轉(zhuǎn)基因作物對蜜蜂的影響

轉(zhuǎn)基因作物在世界范圍內(nèi)越來越多的被種植，但是有關(guān)轉(zhuǎn)基因作物對蜜蜂以及其他傳粉者的影響持續(xù)受到關(guān)注。轉(zhuǎn)基因植物可能對蜜蜂產(chǎn)生直接或間接的影響。直接影響可能是指當(dāng)蜜蜂攝入了轉(zhuǎn)基因編碼的蛋白質(zhì)后所產(chǎn)生的影響。如果將轉(zhuǎn)基因植入植物的過程導(dǎo)致植物表型發(fā)生不經(jīng)意的變化，間接影響可能會發(fā)生。如果轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物（蛋白質(zhì)）存在于轉(zhuǎn)基因植物的花粉、花蜜或樹脂中，對蜜蜂的直接影響可能會發(fā)生。這些影響將取決于轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物的性質(zhì)以及被蜜蜂消耗的產(chǎn)物數(shù)量。

對純化的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物進(jìn)行毒性測驗通常是評估轉(zhuǎn)基因作物對蜜蜂的風(fēng)險的第一步。蜜蜂可能以兩種不同的方式受到轉(zhuǎn)基因植物的影響。第一，直接攝入花粉或花蜜中的基因產(chǎn)物可能對蜜蜂產(chǎn)生影響，由于花蜜只含有少量的氨基酸——蛋白質(zhì)的基石，它攜帶基因產(chǎn)物的可能性遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上含有大量蛋白質(zhì)組分的花粉。由于蜜蜂的社會性質(zhì)，由采集蜂采集的轉(zhuǎn)基因花粉可能被存儲在蜂巢中，隨后被成年蜜蜂和大幼蟲攝入。第二，外源基因的表達(dá)可能對轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)生多重影響，使得它們或多或少對蜜蜂有吸引力或者有營養(yǎng)。Picard-Nizou等（1995）發(fā)現(xiàn)一些攜帶幾丁質(zhì)酶基因的轉(zhuǎn)基因油菜，與非轉(zhuǎn)基因油菜相比，產(chǎn)出更多量的并且蔗糖含量更高的花蜜。由于蜜蜂這樣的傳粉昆蟲行為依靠一系列復(fù)雜的感官反應(yīng)，植物生物化學(xué)的細(xì)微變化都有可能改變蜜蜂行為。

早期的研究只是探討單一轉(zhuǎn)基因蛋白或者表達(dá)單一轉(zhuǎn)基因蛋白的轉(zhuǎn)基因植物對蜜蜂的影響。然而，較新的作物品種經(jīng)常表達(dá)兩個或更多的轉(zhuǎn)基因蛋白。

早期商業(yè)化的轉(zhuǎn)基因作物含有與蘇云金芽孢桿菌分離的Bt基因，蘇云金芽孢桿菌是一種能產(chǎn)生一系列昆蟲特異性毒性蛋白質(zhì)（Cry1Ac，Cry1Ab，Cry1Ba，Cry9C，Cry3A，Cry3B，Cry1F等）的土壤細(xì)菌。不同株蘇云金芽孢桿菌產(chǎn)生不同的毒素。通常每一種毒素都具體到昆蟲的一個特定的目，編碼針對鱗翅目（蛾幼蟲）、雙翅目（蒼蠅）或者鞘翅目（甲蟲）昆蟲活動的毒素的Bt基因已被分離。蘇云金芽孢桿菌已被應(yīng)用于生物農(nóng)藥制劑多年，由于膜翅目昆蟲（蜜蜂、胡蜂、螞蟻）活動的缺乏保證了蜜蜂良好的安全記錄，有人認(rèn)為，抗蟲作物產(chǎn)生的Bt蛋白質(zhì)可能促使蜜蜂豐富度的下降。

蜜蜂最有可能通過花粉受到來自轉(zhuǎn)基因植物的殺蟲蛋白的影響。評估這種狀況對蜜蜂的影響是轉(zhuǎn)Bt基因玉米風(fēng)險評估過程中不可缺少的一部分。有人曾進(jìn)行田間試驗來評估轉(zhuǎn)Bt Cry1Ah基因玉米對蜜蜂的影響。蜜蜂蜂群在開花期被移動到Bt或者非Bt玉米田，然后采樣記錄它們的存活率、發(fā)展?fàn)顩r和蜜蜂行為。被放置在非Bt玉米田的蜂群和被放置在Bt玉米田的蜂群，在未成熟期，工蜂存活率、蜜蜂體重、咽下腺重量、蜂群性能、采集活動或者嗅覺學(xué)習(xí)能力等方面沒有檢測到差異。他們得出結(jié)論，Cry1Ah玉米對蜜蜂的存活率、發(fā)展、蜂群性能或行為沒有產(chǎn)生風(fēng)險。

為評估來自Bt源基因的CryⅢB蛋白對蜜蜂的可能危害，該毒素被拌在補(bǔ)充糖漿中供給蜂群。使用兩種不同的毒素濃度，大約分別是轉(zhuǎn)Bt基因植物花粉中預(yù)期蛋白質(zhì)含量的400倍、2000倍。每周都會對蜂巢進(jìn)行采樣，記錄幼蟲存活率和蛹的干重。在實驗開始和結(jié)束時對巢脾進(jìn)行計數(shù)，作為蜂群群勢的一個指標(biāo)。未觀察到對幼蟲的毒性作用，蛹重沒有受到飲食規(guī)則的顯著影響。這些結(jié)果表明產(chǎn)生CryⅢB毒素的轉(zhuǎn)基因作物可能相當(dāng)于適宜傳粉者生存的一種環(huán)境。

實驗室飼喂研究得出，用表達(dá)Cry1Ab的甜玉米花粉飼喂蜜蜂35天后，對蜜蜂的體重和存活率沒有產(chǎn)生影響。田間研究發(fā)現(xiàn)，在甜玉米地里覓食的蜂群，取食Bt花粉餅28天后，蜜蜂的體重、采集活動和蜂群性能沒有受到不利影響。繁蜂沒有受到Bt花粉的影響，但是與陽性殺蟲劑對照組相比，其育蟲受到顯著限制。

Ramirez-Romero等（2008）評估了兩種濃度的Cry 1Ab蛋白（3 ppb和5000 ppb）對幼蜂的潛在影響。他們評估了Cry1Ab對三個主要生命特征的影響：亞慢性暴露在Cry1Ab環(huán)境中的蜜蜂存活率、飼喂行為以及采集蜂的學(xué)習(xí)能力，使用口吻屈伸反射（PER）來測試蜜蜂的記憶。使用化學(xué)殺蟲劑吡蟲啉也進(jìn)行了同樣的測試，以作為一個陽性參照。測試的Cry1Ab蛋白濃度并沒有對蜜蜂造成致命影響。然而，當(dāng)暴露在最高濃度的Cry1Ab蛋白環(huán)境中時，蜜蜂的飼喂行為受到影響，蜜蜂需要花費更長的時間吸入受污染的糖漿。Cry1Ab蛋白濃度為5000 ppb時，蜜蜂的學(xué)習(xí)能力也被打亂，即使在缺少食物獎勵的情況下，蜜蜂持續(xù)對一種習(xí)慣的氣味做出反應(yīng)。這些結(jié)果表明，表達(dá)Cry1Ab蛋白濃度在5000 ppb水平的轉(zhuǎn)基因作物可能影響食物消耗或者學(xué)習(xí)過程，因而可能影響蜜蜂的采集效率。然而，考慮到自然條件下預(yù)期的最大劑量（蜂巢內(nèi)潛在最大的積聚量）和觀察到的劑量效應(yīng)（5000 ppb）之間的差異，他們得出結(jié)論，Cry1Ab蛋白對采集行為的負(fù)面影響在自然條件下是不可能發(fā)生的。

沒有證據(jù)表明，向Bt作物的轉(zhuǎn)變傷害了美國的蜜蜂蜂群。正相反，它通過降低殺蟲劑在受Bt保護(hù)的作物（尤其是玉米和棉花）上的應(yīng)用頻率，而使養(yǎng)蜂受益。另一方面，向抗除草劑轉(zhuǎn)基因作物的轉(zhuǎn)變已經(jīng)消除了田間邊界、灌溉溝渠以及農(nóng)田里的很多開花植物。

有學(xué)者進(jìn)行了一項為期兩年的田間試驗（2001年和2002年）和一項一年期的半田間試驗（2002年），來評估轉(zhuǎn)基因抗除草劑油菜甘藍(lán)型油菜花粉對工蜂幼蟲和成蟲的影響。在田間試驗過程中，蜂群在開花期被移動到轉(zhuǎn)基因或非轉(zhuǎn)基因油菜田（每塊至少99英畝），然后采樣記錄幼蟲的存活率、成年蜂的恢復(fù)狀況、蛹重量和血淋巴蛋白濃度。被放置在非轉(zhuǎn)基因油菜田的蜂群和那些被放置在轉(zhuǎn)基因油菜田的蜂群，在幼蟲存活率、成年蜂恢復(fù)和蛹重量這些方面沒有檢測到差異。在2002年的田間試驗中，被放置在轉(zhuǎn)基因油菜田的蜂群，與那些被放置在非轉(zhuǎn)基因油菜田的蜂群相比，其新出房的蜜蜂中的血淋巴蛋白濃度顯著較高。然而，這種差異在2001年的田間試驗中沒有發(fā)現(xiàn)。在半田間試驗中，蜜蜂幼蟲被人工飼喂蜜蜂采集的轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因油菜花粉，并回歸到它們最初的蜂群。測算幼蟲的存活率、蛹的存活率、蛹重和新出房的成蟲中的血淋巴蛋白濃度。被飼喂轉(zhuǎn)基因油菜花粉的幼蟲和被飼喂非轉(zhuǎn)基因玉米花粉的幼蟲，在測算的任何一個參數(shù)方面都不存在顯著差異。這項研究的結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因油菜花粉沒有對蜜蜂發(fā)育產(chǎn)生不利影響，轉(zhuǎn)基因油菜的使用不會對蜜蜂構(gòu)成任何威脅。

蛋白酶抑制劑是在幾種轉(zhuǎn)基因植物中表達(dá)的另一組殺蟲蛋白。當(dāng)用一些高劑量的純化的蛋白酶抑制劑飼喂蜜蜂時，蜜蜂成蟲和蜜蜂幼蟲的壽命都會縮短。比如，將Kunitz型大豆胰蛋白酶抑制劑（SBTI）通過人工飼料方式飼喂給幼蟲（胰蛋白酶抑制劑含量占總蛋白含量的1%），與取食對照飼料的幼蟲相比，其發(fā)育遲緩并且死亡率增加。由于花粉只是蜜蜂幼蟲的自然食物中的一個組成部分，這一濃度可能高于蜜蜂幼蟲暴露在轉(zhuǎn)基因作物表達(dá)的環(huán)境中的濃度。用濃度大約是這些蛋白質(zhì)有效表達(dá)水平4倍的大豆胰蛋白酶抑制劑和其他蛋白酶抑制劑飼喂蜜蜂成蟲，其壽命也被縮短。在一些取食蛋白酶抑制劑的蜜蜂中也觀察到行為變化。在有條件的口吻屈伸試驗中，添加到獎勵飼喂糖漿中的豇豆胰蛋白酶抑制劑降低了成年蜂的學(xué)習(xí)反應(yīng)能力。

編碼幾丁質(zhì)降解酶的基因也被從一些生物源中分離出來。由于幾丁質(zhì)是真菌和昆蟲的重要結(jié)構(gòu)成分，幾丁質(zhì)酶基因已被轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)，以保護(hù)植物免受真菌感染和蟲害。和其他昆蟲一樣，幾丁質(zhì)是蜜蜂體表（外骨骼）的一個重要組分。因此，蜜蜂可能在攝取轉(zhuǎn)基因植物表達(dá)的幾丁質(zhì)酶后受到影響。10日齡的成年蜜蜂取食含一定量的從番茄中純化的幾丁質(zhì)酶（每只蜜蜂11 μg）的糖溶液，對其進(jìn)行急性毒性試驗，結(jié)果表明24小時或48小時后，這一轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物對蜜蜂存活率沒有產(chǎn)生顯著影響。被注射1.69 μg幾丁質(zhì)酶的蜜蜂也同樣未受到影響。

生物素結(jié)合蛋白（BBP）是一組近來在轉(zhuǎn)基因植物中表達(dá)的、較鮮為人知的殺蟲蛋白。取食濃度超過現(xiàn)實暴露水平的抗生物素蛋白，成年蜜蜂和幼蟲都沒有受到這種BBP的影響。Brodsgaard等（2003）認(rèn)為轉(zhuǎn)基因植物表達(dá)的、被成年蜂攝取的一些蛋白質(zhì)可能完好的通過腸上皮細(xì)胞，被運輸?shù)窖氏孪?，隨著王漿被分泌出來，喂給幼蟲，這將會增加對轉(zhuǎn)基因蜜蜂幼蟲產(chǎn)物的潛在威脅。Malone等（2004）沒有發(fā)現(xiàn)抑肽酶（一種胰蛋白酶抑制劑）、抗生物素蛋白（BBP）或者Cry1Ba完好的通過蜜蜂的腸上皮細(xì)胞并在咽下腺積聚的證據(jù)。這表明這些蛋白極不可能通過分泌的王漿而被傳遞給蜜蜂幼蟲。如果轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物是在花粉中得到表達(dá)的，將花粉直接飼喂給幼蟲是目前為止最有可能使其暴露在轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物環(huán)境里的路徑。

李瑞珍 編譯