转基因生物对生物多样性的影响

转基因生物对生物多样性的影响摘要：随着转基因生物，尤其是转基因作物的不断推广，转基因生物对生物多样性的影响受到越来越多的关注，其中包括转基因作物潜在的侵袭力、基因漂移、对生物多样性的冲击以及对农业生产的影响等。本文论述了近年来转基因生物对植物、动物以及微生物的生物多样性影响的研究进展。关键词：转基因生物；生物多样性；动物；植物；微生物生物多样性是地球生命的基础，是人类获得物质与精神资源的源泉，对人类的生存与发展，对于维护整个生态平衡具有重要作用。生物多样性是所有生物种类、种内遗传变异和它们的生存环境的总称，包括所有不同种类的动物、植物和微生物，及它们所拥有的基因，它们与生态环境所组成的生态系统[1]。一般来讲，生物多样性主要包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次。转基因生物(transgenicorganisms)又称遗传修饰生物(geneticallymodifiedorganisms，简称GMOs)，是利用遗传工程技术，根据人们的意愿和设计，将一种生物的基因转移到其它物种，使其产生新的性状和功能。GMOs所涉及的对象有植物、动物和微生物。随着转基因植物在全球范围内的广泛种植，其安全性问题也日益受到重视。转基因生物释放到环境中，可能会改变物种问的竞争关系，破坏原有的自然生态平衡，从而导致生物多样性的丧失和对生态系统的破坏[2]。1转基因植物对生物多样性的影响转基因植物大多数是农业作物，其目的是为了提高农作物的产量和品质或者是为了抵抗病虫害。自20世纪80年代中期以来，利用转基因技术将苏云金杆菌(Bacillusthuringiensis，Bt)杀虫蛋白基因导入农作物，使其获得抗虫性的研究已经取得巨大进展[3-5]。通过基因修饰可以增强植物在逆境中的生态适应性。目前，转基因植物对生物多样性潜在的危险还未了解清楚，国内外尚缺乏权威性报道，但多数研究证明Bt毒蛋白只对鳞翅目昆虫存在毒性，而对其他动物特别是人类和哺乳动物没有毒性。 1.1转基因玉米对昆虫的影响Losey等的实验证实[6]，在实验室水平转基因玉米的花粉伤害大斑蝶虫。这种蝶的唯一食物是马利筋属的杂草。转GylA(b)基因的抗虫Bt玉米的毒素是在花粉中表达的，而马利筋属的杂草多分布在田边，玉米扬花时花粉可飘60m远。因此大量的花粉飘落到杂草叶面上。它们以撒有与自然界同样密度的转基因玉米的花粉的马利筋叶片喂饲大斑蝶，并以同样条件的正常玉米花粉和不加玉米花粉的马利筋作为对照。每张叶片上放5条3日龄的幼虫,每个实验重复5次。4d后记录马利筋叶片的消耗量、虫子的成活率及幼虫的重量。结果，喂有B1玉米花粉马利筋叶片的幼虫第2天就有10％以上死亡，4d后死亡44％。两个对照全部存活。幼虫对不同处理的马利筋叶片摄食量也有明显不同；摄食不加花粉的叶片的量最大，而加Bt玉米花粉的叶片的量最少。几乎同时。美国的Lowa州立大学的昆虫学家J.Obrycni和L.Hansew在大田中得到类似的结果[6]。实验结果显示用Bt玉米花粉处理的幼虫48h后就有19％死亡，而非玉花粉处理的幼虫无1死亡，而没有花粉处理的对照死亡率为3％。另外，Hilbeck等的工作证实转基因玉米对有益昆虫绿草蛉死亡和发育有影响[6]。喂食吃Bt玉米长大的欧洲玉米螟的率为62％，而对照组的死亡率是37％。因此说明其较高的亡率是与Bt基因有直接联系的。在绿草蛉幼虫的发育方面，饲Bt玉米的欧洲玉米螟的发育时间延长，成虫时间比对照组均慢3d。但在海灰翅夜蛾上未看到不同。1.2转基因Bt棉花对昆虫的影响夏敬源[7-8]等人的实验证实转基因Bt棉对棉铃虫优势寄生性天敌的寄生率和羽化率等造成严重的危害。但是，该实验还证实Bt棉能有效的保护增殖捕食性天敌。WilsonI[9]等在田间的调查表明抗虫棉花通过对鳞翅目害虫的影响而间接地促进了甘薯白粉虱的种群增长。柏立新等人的对不同抗虫棉品系对棉田害虫与天敌群落的影响进行了研究，结果显示，4个不同抗虫保铃棉品系自控区 上发生的害虫与天敌种类、害虫总数与对照品种相比，其差异不显著。门兴元等人的研究发现，在未防治的条件下抗虫棉的节肢动物群落和害虫亚群落的多样性指数在棉花生长前期和后期要高于常规棉。1.3转基因741杨对昆虫的影响高宝嘉[10-11]等人2003年对转基因741杨林节肢动物群落结构的研究表明，转基因741杨能明显降低群落中食叶害虫的数量，同时，使群落中食叶害虫优势度降低。随抗虫性的增加，害虫亚群落的多样性指数和均匀度有不同程度的增高。不同抗性的转基因741杨，抗性越强所形成的节肢动物群落与未转基因节肢动物群落的相似性低。2007年通过对转基因抗虫杨林中主要害虫和天敌的种群动态研究表明，转基因杨对林中主要靶标害虫舞毒蛾、杨白潜叶蛾、有很好的控制作用，在转基因杨林中非靶标害虫杨白毛蚜未出现大发生的趋势。在转基因杨高抗和中抗林中，主要捕食性天敌三突花蛛、异色瓢虫、的数量与对照相比有增加或减少，而寄生性天敌粘虫白星姬蜂的数量明显减少，说明转基因741杨外源基因的转入以及林中靶标和非靶标害虫数量的变化对天敌种群数量的变化有一定影响。胡建军等人围绕转抗虫基因树木生态安全性研究进行了综述。抗虫基因杨树对节肢动物种群和群落结构产生了一定影响，使昆虫的多样性提高，但对土壤微生物区系未见明显影响。1.4转基因作物对土壤生物群落的影响土壤微生物的多样性以及其活性维持是农业生态系统健康发展的基础，农作物植被类型的改变对土壤生物群落的结构和活性有巨大的影响。Glandorf等的实验证明[12]：转Bt基因的农作物被土壤生物降解后,其可产生有毒的物质，从而杀死土壤中的有益昆虫和真菌。再如转T4一溶菌酶的基因作物、转蛋白酶抑制剂I基因作物，其基因产物、作物残体在土壤中被降解后对根际或残体周围的土壤中的各类生物都有很大的影响。可能减少土壤中生物的种类，进而造成生态系统的功能被阻滞。2转基因动物对生物多样性的影响 自20世纪80年代第一只转基因小鼠诞生起，人类就开始了对转基因动物的研究。佛罗里达大学的科学家向美国农业部申请要求释放第一个转基因的节肢动物螨，这种螨是草莓和花卉害虫蜘蛛螨的饲料。1996年已批准作大田实验。1995年第一个遗传工程线虫向环境释放提出申请。然而很多的科学家认为，转基因节肢动物存在很大的环境风险，由于它们繁殖快、数量大，从而引起一系列的生态问题，如通过竞争影响非目标生物的数量和种类。目前，转基因动物主要应用于医药、食品、生产等各个领域。其中转基因动物中只有转基因鱼规模较大，释放到了人工控制环境和野外环境。最近，国际知名转基因鱼研究学者Devlin[13]等人总结了转基因鱼生态评价的研究现状，认为由于表型/环境相互作用的复杂效应，即使在实验室获得了转基因鱼及野生型表型问的差异，也难以根据简单的表性差异推演转基因鱼释放或逃逸后，在自然生态系统中发生的复杂的生态相互作用，即使可以推测其生态后果，这种推测可能也是不可靠的。2008年胡炜等以具有快速生长特性的转生长激素(GH)基因鱼为对象，分析了转基因鱼潜在生态风险的实质，简要综述了通过单因子表型与适合度分析、数学模型推演研究转基因鱼生态风险的现状，阐述了利用人工模拟生态系统开展转基因鱼生态风险评价的新思路及最新研究成果，同时评述了采用三倍体途径控制转基因鱼生态风险的策略及原理。2009年李学梅等采用传统的形态学分类法及RAPD和PCR—DGGE两种DNA指纹技术对转基因鱼试验湖的浮游生物群落DNA多态性进行了研究，并探讨了DNA多态性与物种组成的关系，结果显示形态学鉴定和DNA技术在该研究中未呈现显著相关，后者能够揭示更丰富的物种多样性，但毫无疑问三种方法可以从不同方面表征群落结构。这将为研究转基因鱼试验湖泊中浮游生物群落结构和功能关系提供坚实依据，进一步评价转基因鱼的生态安全性及其对饵料生物的影响奠定技术基础。熊晶等人就转基因鲤鱼对大型底栖动物群落及多样性的影响进行了研究，结果显示底栖动物物种组成、丰度和多样性指数均出现不同程度下降。3转基因微生物对生物多样性的影响 如今，发达国家转基因微生物已少数被批准向环境释放,然而许多科学家指出：转基因微生物的释放更是一个复杂的问题。目前绝大多数微生物尚未得到鉴定和定名，微生物的不同种属之问的自然基因转移比较频繁，而所插入的带有明显选择优势的基因有可能在大范围的微生物界传播。从而改变整个生态系统的稳定性有待研究。Talk等在science刊物上发表了题为“转基因生物将产生新的病毒和疾病?”的文章。1996年很多实验证据说明转基因生物可能产生新的病毒[14]。转基因工程菌释放到土壤后的影响尚未进行系统地评价，这主要是因为工程菌田问释放的案例少。转基因工程菌进入土壤环境后产生的生态效应包括：转基因工程菌与原有土壤微生物的竞争能力；向新宿主的基因转移；生物循环的变化；以及原有微生物群落结构和功能的变化。目前这些效应主要通过实验室研究予以评估，它未必能反映田问的实际状况。4讨论转基因生物本身是新产生的生物，释放到任何一个生态系统中都是外来种。这将在很大程度上破坏原有的生态系统，影响生物的多样性。生物多样性保护研究在国内还应当更加重视。现在世界上有很多的物种已灭绝，还将有大量的物种遭灭绝或受到威胁。在各类生态系统的结构和功能中、在整个食物链中，鸟类和昆虫都起着重要的作用，人们对这方面的知识还很贫乏。再加上转基因生物对非目标生物的安全性没有一致的结论，因此应对转基因生物对生物多样性的影响更加重视。全世界的科学家要对转基因生物的经济效益和生态风险进行全面的评估。需要制定出与风险评估的方法或者如何检测转基因释放后的影响。但由于科学发展水平的限制，转基因生物对生物多样性的影响还没有一致的结论，特别是缺乏田问实验结果，因此不能做出精确地评价。对以暴露出来的环境风险问题，科学家们也在积极想办法解决[15]。为减少转基因生物带来的危害，这就需要加强各国之间的交流与合作，结合我国实际，借鉴与开创，以科学为依据，客观评价转基因生物技术及其应用，确保人类健康与自然界生物的协调发展[16]。参考文献 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