蒋高明：种植转Bt基因作物将危害土壤生物多样性

        生命是物质运动的最高形式。生命运动有其自身的规律，其复杂程度远远超过人们的想象。在进行了约40亿年的生物进化过程中，遗传基因是相对稳定的，其交流也仅仅限于同种或者近缘种之间（物种的生殖隔离就是现在的基因的横向流动），即基因的遗传是纵向的。在自然界里从来不会发生海洋里的鱼与陆地上的西红柿进行的基因横向交流，也不会发生人的基因与母牛的基因进行横向交流。然而，今天转基因科学家，在一定的场合下找到了一下功能基因，对其进行基因手术，将目的基因转移到目标作物或者动物中，试图达到特殊的目的如抗虫、抗旱、耐贫瘠、耐除草剂等。这些科学家自以为掌握了世界万物的生杀大权，但确忘记了一些基本的事实，即基因的功能并不是像他们认为的是一成不变的，转基因生物对生态环境的影响也是复杂多样的，人们目前还难以预料转基因生物释放后的生态后果。其中，转基因生物对于土壤生物多样性的影响，可能那些转基因技术专家就没有考虑过。

       

         陆地上，人类的几乎所有食物都来自土壤，土壤生物多样性发生的微小变化都将会影响人类的食物结构，以及食物安全。如果长期种植转基因作物，出现了土壤生物多样性下降，那么这项技术就不是为人类造福，而是给人类带来灾难。

       

        这里，特转发网民柳条针对“转Bt基因作物对土壤生物多样性的影响”分析，希望能够得到有关部门高度重视。文章所参考的学术文献，正在整理之中，将陆续与读者见面。

 

网民柳条
 

        土壤是绿色植物的立地之本，土壤也养育了人类。土壤为人类提供了大部分的食物来源，人类的繁衍生息离不开热情的土地。

       

        农民朋友种庄稼，一靠天，二靠地。每逢过年过节，虔诚的人们敬奉“土地爷”，祈盼来年风调雨顺，能有个好收成。

        然而，今天人类的社会行为非常反常、古怪。明明知道转基因作物有毒有害，却偏要硬着头皮去种；中国就没那么多闲地，却非要种转基因作物去毁坏土地。

       

        美国已宣告第一代转基因技术失败，而我们却要把这种失败的教训再重复一遍，但是中国有那么多土地经得起基因污染吗？

        土壤是农业生产的基础，土壤是元素循环转化的重要场所。土壤的肥力取决于土壤微生物、土壤酶、土壤动物、腐殖质和和土壤的物理结构。

       

        土壤在种植转Bt基因作物以后，有可能被毁坏甚至报废。从这层意义上看，耕地将率先成为种植转Bt基因作物的牺牲品。    

 

        Bt基因被转入植物体内后，作物的全株都在高速表达Bt毒蛋白，因此全身带毒。人们所收获的粮食谷粒、棉桃，只是其中的一小部分，而大部分Bt毒素会随着植物花粉、植物根系分泌物、秸秆还田等途径，释放到农田土壤中。比起人类只吃到那么一点Bt毒素来，土壤吞吐了巨大量的Bt毒蛋白。

       

        在转Bt基因作物生长期间，植物根系会持续不断地向土壤中分泌 Bt毒蛋白，而当作物收获后，作物残茬、农作物秸秆又会携带大量的 Bt毒素进入农田生态系统中，严重威胁土壤生态安全。

 

二、 Bt毒蛋白牢固吸附在土壤颗粒上，难以被降解
    

         转Bt基因作物通过根系分泌物以及秸秆还田向土壤中释放出大量的Bt毒蛋白。最关键的是，这些Bt毒蛋白进入土壤后，并不是以简单的游离形式存在，而是牢固吸附在土壤表面活性颗粒上，难以被降解，从而对土壤生态系统造成较为持久的危害。

     

         蛋白质是一种带有极性基团的生物化学大分子，有些侧链氨基酸带有正负净电荷。Bt毒蛋白质分子具有的正负电荷或极性基团，会借助于静电引力等，吸附到土壤表面上相应的阳离子或阴离子基团上。

        土壤中的粘土矿物，蒙脱石、高岭土，还有腐植酸类、有机矿物聚合体，它们都是具有良好吸附性质的基质材料。一般在土壤胶体表面都存在着K、Na、Ca、Mg、Al等金属矿物离子等活性基团。    

       

        Bt蛋白进入土壤后，会很快与土壤表面活性颗粒牢固吸附，紧密结合，形成一种结合态的Bt蛋白。而这种结合态的Bt蛋白非常难被降解，它们不能被土壤微生物作为碳源和氮源而分解利用。土壤表面具有较大的Bt蛋白吸附容量，有些结合态的Bt蛋白还可能崁入到蒙脱石的缝隙内，非常难以被解析下来。

       

        结合态的Bt蛋白只是一种物理性吸附，并未破坏其化学结构。结合态的Bt蛋白仍然保持着较强的杀虫毒性，甚至比游离态的还要强。Bt蛋白这种强烈的吸附行为，增大了转Bt基因作物的农田生态风险。   

 

 

        Bt毒蛋白在土壤中的降解，一方面靠化学降解起作用，另一方面靠土壤微生物对Bt毒蛋白的分解利用，作为碳源和氮源消耗掉。

       

        如果是游离态的Bt蛋白形式，在土壤中大约经过0.5-1个月时间，便可被大部分降解掉。但是结合态的Bt蛋白，延长了其在土壤中的存活期。土壤中的活性颗粒的吸附作用，对Bt毒蛋白在土壤中起着保护作用。因此，Bt蛋白在土壤中停留的时间可能特别长。据研究，转Bt基因玉米根系分泌物的Bt蛋白，以及作物秸秆释放到土壤中的Bt蛋白，在土壤中的残留时间可达234天以上，最长停留时间可长达350天。而根茬中的Bt蛋白在土壤中经历了长达1447天，才总算完全消失。

       

        Bt毒蛋白在土壤中停留这么长时间，至少产生2个害处:

 

        第一，Bt毒素将持续不断地危害着土壤中的非目标生物，如土壤微生物、土壤动物，还有土壤酶等，作用持久，具有延迟效应；

 

        第二，为Bt蛋白的靶标害虫产生抗性创造了良好的磨合时机。靶标昆虫可以长时间地密切接触Bt蛋白，从而更快地针对Bt蛋白产生出抗性，而使转基因的抗虫作物在短期内失效。这就是抗虫棉种植3-5年后，其抗虫能力下降的主要原因。
 

 

        土壤酶在土壤营养物质循环利用和能量转化过程中发挥着重要的作用，催化各种生物化学反应。土壤酶活性代表着土壤活性和土壤肥力水平，并直接关系到农作物的产量。

       

        土壤酶是活的生物体在土壤生物代谢过程中积累的一类具有催化活性的物质，来源于植物残体的分解、植物根系分泌物、以及土壤微生物的代谢活动。土壤中的脲酶、磷酸酶、脱氢酶、固氮酶、蔗糖酶在N、P、S、C等营养元素循环利用、以及植物营养供给中起着重要作用，且有不可替代性的作用。如土壤脲酶可促进氮肥尿素生成氨，供植物吸收利用；土壤磷酸酶可将有机磷肥转化为可利用的速效磷形式供给植物。

       

        种植转Bt基因作物，对土壤酶有明显的毒害作用。土壤中的脲酶、磷酸酶、脱氢酶、固氮酶，均有显著的下降趋势。目前已证实，转Bt基因水稻、棉花，其Bt毒蛋白对土壤酶产生了不利的影响。印度科研人员发现，土壤在种植转Bt基因抗虫棉以后，土壤酶含量呈急剧下降趋势，脱氢酶下降了10.3%，固氮酶下降了22.6%，磷酸酶下降了26.4%。国内学者也做了较多的研究，他们发现：

       

        第一，转Bt基因抗虫棉, 在苗期和花铃期对土壤脲酶的活性有显著的抑制作用，苗期脲酶活性下降了约15%，花铃期脲酶活性下降了约21%~35%；土壤中的磷酸酶活性明显要比传统棉低。

       

        第二，转Bt基因玉米秸秆还田后，对土壤脲酶有抑制作用。在秸秆分解到第45天和75天时，土壤脲酶活性显著降低。同时还显著降低了土壤速效磷和速效钾的含量。

       

        第三，稻田在种植转Bt基因水稻后，土壤脲酶的活性显著下降。在种植第15天时，土壤脲酶活性下降了2.47%；在种植30天时，土壤脲酶活性下降了16.36% 。当收获完水稻后，把转Bt基因水稻的秸秆还田后，对土壤脱氢酶活性有强烈的抑制作用，脱氢酶的活性只有对照的32.46% ~ 67.46%。

       

         研究分析认为，种植转Bt基因作物引起土壤酶活性下降的原因可能有以下两方面的原因：

       

        第一，残留在土壤中的大量的Bt毒蛋白，优先抢占了土壤酶在土壤颗粒上的活性吸附位点，直接影响土壤酶的活性。土壤酶也是一种蛋白质，它们在土壤中以酶-腐殖质等复合体的形式存在。土壤酶只有被吸附挂靠到土壤活性颗粒上，才会具有生物酶活性，才能催化一系列代谢反应。而种植转Bt基因作物后， Bt毒蛋白牢牢占据了土壤表面活性吸附位点，却把土壤酶排斥下来。脱落下来的土壤酶便失去了活性，停止工作。

       

        第二，转Bt基因作物在生长期间，根系分泌物会影响土壤微生物的生理生化过程，可能改变了微生物的新陈代谢途径，间接影响土壤酶活性。相应地，转Bt基因作物在植物化学成分方面也发生了改变，这样会影响作物残茬的分解过程，也间接的影响了土壤酶的活性。

 

 

        土壤微生物在土壤肥力中占有重要地位，是土壤活性的具体体现。土壤微生物在有机质形成和降解、营养物质的矿化与固定、土壤结构的改善、植物病理的调控等多方面发挥着重要的作用。种植转Bt基因作物后，将从以下几个方面危及到土壤微生物的生存：

       

        第一, 导致土壤中一些功能性微生物数量及活性下降。转Bt基因作物的种植，对土壤微生物区系产生了较大的扰乱。转Bt基因棉与传统棉相比，在苗期土壤根际细菌多样性的相似度只有74%~77%；在蕾期和花期，相似度只有58%~60%。最新研究报道出，我国一些农田里种植了转Bt基因水稻后，土壤微生物的群落结构发生了很大的变化。种植的年份越长，种植的密度越大，对土壤中的氨氧化细菌的影响就越大。

        在印度种植了转Bt基因棉花的土壤里，放线菌数量减少了17%，其它有益微生物的数量也减少了14%；在我国种植转基因抗虫棉10年的土壤里，固氮菌的数量显著降低，对照为17%，转基因棉为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。我国学者从转Bt基因棉花的土壤中，分离到的21个土壤微生物菌株中，经过DNA检测，有18个菌株出现了抗卡那霉素的抗生素阳性片段，这是转Bt基因棉所携带的外源基因片段。初步判断，转Bt基因作物的外源基因发生了水平转移。转基因作物所携带的外源基因，随着转基因作物植株的残枝落叶进入土壤中，被土壤基质所吸附，在田间地头继续生效，仍有转化能力。外源基因有可能从植物水平转移到微生物的细胞内，从而发生不可避免的基因污染。

       

        第三，导致土壤微生物群落结构失调，病原菌占上风，病害加剧。枯萎病、黄萎病是真菌性病原菌，属于土壤习居菌。病原菌能在土壤中营腐生生活，长期潜伏在土壤中。当时机成熟时，它又能从根系入侵到植物体内，长驱直入进入到植物的维管束中寄生。是一种系统性侵染病害，一旦暴发，无药防治，给棉花造成会毁灭性的打击。

       

        我国大面积种植转Bt基因棉花后，抗虫棉的抗病性均比常规棉要差，表现为抗虫棉早期抗虫但不抗病，到后期既不抗虫也不抗病。2009年抗虫棉枯、黄萎病大面积暴发流行，严重危害棉花生产，棉花产量下降了近10%。在灾情严重的省份，126万亩棉花中有86万亩病情严重，减产5成到7成，还有近3万亩棉花绝收，损失惨重。面对枯死一片的棉田，棉农们直掉眼泪，忍心连根拔掉棉花植株。这些有目共睹的事实，再次暴露出转Bt基因棉在最初设计上的重大科学缺陷。

       

        转Bt基因棉比常规棉更容易感染上枯、黄萎病，其原因是，外源Bt基因的导入，打破了原有基因的连锁群，造成作物生理生化以及根系分泌物发生了异常变化。而作物的抗病性是和植株的生理生化特征呈显著正相关的。

       

        经过分析发现，转基因棉的根系分泌物中检测到4中单糖，而对照只检测到一种单糖；抗虫棉的根系分泌物中多出了2种原来没有的氨基酸——甲硫氨酸和赖氨酸，而原有的天门冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸等含量也明显要比对照升高。

       

        土壤中的微生物个体小、数量多、善变，对外界干扰反应灵敏。转Bt基因作物在遗传结构上的变化具有不可预测性，而外在的植物化学、营养成分变化却被微生物捕捉到了。转Bt基因抗虫棉根系分泌物的“富营养化”成为滋生病原菌的温床。这是导致转基因抗虫棉抗病性下降的重要原因。

       

        第四，转基因作物的果壳具有毒性，抑制食用菌生长。转基因抗虫棉的棉籽壳中仍携带有Bt毒素，和大量的毒性棉酚，给下游的食用菌生产造成恶劣影响。棉籽壳是栽培食用菌的主要原料，尤其是在制种过程中，要用到大量的棉籽壳。在生产中人们发现，种植转Bt基因棉后，棉籽壳营养质量下降。用了不发菌，或菌丝体生长不良。

       

        转基因棉籽壳中仍残留有Bt毒蛋白，最高含量达58.6个标准单位。这些毒蛋白危害菌丝体的生长，并有可能进入食用菌的子实体中而被人体食用。棉籽壳中残留的Bt基因片段，也有可能流入食用菌的基因组中，发生基因污染。

       

        经检测还发现，转基因棉植株中的次生代谢物发生了剧烈的变化。转基因棉籽中的棉酚含量成几倍增加，对照组中的棉酚含量为368.6个标准单位，而转基因棉的棉酚含量竟高达1425.1个标准单位，比对照组高出了400%。在转基因棉籽壳中的棉酚含量、单宁含量、总黄酮含量分别也比对照高出了76.92%，66.4%，200%。棉酚是一种对人体和动物具有强烈毒性的化学物质，对食用菌也产生了毒害作用和抑菌作用，这也将极大地威胁食用菌的食用安全。

 

 

        土壤中的动物种类十分丰富，如土壤线虫、纤毛虫、蚯蚓、原生动物、无脊椎动物等，它们在土壤生态系统中的元素循环和能量流动中起着非常重要的作用。蚯蚓就是最传统的健康土壤指示动物，在土壤中能加快有机质分解，增进碳、氮营养循环，松动土壤，改善土壤通透性等方面做着地下贡献工作。转Bt基因作物对土壤动物带来的影响存在下列四方面的问题：

       

        第一，Bt毒蛋白虽还未发现直接影响土壤动物，Bt毒蛋白对土壤动物的急性中毒和亚致死毒性效应还不明显。

       

        第二，残留在土壤中的Bt蛋白也会伤害一些土壤动物，影响一些无脊椎动物及养分循环。转基因玉米的Bt蛋白对大蜗牛、小型节肢动物有负面影响；当土壤中的Bt蛋白浓度高时，土壤线虫的繁殖率显著降低。

       

        第三，转Bt基因玉米对信足纲等足目的动物虽未造成毒害，但它们的粪便中可检测出Bt毒蛋白；在蜗牛的组织中和粪便中也检测出Bt毒蛋白。这说明一些土壤动物介导了Bt毒蛋白

的转播过程。

       

        第四，土壤中的各种生物，从细菌、真菌、放线菌等微生物到土壤动物之间，它们通过食物链的关系组成了复杂的食物网，它们之间的营养关系错综复杂。种植转Bt基因作物后，会使土壤生物间的食物链遭到破坏。Bt蛋白影响了土壤微生物，而微生物影响到作物秸秆的分解，而秸秆分解的程度又决定着土壤动物的营养状况。土壤动物得不到相应的营养，就会影响其繁殖和种群数量。

       

        据报道，转Bt基因作物由于要额外的合成Bt蛋白，植物体内的C/N比值发生了变化，比常规作物要低。如果土壤中的碳素含量低，就会直接影响土壤微生物的增殖和代谢，反过来又会影响作物残茬的分解，这样会使土壤动物缺乏食料，从而间接影响土壤动物的生存。

 

七、结束语

 

        土壤如果长期重复种植转Bt基因作物，Bt毒素就会在土壤中积累。而且Bt作物需要上更多的化肥，打更多的农药，这样会加速耗竭地力，导致土壤中的微生物、土壤酶快速消失，土壤腐殖质下降，土壤结构毁坏，土壤将变成没有生命力的不毛之地。这就是转Bt基因作物前方所要到达之站。