摘要：隨著更多的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物商業(yè)化，人們需要更多的信息以了解它對蜜蜂和熊蜂的影響。如果轉(zhuǎn)基因在花粉、花蜜或樹脂中得到表達(dá)，那么轉(zhuǎn)基因編碼所表達(dá)的蛋白被蜜蜂吸收后，會(huì)對蜜蜂產(chǎn)生直接影響；如果改變了花的表現(xiàn)型，將會(huì)對蜜蜂產(chǎn)生間接影響。討論了Bt、蛋白酶抑制劑、幾丁質(zhì)酶、葡萄糖酶和生物素結(jié)合蛋白基因等對蜜蜂的影響。迄今為止的結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因植物對授粉者的影響將依賴于所涉及基因的個(gè)案分折以及被蜜蜂吸收植物的基因表達(dá)情況。

關(guān)鍵詞：蜜蜂；熊蜂；轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品

1 前言

據(jù)報(bào)道，1998年全世界轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的種植面積大約有7千萬英畝(中國除外)。絕大部分種植在美國；阿根廷和加拿大也有數(shù)量可觀的種植面積；澳大利亞、墨西哥、西班牙、法國和南美雖然面積較小，但也有一定數(shù)量。這些轉(zhuǎn)基因植物中絕大多數(shù)品種是具有抗除草劑和抗害蟲基因的大豆、玉米、棉花、油菜和馬鈴薯。許多轉(zhuǎn)基因植物需要蜜蜂授粉，對有些轉(zhuǎn)基因植物來說，它們的產(chǎn)量與授粉有直接的聯(lián)系，如：蘋果、基威果、李樹、草萄和西紅柿。對另外一些轉(zhuǎn)基因植物來說，種子產(chǎn)量完全或部分依賴于蜜蜂的來訪(如：油菜、花椰菜和胡蘿L)。嚴(yán)格來說，還有許多作物雖說不需要蜜蜂授粉，但卻是蜜蜂重要的食物來源(如：棉花)，因此，有必要了解轉(zhuǎn)基因植物對蜜蜂的影響。

如果轉(zhuǎn)基因植物的花粉、花蜜或樹膠中存在轉(zhuǎn)基因蛋白，蜜蜂若攝取那些轉(zhuǎn)基因編碼的蛋白質(zhì)將會(huì)受到直接的影響。若植物體內(nèi)轉(zhuǎn)入的基因不經(jīng)意地改變了花的表現(xiàn)型(如花的形狀和顏色)，從而影響了花對蜜蜂的吸引力或營養(yǎng)價(jià)值，那么對蜜蜂的影響就是間接的。

目前正在制定評估轉(zhuǎn)基因植物對蜜蜂影響的測試方法。純化的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品可用于常規(guī)的毒素口試和接觸測試，類似于那些化學(xué)殺蟲劑的研制。這些蛋白質(zhì)可以用來研究個(gè)體蜜蜂的行為分析實(shí)驗(yàn)，也可以用于飼養(yǎng)蜂群來分析蜂群水平和亞致死效應(yīng)。在設(shè)計(jì)這些實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，把轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的生物活性、蜜蜂在轉(zhuǎn)基因植物上可能遇到的基因表達(dá)的劑量水平考慮在內(nèi)是很重要的。一些轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品(如：Bt毒素、幾丁質(zhì)或蛋白酶抑制劑)的作用機(jī)制各不相同，并且不同于那些易于分為幾個(gè)確定的類別的傳統(tǒng)殺蟲劑(如：神經(jīng)抑制劑或昆蟲生長調(diào)節(jié)劑)。如前所述，由于缺乏一些關(guān)于花粉(或花蜜、樹脂)轉(zhuǎn)基因表達(dá)水平的信息，這就限制了我們設(shè)計(jì)有意義的毒性實(shí)驗(yàn)。因此，目前實(shí)驗(yàn)中所用的劑量是當(dāng)蜜蜂在轉(zhuǎn)基因植物上采集時(shí)可能會(huì)碰到的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的濃度范圍的估計(jì)。有時(shí)候用高濃度的劑量是模擬蜜蜂可能會(huì)遇到的最壞情況。在真正的轉(zhuǎn)基因被用于實(shí)驗(yàn)之前，這些實(shí)驗(yàn)可預(yù)先提供一些對蜜蜂影響的信息，因此可以起到事半功倍的效果。最后必須做一些關(guān)于整個(gè)所有轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的測試，進(jìn)一步確定體外試驗(yàn)的結(jié)果，研究多重性效應(yīng)，檢查品種效應(yīng)(如：由插入突變引起的效應(yīng))。

2 近期研究結(jié)果

2.1 Bt基因

Bt基因是由能產(chǎn)生一系列對昆蟲特異的毒性蛋白的寄生于土壤的芽抱桿菌中提取出的蛋白毒素基因。不同種類的芽孢桿菌產(chǎn)生各自不同的一套毒素。通常，每一種毒素特異于昆蟲綱的某一特定的目。目前已經(jīng)分離得到了編碼對鱗翅目、雙翅目和鞘翅目毒素活性的Bt基因。多年來，對芽抱桿菌孢子和無性生殖階段的培養(yǎng)已應(yīng)用于生物殺蟲劑的配制中。由于(由此配制的生物殺蟲劑)缺少對膜翅目的話性，因而它們被認(rèn)為對蜜蜂非常安全；與具有鞘翅目活性的Bt轉(zhuǎn)基因土豆一樣，具有鱗翅目活性Bt基因的轉(zhuǎn)基因棉花和玉米也用于商業(yè)化。這些植物(已經(jīng)商業(yè)化的轉(zhuǎn)基因土豆、棉花、玉米等)具有特定的純合和激活態(tài)的昆蟲毒素，而包含全部細(xì)菌和孢子的生物殺蟲劑通常是混合物，需要在昆蟲腸道內(nèi)的條件下被激活。因此，需要另外的試驗(yàn)來確保轉(zhuǎn)基因Bt植物對蜜蜂等益蟲的安全性。慶幸的是Bt毒素能夠被提純，也能在類似于它們在轉(zhuǎn)基因植物中被表達(dá)的狀態(tài)下被活化，這些都可應(yīng)用于對蜜蜂的試驗(yàn)中。

目前正在進(jìn)行比較純化鱗翅目活性Bt毒素、Bt生物殺蟲劑、傳統(tǒng)化學(xué)殺蟲劑作用于玉米時(shí)對其花粉分別產(chǎn)生潛在影響的測試(數(shù)據(jù)未公布)。這些工作有望用于評估不同的植保方法的生物安全性.而不是簡單比較轉(zhuǎn)基因植物與對照植物的影響。

迄今的研究結(jié)果表明.不同Bt毒素的特性保留于它們的活化形態(tài)申，Bt轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品對蜜蜂可能是非常安全的。但奶需要對所有轉(zhuǎn)基因Bt植物進(jìn)行進(jìn)一步的研究以阻止和消除因植物表現(xiàn)型的微小變化可能對蜜蜂造成的影響。目前還沒有有關(guān)純化Bt毒素對熊蜂影響的公開報(bào)道，也沒有有關(guān)轉(zhuǎn)基因Bt植物對熊蜂影響的公開研究。

2.2 蛋白酶抑制劑基因

蛋白酶抑制劑(H)(正像他們的名字所表示的那樣)是從植物、動(dòng)物、微生物等許多自然來源中提取出來的能抑制蛋白酶活性的蛋白質(zhì)。當(dāng)PI被攝食以后，有的PI能夠抑制昆蟲用于消化的蛋白水解酶并最終導(dǎo)致昆蟲餓死。轉(zhuǎn)基因植物表達(dá)的PI已被證實(shí)可用來保護(hù)這些植物免受昆蟲侵害。PI表現(xiàn)出抑制特定蛋白酶的活性(如：半胱氨酸蛋白酶對一組PI有反應(yīng)，而絲氨酸蛋白酶對另一組PI有反應(yīng)；有一些P1只對千種類型蛋白酶緊密結(jié)合，另外一些則有雙重的功能)。一種PI對一種昆蟲的影響取決于該昆蟲主要蛋白酶的構(gòu)型和該P(yáng)I的活性。它們是通過分子與分子的結(jié)合起作用的，因而PI對昆蟲的影響經(jīng)常依賴于PI所使用的劑量。

蜜蜂和熊蜂利用蛋白水解酶消化蜂糧中的蛋白質(zhì)。因此一些PI在一定濃度對這些昆蟲有影響也不足為奇。在這些昆蟲中普遍存在絲氨酸蛋白酶，因此絲氨酸PI(如大豆胰蛋白酶抑制劑)對蜜蜂的影響大于半胱氨酸蛋白酶抑制劑。

與蜜蜂不同，熊蜂整個(gè)成年時(shí)期都要消費(fèi)花粉，因此可以預(yù)計(jì)PI對它們有不同的影響。像蜜蜂一樣，熊蜂能被一些高劑量PI影響。與蜜蜂相比，在熊蜂中腸中的相對低水平的胰蛋白酶活動(dòng)能力或許可以解釋為什么胰蛋白酶抑制劑不影響熊蜂的存活。

迄今為止，蛋白酶抑制劑與蜜蜂關(guān)系的研究表明，成蜂中腸蛋白酶活性可能會(huì)減少，當(dāng)蜜蜂攝取這些轉(zhuǎn)基因編碼蛋白后，必然影響蜜蜂壽命。這些影響由特定的PI和蜜蜂所接觸到的PI濃度所決定。

2.3 殼多糖酶(幾丁質(zhì)酶)基因

編碼殼多糖酶的基因已從大量植物、昆蟲和昆蟲病原微生物中分離出來。在真菌和昆蟲體內(nèi)，幾丁質(zhì)是一種重要的結(jié)構(gòu)成分.因此幾丁質(zhì)酶基因已被轉(zhuǎn)人植物體內(nèi)，用于抵抗真菌的感染和病蟲害。與其他昆蟲一樣，殼多糖(幾丁質(zhì))也是蜜蜂和熊蜂體表的重要成分，因此，當(dāng)蜜蜂攝取了在轉(zhuǎn)基因植物中表達(dá)的幾丁質(zhì)酶食物后應(yīng)該也會(huì)受影響。但是目前還沒有這方面的相關(guān)資料。

2.4 β-1.3葡聚糖酶基因

葡聚糖酶基因已從許多不同的植物中分離出來，它是植物抵御真菌病原體侵襲的重要組成部分。葡聚糖酶基因同樣也可以從微生物中分離出來。表達(dá)β-1.3葡聚糖酶性狀的轉(zhuǎn)基因植物能提高抗真菌病原體侵襲的水平。因?yàn)檫@種酶底物(β-1.3葡聚糖)在昆蟲體內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)，所以這種轉(zhuǎn)基因編碼蛋白質(zhì)不大可能危害蜜蜂。

2.5 生物素結(jié)合蛋白基因

與維生素(如：生物素)結(jié)合的蛋白質(zhì)代表另一種具有抗病蟲害潛力的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。這種編碼兩種蛋白的基因已經(jīng)從雞(抗生素蛋白)和細(xì)菌(鏈霉抗生素)中分離出來。生物素在蜜蜂或熊蜂營養(yǎng)中的作用還不了解。初步的毒性試驗(yàn)表明，這種蛋白質(zhì)在蜜蜂的花粉消耗量及壽命方面沒有顯著影響間。

2.6 抗除草劑基因

抵御除草劑是商業(yè)化轉(zhuǎn)基因植物最常具備的一個(gè)性狀。因?yàn)檫@種抵抗力通過產(chǎn)生一種酶來分解除草劑，而蜜蜂缺少這種底物，所以蜜蜂在很大程度上不會(huì)受危害。

2.7 其他基因

目前，尚未報(bào)道其他轉(zhuǎn)基因植物和蛋白質(zhì)產(chǎn)品對蜜蜂和熊蜂的影響。對此有興趣的領(lǐng)域是用轉(zhuǎn)基因植物來抵御蟲害，如轉(zhuǎn)入能編碼凝聚素或蜘蛛毒液的基因。

3 討論

迄今為止，從轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品對蜜蜂產(chǎn)生影響所做的實(shí)驗(yàn)表明：轉(zhuǎn)基因植物對蜜蜂和熊蜂的直接影響很大程度上取決于轉(zhuǎn)基因植物的類型及其編碼蛋白質(zhì)的生物活性。某些蛋白質(zhì)(如鱗翅目類特異的Bt毒素和糖降解酶等)幾乎不可能對蜜蜂產(chǎn)生影響。而在昆蟲生物學(xué)中經(jīng)常涉及到的蛋白質(zhì)(如PI或殼多糖酶)則更有可能對蜜蜂產(chǎn)生影響。在這些情況下，決定其影響程度的因素可能是蜜蜂所攝取的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的劑量。

很明顯，轉(zhuǎn)基因植物花粉、花蜜和樹脂中表達(dá)蛋白的濃度關(guān)系到其對蜜蜂影響的程度。如果轉(zhuǎn)基因植物的基因構(gòu)建和表達(dá)策略能使被蜜蜂利用的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的含量最低。那么轉(zhuǎn)基因植物對蜜蜂造成的任何可能危險(xiǎn)都將被克服。

有關(guān)研究轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品對蜜蜂的主要影響的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)。必須要有充分的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)還要遵守種植轉(zhuǎn)基因植物的國家的各項(xiàng)有關(guān)生物安全保障的法律。

國與國之間對轉(zhuǎn)基因植物的立法需要是不同的，對提出的不同新方法的科學(xué)價(jià)值要進(jìn)行辯論。在辯論之前，做任何蜜蜂安全性實(shí)驗(yàn)過程應(yīng)包括以下幾點(diǎn)：

1. 確定花粉、花蜜和樹脂中的基因表達(dá)水平。

2. 確定成蜂(工蜂和雄蜂)及幼蜂最高的暴露潛能，需根據(jù)表達(dá)水平及蜜蜂采集、攝取轉(zhuǎn)基因植物花粉、花蜜及樹脂劑量等問題確定。

3. 用提純蛋白及實(shí)驗(yàn)室中的籠蜂(如果允許也可用野地的)進(jìn)行毒性和亞致死效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)包括：

a.確定提純蛋白的劑量效應(yīng)和相應(yīng)的最高暴露潛能水平對幼蟲存活和生長的影響。

b.確定上述劑量對成年工蜂的生存、發(fā)育(尤其是能分泌蜂王漿的咽下腺的發(fā)育)及其行為，特別是采集行為的影響。

c.確定上述劑量對蜜蜂的存活、受精率和外激素產(chǎn)生的影響。

d.確定上述劑量對雄蜂的生存和精 液產(chǎn)生的影響。應(yīng)該先做毒性實(shí)驗(yàn)。如果高劑量產(chǎn)生過高的毒性，就減少劑量再做，直到找到合適劑量為止。

4. 對花“誘惑”，蜜蜂的能力(如花蜜量、花蜜濃度和花的構(gòu)造)的推斷可作為選育轉(zhuǎn)基因植物的依據(jù)。

5. 在實(shí)驗(yàn)室中得出的結(jié)果要經(jīng)野外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，最好用轉(zhuǎn)基因植物而非提純蛋白。最終，由以上獲得的信息可用于評定由轉(zhuǎn)基因植物引起的風(fēng)險(xiǎn)與繼續(xù)用傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的常規(guī)模物(如化學(xué)或生物殺蟲劑、殺菌劑，除草劑)對蜜蜂造成的危險(xiǎn)之間的關(guān)系設(shè)計(jì)出可取而代之的植物。

引自《中國養(yǎng)蜂》2005（6）

張?zhí)m 李建科

鄭州大學(xué)生物工程系 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所