(tǒng)計(jì)分析

用SPSS16．0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析。對6月11—11月8日期間，共計(jì)6次采樣的數(shù)據(jù)采用“雙因子重復(fù)測量方差分析”(即Two-wayRepeatedTimeANOVA)，分別比較2對恢復(fù)系的不同基因型(Cry1Ab純合基因型KMDvs．Cry1Ab+Cry1Ac融合基因型HH1)或Cry1Ab+Cry1Ac融合基因型的2對育種品系(即恢復(fù)系HH1和雜交系Bt-SY63)轉(zhuǎn)Bt水稻及其對照親本大田土壤跳蟲不同類群百分比組成、密度、多樣性指數(shù)、種類豐富度和均勻性指數(shù)的差異。并進(jìn)一步通過“群體成對T檢驗(yàn)”(即Group-pairedTtest)統(tǒng)計(jì)分析調(diào)查期間轉(zhuǎn)Bt水稻及其對照親本間，以及不同水稻品種、不同功能群間以上指標(biāo)數(shù)量動態(tài)的顯著性差異(P＜0．05)。數(shù)據(jù)分析前，對絕對值數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換，對百分比數(shù)據(jù)進(jìn)行反正弦平方根轉(zhuǎn)化，以符合正態(tài)分布假設(shè)。