蔣高明：種植轉(zhuǎn)Bt基因作物將危害土壤生物多樣性

        生命是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的最高形式。生命運(yùn)動(dòng)有其自身的規(guī)律，其復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人們的想象。在進(jìn)行了約40億年的生物進(jìn)化過程中，遺傳基因是相對(duì)穩(wěn)定的，其交流也僅僅限于同種或者近緣種之間（物種的生殖隔離就是現(xiàn)在的基因的橫向流動(dòng)），即基因的遺傳是縱向的。在自然界里從來不會(huì)發(fā)生海洋里的魚與陸地上的西紅柿進(jìn)行的基因橫向交流，也不會(huì)發(fā)生人的基因與母牛的基因進(jìn)行橫向交流。然而，今天轉(zhuǎn)基因科學(xué)家，在一定的場(chǎng)合下找到了一下功能基因，對(duì)其進(jìn)行基因手術(shù)，將目的基因轉(zhuǎn)移到目標(biāo)作物或者動(dòng)物中，試圖達(dá)到特殊的目的如抗蟲、抗旱、耐貧瘠、耐除草劑等。這些科學(xué)家自以為掌握了世界萬物的生殺大權(quán)，但確忘記了一些基本的事實(shí)，即基因的功能并不是像他們認(rèn)為的是一成不變的，轉(zhuǎn)基因生物對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響也是復(fù)雜多樣的，人們目前還難以預(yù)料轉(zhuǎn)基因生物釋放后的生態(tài)后果。其中，轉(zhuǎn)基因生物對(duì)于土壤生物多樣性的影響，可能那些轉(zhuǎn)基因技術(shù)專家就沒有考慮過。

       

         陸地上，人類的幾乎所有食物都來自土壤，土壤生物多樣性發(fā)生的微小變化都將會(huì)影響人類的食物結(jié)構(gòu)，以及食物安全。如果長(zhǎng)期種植轉(zhuǎn)基因作物，出現(xiàn)了土壤生物多樣性下降，那么這項(xiàng)技術(shù)就不是為人類造福，而是給人類帶來災(zāi)難。

       

        這里，特轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)民柳條針對(duì)“轉(zhuǎn)Bt基因作物對(duì)土壤生物多樣性的影響”分析，希望能夠得到有關(guān)部門高度重視。文章所參考的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，正在整理之中，將陸續(xù)與讀者見面。

 

網(wǎng)民柳條
 

        土壤是綠色植物的立地之本，土壤也養(yǎng)育了人類。土壤為人類提供了大部分的食物來源，人類的繁衍生息離不開熱情的土地。

       

        農(nóng)民朋友種莊稼，一靠天，二靠地。每逢過年過節(jié)，虔誠的人們敬奉“土地爺”，祈盼來年風(fēng)調(diào)雨順，能有個(gè)好收成。

        然而，今天人類的社會(huì)行為非常反常、古怪。明明知道轉(zhuǎn)基因作物有毒有害，卻偏要硬著頭皮去種；中國就沒那么多閑地，卻非要種轉(zhuǎn)基因作物去毀壞土地。

       

        美國已宣告第一代轉(zhuǎn)基因技術(shù)失敗，而我們卻要把這種失敗的教訓(xùn)再重復(fù)一遍，但是中國有那么多土地經(jīng)得起基因污染嗎？

        土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，土壤是元素循環(huán)轉(zhuǎn)化的重要場(chǎng)所。土壤的肥力取決于土壤微生物、土壤酶、土壤動(dòng)物、腐殖質(zhì)和和土壤的物理結(jié)構(gòu)。

       

        土壤在種植轉(zhuǎn)Bt基因作物以后，有可能被毀壞甚至報(bào)廢。從這層意義上看，耕地將率先成為種植轉(zhuǎn)Bt基因作物的犧牲品。    

 

        Bt基因被轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)后，作物的全株都在高速表達(dá)Bt毒蛋白，因此全身帶毒。人們所收獲的糧食谷粒、棉桃，只是其中的一小部分，而大部分Bt毒素會(huì)隨著植物花粉、植物根系分泌物、秸稈還田等途徑，釋放到農(nóng)田土壤中。比起人類只吃到那么一點(diǎn)Bt毒素來，土壤吞吐了巨大量的Bt毒蛋白。

       

        在轉(zhuǎn)Bt基因作物生長(zhǎng)期間，植物根系會(huì)持續(xù)不斷地向土壤中分泌 Bt毒蛋白，而當(dāng)作物收獲后，作物殘茬、農(nóng)作物秸稈又會(huì)攜帶大量的 Bt毒素進(jìn)入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，嚴(yán)重威脅土壤生態(tài)安全。

 

二、 Bt毒蛋白牢固吸附在土壤顆粒上，難以被降解
    

         轉(zhuǎn)Bt基因作物通過根系分泌物以及秸稈還田向土壤中釋放出大量的Bt毒蛋白。最關(guān)鍵的是，這些Bt毒蛋白進(jìn)入土壤后，并不是以簡(jiǎn)單的游離形式存在，而是牢固吸附在土壤表面活性顆粒上，難以被降解，從而對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)造成較為持久的危害。

     

         蛋白質(zhì)是一種帶有極性基團(tuán)的生物化學(xué)大分子，有些側(cè)鏈氨基酸帶有正負(fù)凈電荷。Bt毒蛋白質(zhì)分子具有的正負(fù)電荷或極性基團(tuán)，會(huì)借助于靜電引力等，吸附到土壤表面上相應(yīng)的陽離子或陰離子基團(tuán)上。

        土壤中的粘土礦物，蒙脫石、高嶺土，還有腐植酸類、有機(jī)礦物聚合體，它們都是具有良好吸附性質(zhì)的基質(zhì)材料。一般在土壤膠體表面都存在著K、Na、Ca、Mg、Al等金屬礦物離子等活性基團(tuán)。    

       

        Bt蛋白進(jìn)入土壤后，會(huì)很快與土壤表面活性顆粒牢固吸附，緊密結(jié)合，形成一種結(jié)合態(tài)的Bt蛋白。而這種結(jié)合態(tài)的Bt蛋白非常難被降解，它們不能被土壤微生物作為碳源和氮源而分解利用。土壤表面具有較大的Bt蛋白吸附容量，有些結(jié)合態(tài)的Bt蛋白還可能崁入到蒙脫石的縫隙內(nèi)，非常難以被解析下來。

       

        結(jié)合態(tài)的Bt蛋白只是一種物理性吸附，并未破壞其化學(xué)結(jié)構(gòu)。結(jié)合態(tài)的Bt蛋白仍然保持著較強(qiáng)的殺蟲毒性，甚至比游離態(tài)的還要強(qiáng)。Bt蛋白這種強(qiáng)烈的吸附行為，增大了轉(zhuǎn)Bt基因作物的農(nóng)田生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。   

 

 

        Bt毒蛋白在土壤中的降解，一方面靠化學(xué)降解起作用，另一方面靠土壤微生物對(duì)Bt毒蛋白的分解利用，作為碳源和氮源消耗掉。

       

        如果是游離態(tài)的Bt蛋白形式，在土壤中大約經(jīng)過0.5-1個(gè)月時(shí)間，便可被大部分降解掉。但是結(jié)合態(tài)的Bt蛋白，延長(zhǎng)了其在土壤中的存活期。土壤中的活性顆粒的吸附作用，對(duì)Bt毒蛋白在土壤中起著保護(hù)作用。因此，Bt蛋白在土壤中停留的時(shí)間可能特別長(zhǎng)。據(jù)研究，轉(zhuǎn)Bt基因玉米根系分泌物的Bt蛋白，以及作物秸稈釋放到土壤中的Bt蛋白，在土壤中的殘留時(shí)間可達(dá)234天以上，最長(zhǎng)停留時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)350天。而根茬中的Bt蛋白在土壤中經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)1447天，才總算完全消失。

       

        Bt毒蛋白在土壤中停留這么長(zhǎng)時(shí)間，至少產(chǎn)生2個(gè)害處:

 

        第一，Bt毒素將持續(xù)不斷地危害著土壤中的非目標(biāo)生物，如土壤微生物、土壤動(dòng)物，還有土壤酶等，作用持久，具有延遲效應(yīng)；

 

        第二，為Bt蛋白的靶標(biāo)害蟲產(chǎn)生抗性創(chuàng)造了良好的磨合時(shí)機(jī)。靶標(biāo)昆蟲可以長(zhǎng)時(shí)間地密切接觸Bt蛋白，從而更快地針對(duì)Bt蛋白產(chǎn)生出抗性，而使轉(zhuǎn)基因的抗蟲作物在短期內(nèi)失效。這就是抗蟲棉種植3-5年后，其抗蟲能力下降的主要原因。
 

 

        土壤酶在土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)利用和能量轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮著重要的作用，催化各種生物化學(xué)反應(yīng)。土壤酶活性代表著土壤活性和土壤肥力水平，并直接關(guān)系到農(nóng)作物的產(chǎn)量。

       

        土壤酶是活的生物體在土壤生物代謝過程中積累的一類具有催化活性的物質(zhì)，來源于植物殘?bào)w的分解、植物根系分泌物、以及土壤微生物的代謝活動(dòng)。土壤中的脲酶、磷酸酶、脫氫酶、固氮酶、蔗糖酶在N、P、S、C等營養(yǎng)元素循環(huán)利用、以及植物營養(yǎng)供給中起著重要作用，且有不可替代性的作用。如土壤脲酶可促進(jìn)氮肥尿素生成氨，供植物吸收利用；土壤磷酸酶可將有機(jī)磷肥轉(zhuǎn)化為可利用的速效磷形式供給植物。

       

        種植轉(zhuǎn)Bt基因作物，對(duì)土壤酶有明顯的毒害作用。土壤中的脲酶、磷酸酶、脫氫酶、固氮酶，均有顯著的下降趨勢(shì)。目前已證實(shí)，轉(zhuǎn)Bt基因水稻、棉花，其Bt毒蛋白對(duì)土壤酶產(chǎn)生了不利的影響。印度科研人員發(fā)現(xiàn)，土壤在種植轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉以后，土壤酶含量呈急劇下降趨勢(shì)，脫氫酶下降了10.3%，固氮酶下降了22.6%，磷酸酶下降了26.4%。國內(nèi)學(xué)者也做了較多的研究，他們發(fā)現(xiàn)：

       

        第一，轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉, 在苗期和花鈴期對(duì)土壤脲酶的活性有顯著的抑制作用，苗期脲酶活性下降了約15%，花鈴期脲酶活性下降了約21%~35%；土壤中的磷酸酶活性明顯要比傳統(tǒng)棉低。

       

        第二，轉(zhuǎn)Bt基因玉米秸稈還田后，對(duì)土壤脲酶有抑制作用。在秸稈分解到第45天和75天時(shí)，土壤脲酶活性顯著降低。同時(shí)還顯著降低了土壤速效磷和速效鉀的含量。

       

        第三，稻田在種植轉(zhuǎn)Bt基因水稻后，土壤脲酶的活性顯著下降。在種植第15天時(shí)，土壤脲酶活性下降了2.47%；在種植30天時(shí)，土壤脲酶活性下降了16.36% 。當(dāng)收獲完水稻后，把轉(zhuǎn)Bt基因水稻的秸稈還田后，對(duì)土壤脫氫酶活性有強(qiáng)烈的抑制作用，脫氫酶的活性只有對(duì)照的32.46% ~ 67.46%。

       

         研究分析認(rèn)為，種植轉(zhuǎn)Bt基因作物引起土壤酶活性下降的原因可能有以下兩方面的原因：

       

        第一，殘留在土壤中的大量的Bt毒蛋白，優(yōu)先搶占了土壤酶在土壤顆粒上的活性吸附位點(diǎn)，直接影響土壤酶的活性。土壤酶也是一種蛋白質(zhì)，它們?cè)谕寥乐幸悦?腐殖質(zhì)等復(fù)合體的形式存在。土壤酶只有被吸附掛靠到土壤活性顆粒上，才會(huì)具有生物酶活性，才能催化一系列代謝反應(yīng)。而種植轉(zhuǎn)Bt基因作物后， Bt毒蛋白牢牢占據(jù)了土壤表面活性吸附位點(diǎn)，卻把土壤酶排斥下來。脫落下來的土壤酶便失去了活性，停止工作。

       

        第二，轉(zhuǎn)Bt基因作物在生長(zhǎng)期間，根系分泌物會(huì)影響土壤微生物的生理生化過程，可能改變了微生物的新陳代謝途徑，間接影響土壤酶活性。相應(yīng)地，轉(zhuǎn)Bt基因作物在植物化學(xué)成分方面也發(fā)生了改變，這樣會(huì)影響作物殘茬的分解過程，也間接的影響了土壤酶的活性。

 

 

        土壤微生物在土壤肥力中占有重要地位，是土壤活性的具體體現(xiàn)。土壤微生物在有機(jī)質(zhì)形成和降解、營養(yǎng)物質(zhì)的礦化與固定、土壤結(jié)構(gòu)的改善、植物病理的調(diào)控等多方面發(fā)揮著重要的作用。種植轉(zhuǎn)Bt基因作物后，將從以下幾個(gè)方面危及到土壤微生物的生存：

       

        第一, 導(dǎo)致土壤中一些功能性微生物數(shù)量及活性下降。轉(zhuǎn)Bt基因作物的種植，對(duì)土壤微生物區(qū)系產(chǎn)生了較大的擾亂。轉(zhuǎn)Bt基因棉與傳統(tǒng)棉相比，在苗期土壤根際細(xì)菌多樣性的相似度只有74%~77%；在蕾期和花期，相似度只有58%~60%。最新研究報(bào)道出，我國一些農(nóng)田里種植了轉(zhuǎn)Bt基因水稻后，土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化。種植的年份越長(zhǎng)，種植的密度越大，對(duì)土壤中的氨氧化細(xì)菌的影響就越大。

        在印度種植了轉(zhuǎn)Bt基因棉花的土壤里，放線菌數(shù)量減少了17%，其它有益微生物的數(shù)量也減少了14%；在我國種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉10年的土壤里，固氮菌的數(shù)量顯著降低，對(duì)照為17%，轉(zhuǎn)基因棉為11%，下降了35%左右。

       

        第二，外源Bt基因水平漂移到土壤微生物中。我國學(xué)者從轉(zhuǎn)Bt基因棉花的土壤中，分離到的21個(gè)土壤微生物菌株中，經(jīng)過DNA檢測(cè)，有18個(gè)菌株出現(xiàn)了抗卡那霉素的抗生素陽性片段，這是轉(zhuǎn)Bt基因棉所攜帶的外源基因片段。初步判斷，轉(zhuǎn)Bt基因作物的外源基因發(fā)生了水平轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)基因作物所攜帶的外源基因，隨著轉(zhuǎn)基因作物植株的殘枝落葉進(jìn)入土壤中，被土壤基質(zhì)所吸附，在田間地頭繼續(xù)生效，仍有轉(zhuǎn)化能力。外源基因有可能從植物水平轉(zhuǎn)移到微生物的細(xì)胞內(nèi)，從而發(fā)生不可避免的基因污染。

       

        第三，導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)失調(diào)，病原菌占上風(fēng)，病害加劇。枯萎病、黃萎病是真菌性病原菌，屬于土壤習(xí)居菌。病原菌能在土壤中營腐生生活，長(zhǎng)期潛伏在土壤中。當(dāng)時(shí)機(jī)成熟時(shí)，它又能從根系入侵到植物體內(nèi)，長(zhǎng)驅(qū)直入進(jìn)入到植物的維管束中寄生。是一種系統(tǒng)性侵染病害，一旦暴發(fā)，無藥防治，給棉花造成會(huì)毀滅性的打擊。

       

        我國大面積種植轉(zhuǎn)Bt基因棉花后，抗蟲棉的抗病性均比常規(guī)棉要差，表現(xiàn)為抗蟲棉早期抗蟲但不抗病，到后期既不抗蟲也不抗病。2009年抗蟲棉枯、黃萎病大面積暴發(fā)流行，嚴(yán)重危害棉花生產(chǎn)，棉花產(chǎn)量下降了近10%。在災(zāi)情嚴(yán)重的省份，126萬畝棉花中有86萬畝病情嚴(yán)重，減產(chǎn)5成到7成，還有近3萬畝棉花絕收，損失慘重。面對(duì)枯死一片的棉田，棉農(nóng)們直掉眼淚，忍心連根拔掉棉花植株。這些有目共睹的事實(shí)，再次暴露出轉(zhuǎn)Bt基因棉在最初設(shè)計(jì)上的重大科學(xué)缺陷。

       

        轉(zhuǎn)Bt基因棉比常規(guī)棉更容易感染上枯、黃萎病，其原因是，外源Bt基因的導(dǎo)入，打破了原有基因的連鎖群，造成作物生理生化以及根系分泌物發(fā)生了異常變化。而作物的抗病性是和植株的生理生化特征呈顯著正相關(guān)的。

       

        經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因棉的根系分泌物中檢測(cè)到4中單糖，而對(duì)照只檢測(cè)到一種單糖；抗蟲棉的根系分泌物中多出了2種原來沒有的氨基酸——甲硫氨酸和賴氨酸，而原有的天門冬氨酸、谷氨酸、絲氨酸等含量也明顯要比對(duì)照升高。

       

        土壤中的微生物個(gè)體小、數(shù)量多、善變，對(duì)外界干擾反應(yīng)靈敏。轉(zhuǎn)Bt基因作物在遺傳結(jié)構(gòu)上的變化具有不可預(yù)測(cè)性，而外在的植物化學(xué)、營養(yǎng)成分變化卻被微生物捕捉到了。轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉根系分泌物的“富營養(yǎng)化”成為滋生病原菌的溫床。這是導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因抗蟲棉抗病性下降的重要原因。

       

        第四，轉(zhuǎn)基因作物的果殼具有毒性，抑制食用菌生長(zhǎng)。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的棉籽殼中仍攜帶有Bt毒素，和大量的毒性棉酚，給下游的食用菌生產(chǎn)造成惡劣影響。棉籽殼是栽培食用菌的主要原料，尤其是在制種過程中，要用到大量的棉籽殼。在生產(chǎn)中人們發(fā)現(xiàn)，種植轉(zhuǎn)Bt基因棉后，棉籽殼營養(yǎng)質(zhì)量下降。用了不發(fā)菌，或菌絲體生長(zhǎng)不良。

       

        轉(zhuǎn)基因棉籽殼中仍殘留有Bt毒蛋白，最高含量達(dá)58.6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位。這些毒蛋白危害菌絲體的生長(zhǎng)，并有可能進(jìn)入食用菌的子實(shí)體中而被人體食用。棉籽殼中殘留的Bt基因片段，也有可能流入食用菌的基因組中，發(fā)生基因污染。

       

        經(jīng)檢測(cè)還發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因棉植株中的次生代謝物發(fā)生了劇烈的變化。轉(zhuǎn)基因棉籽中的棉酚含量成幾倍增加，對(duì)照組中的棉酚含量為368.6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位，而轉(zhuǎn)基因棉的棉酚含量竟高達(dá)1425.1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位，比對(duì)照組高出了400%。在轉(zhuǎn)基因棉籽殼中的棉酚含量、單寧含量、總黃酮含量分別也比對(duì)照高出了76.92%，66.4%，200%。棉酚是一種對(duì)人體和動(dòng)物具有強(qiáng)烈毒性的化學(xué)物質(zhì)，對(duì)食用菌也產(chǎn)生了毒害作用和抑菌作用，這也將極大地威脅食用菌的食用安全。

 

 

        土壤中的動(dòng)物種類十分豐富，如土壤線蟲、纖毛蟲、蚯蚓、原生動(dòng)物、無脊椎動(dòng)物等，它們?cè)谕寥郎鷳B(tài)系統(tǒng)中的元素循環(huán)和能量流動(dòng)中起著非常重要的作用。蚯蚓就是最傳統(tǒng)的健康土壤指示動(dòng)物，在土壤中能加快有機(jī)質(zhì)分解，增進(jìn)碳、氮營養(yǎng)循環(huán)，松動(dòng)土壤，改善土壤通透性等方面做著地下貢獻(xiàn)工作。轉(zhuǎn)Bt基因作物對(duì)土壤動(dòng)物帶來的影響存在下列四方面的問題：

       

        第一，Bt毒蛋白雖還未發(fā)現(xiàn)直接影響土壤動(dòng)物，Bt毒蛋白對(duì)土壤動(dòng)物的急性中毒和亞致死毒性效應(yīng)還不明顯。

       

        第二，殘留在土壤中的Bt蛋白也會(huì)傷害一些土壤動(dòng)物，影響一些無脊椎動(dòng)物及養(yǎng)分循環(huán)。轉(zhuǎn)基因玉米的Bt蛋白對(duì)大蝸牛、小型節(jié)肢動(dòng)物有負(fù)面影響；當(dāng)土壤中的Bt蛋白濃度高時(shí)，土壤線蟲的繁殖率顯著降低。

       

        第三，轉(zhuǎn)Bt基因玉米對(duì)信足綱等足目的動(dòng)物雖未造成毒害，但它們的糞便中可檢測(cè)出Bt毒蛋白；在蝸牛的組織中和糞便中也檢測(cè)出Bt毒蛋白。這說明一些土壤動(dòng)物介導(dǎo)了Bt毒蛋白

的轉(zhuǎn)播過程。

       

        第四，土壤中的各種生物，從細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物到土壤動(dòng)物之間，它們通過食物鏈的關(guān)系組成了復(fù)雜的食物網(wǎng)，它們之間的營養(yǎng)關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。種植轉(zhuǎn)Bt基因作物后，會(huì)使土壤生物間的食物鏈遭到破壞。Bt蛋白影響了土壤微生物，而微生物影響到作物秸稈的分解，而秸稈分解的程度又決定著土壤動(dòng)物的營養(yǎng)狀況。土壤動(dòng)物得不到相應(yīng)的營養(yǎng)，就會(huì)影響其繁殖和種群數(shù)量。

       

        據(jù)報(bào)道，轉(zhuǎn)Bt基因作物由于要額外的合成Bt蛋白，植物體內(nèi)的C/N比值發(fā)生了變化，比常規(guī)作物要低。如果土壤中的碳素含量低，就會(huì)直接影響土壤微生物的增殖和代謝，反過來又會(huì)影響作物殘茬的分解，這樣會(huì)使土壤動(dòng)物缺乏食料，從而間接影響土壤動(dòng)物的生存。

 

七、結(jié)束語

 

        土壤如果長(zhǎng)期重復(fù)種植轉(zhuǎn)Bt基因作物，Bt毒素就會(huì)在土壤中積累。而且Bt作物需要上更多的化肥，打更多的農(nóng)藥，這樣會(huì)加速耗竭地力，導(dǎo)致土壤中的微生物、土壤酶快速消失，土壤腐殖質(zhì)下降，土壤結(jié)構(gòu)毀壞，土壤將變成沒有生命力的不毛之地。這就是轉(zhuǎn)Bt基因作物前方所要到達(dá)之站。