生物论文 水稻的抗虫转基因对生物多样性的利与弊

水稻的抗虫转基因对生物多样性的利与弊
摘要我国是水稻生产大国，水稻也是我们的生活必需作物。

然而每年被害虫损坏的水稻达到1000多万吨。

调查研究表明，抗虫基因对几种主要的鳞翅目害虫具有高抗性，因此可以大幅度地减少农药的使用量，既可以减少群落中害虫的密度，又可以增加其他昆虫的种类，使整个生物群落向和谐的方向发展。

但是水稻的抗虫基因又存在一定的风险，包括杂草化、对靶害虫的多样性的影响、以及对非靶害虫和土壤的影响。

本文综述了抗虫基因的优良特性，探讨了抗虫基因是否安全，是否会对生态产生不利的影响，以及基本的策略。

关键词抗虫水稻转基因作物生物多样性生态风险
我国是毋庸置疑的水稻大国，水稻是我们最重要的粮食作物，[12,13]特别是在我们南方地区。

足可见，水稻对我们生活的影响之大。

我国常年稻谷种植面积为2680-3000万平方米，虽只占了世界7%的耕地面积，却养育了世界22%的人口。

[1]
在水稻的生产过程中，害虫的倾害对水稻的产量影响很大。

水稻害虫有600多种，主要的又：三化螟、稻纵卷叶螟、白背飞虱、还有粘虫等等。

由于长期时间农药的使用，害虫已经产生了抗药性了，我国每年被害虫所毁坏的水稻有1000多吨，这是个巨大的数字，水稻的虫害问题日益严重。

因此，培育可以抗虫的水稻是当务之急。

然而，科技是一把双刃剑，转基因水稻也是如此。

1 生物多样性
生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个部分。

1.1 遗传多样性(genetic diversity)
遗传多样性是生物多样性的重要组成部分，是指地球上生物所携带的各种遗传信息的总和。

这些遗传信息储存在生物个体的基因之中。

因此，遗传多样性也就是生物的遗传基因的多样性。

任何一个物种或一个生物个体都保存着大量的遗传基因，因此，可被看作是一个基因库。

一个物种所包含的基因越丰富，它对环境的适应能力越强。

基因的多样性是生命进化和物种分化的基础。

[2]
狭义的遗传多样性主要是指生物种内基因的变化，包括种内显著不同的种群之间以及同一种群内的遗传变异。

此外，遗传多样性可以表现在多个层次上，如分子、细胞、个体等。

在自然界中，对于绝大多数有性生殖的物种而言，种群内的个体之间往往没有完全一致的基因型，而种群就是由这些具有不同遗传结构的多个个体组成的。

1.2 物种多样性(species diversity)
什么是物种呢？我国科学家陈世骧对物种所下的定义：物种是繁殖单元，由又连续又间断的居群组成；物种是进化的单元，是生物系统线上的基本环节，是分类的基本单元。

在分类学上，确定一个物种必须同时考虑形态的、地理的、遗传学的特征。

[2]也就是说，作为一个物种必须同时具备如下条件：①具有相对稳定的而一致的形态学特征，以便与其他物种相区别；②以种群的形式生活在一定的空间内，占据着一定的地理分布区，并在该区域内生存和繁衍后代；③每个物种具有特定的遗传基因库，同种的不同个体之间可以互相配对和繁殖后代，不同种的个体之间存在着生殖隔离，不能配育或即使杂交也不同产生有繁殖能力的后代。

物种多样性是指地球上生物有机体的多样性，其中包含两层含义：物种丰度和物种的均匀度。

物种多样性是衡量一定地区生物资源丰富程度的一个客观指标。

1.3 生态系统多样性（ecosystem diversity）
生态系统是各种生物与其周围环境所构成的自然综合体。

所有的物种都是生态系统的组成部分。

[3]在生态系统之中，不仅各个物种之间相互依赖，彼此制约，而且生物与其周围的各种环境因子也是相互作用的。

[4]从结构上看，生态系统主要由生产者、消费者、分解者所构成。

生态系统的功能是对地球上的各种化学元素进行循环和维持能量在各组分之间的正常流动。

生态系统的多样性主要是指地球上生态系统组成、功能的多样性以及各种生态过程的多样性，包括生境的多样性、生物群落和生态过程的多样化等多个方面。

其中，生境的多样性是生态系统多样性形成的基础，生物群落的多样化可以反映生态系统类型的多样性。

2 转基因抗虫水稻对生物多样性的影响
2.1 Bt基因
Bt 基因是目前在水稻抗虫方面应用最多的一种主要针对鳞翅目害虫的杀虫蛋白基因。

通过转基因技术将 Bt基因导入不同品种的水稻，使其高效表达，并能获得稳定遗传。

表达的晶体蛋白在昆虫碱性肠道内溶解，经中肠蛋白酶的消化作用降解为具有活性的毒性肽，与中肠相应的膜受体结合，形成跨膜离子通道或孔，导致消化道细胞的离子渗透压平衡遭到破坏，细胞溶解，最终使昆虫停止进食，并最终致死。

[5]
2.2 转基因抗虫水稻对稻田生态系统的影响
我们都知道“蝴蝶效应”，而且水稻又是稻田的重要部分，水稻的改变势必会对生态系统产生巨大的影响。

2.2.1 转基因抗虫水稻对靶害虫的影响
农药的长期使用使得害虫产生了抗性，[14]使得害虫消灭过程进入了一个可怕的恶性循环。

转基因水稻的生产可以有效的杀死靶害虫，降低其种群密度，而现在也还没有任何靶害虫对水稻产生抗性的报道。

但是值得我们关注的是，在Bt抗虫棉推行的这几年里，我国黄
淮流域的棉铃虫已经产生不同程度的抗性。

蔡万伦等科学家为了解水稻重要害虫三化螟对转基因水稻产生抗性的潜在危险，研究了转基因水稻对三化螟自然种群的影响，结果表明转基因水稻对三化螟幼虫入侵有着极强的毒杀作用，但仍有4.03%的存活率。

[6]
2.2.2 转基因水稻对非靶昆虫的影响
现在治理害虫的主要方法依旧还是化学农药的喷洒，在杀死靶害虫的同时，也杀害了田里面的有益的虫和对水稻无害的虫，破坏了生态平衡。

转基因水稻和大量喷洒农药相比，无疑保护了田间的物种多样性。

但是，转基因水稻会通过食物链的传递，作用于靶害虫的天敌，[7]在它的体内累积Bt毒蛋白，影响了这些种类的昆虫的生殖和繁衍。

[8，15]
2.2.3 转基因水稻对生态系统的影响
转基因抗虫水稻的根和花粉均有一定量的抗虫外源基因表达，会有一定量的表达蛋白进入稻田土壤，另外水稻秸秆还田也会向土壤中释放外源抗虫蛋白，[9]因此经过长时间的累积，可能会对土壤产生一定影响。

3 转基因水稻的风险对策
3.1 研制双价或多价抗虫水稻
就是将两种或两种以上同类或不同类的抗虫基因转入同一水稻品种，通过增加外源基因的种类或通过不同类抗虫基因的互补作用，提高抗虫水稻的抗虫范围和抗虫能力，同时延缓了害虫抗性的产生和发展。

中科院遗传所采用农杆菌介导法成功地分别将Bt 基因 cry1Ac 和大豆胰蛋白酶抑制剂基因 CpT1 共同转入水稻“明恢 86”，获得对靶害虫具有较强抗性的双价抗虫水稻，并获得批准在北京和福建进入环境释放。

[10]目前围绕着这一方面已经展开了相关研究，但主要还是集中在抗虫品种的研制上，而且关于和单价抗虫转基因水稻相比，其抗虫谱和延缓害虫抗性产生的优势是否显著目前还没有准确的数据来支持这一观点。

3.2 混合种植
美国、澳大利亚学者提出用转基因作物与非转基因作物混合种植，或在转基因作物周围设置特定的区域种植非转基因作物的方法，延长害虫对转基因作物的敏感性，已在抗虫棉中广泛使用，可以举一反三，实践于转基因抗虫水稻的应用。

其原理是使非转基因作物上的敏感个体与转基因植株上的抗性个体随机交配，从而延缓其抗性。

3.3 生物防治辅助
单一技术不一定能达到我们的目标，如果在使用转基因抗虫水稻的同时，辅以生物防治，
比如说使用害虫天敌，以及使用性激素，再加上适宜的耕作制度，这样的综合治理会更有效。

3.4 加强抗性监测
对转基因抗虫水稻的杀虫效果和抗性变化进行监测，及时预测害虫抗性的产生与发展，提前采取有效措施进行防治。

另外，根据稻田生态群落的动态变化规律采取分阶段分时期重点防治不同的次要害虫，主要以化学防治为主，降低次要害虫数量上升的危险。

这样，既可以防治次要害虫爆发，同时可以防止害虫对杀虫剂产生抗性。

4 结语与展望
种植转基因抗虫水稻能够大量减少农药的施用量, 降低对田间益虫的影响, 有利于稻田生态系统的动态平衡, 同时能够减轻农药残留物对于自然生态环境的污染和危害; 另外, 转基因抗虫水稻还能够降低相关劳动力投入, 从而节省生产成本。

因此,转基因抗虫水稻的应用必将产生巨大的经济、生态和社会效益。

今后应加紧研制和培育高抗大螟、稻飞虱等水稻害虫的新型安全转基因抗虫水稻新品种,使之在保障我国粮食安全及农业的可持续发展中发挥更大的作用。

与此同时, 还应进一步研究转基因逃逸带来的环境生物安全影响。

[11]转基因抗虫水稻所带来的潜在的生态风险不容忽视，但如果我们可以通过对每一个生态环节的具有针对性的研究，采取有效措施将风险控制在最小程度，那么转基因抗虫水稻就有可能大规模应用于农业生产中，为解决我国粮食安全问题作出重要的贡献。

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