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地表甲虫是农田生态系统生物群落的重要组成部分,对维持农田生态系统生物多样性、养分循环和防治农业害虫等方面有显著作用。前期研究表明地表甲虫群落组成和物种多样性对环境干扰敏感,具有环境指示作用。 大规模种植转基因棉花可以有效控制棉田害虫,降低种植成本,提高产量,但转基因棉花产生的杀虫晶体蛋白也会造成环境安全问题。虽然目前已经开展了大量关于转基因棉花对靶标和非靶标生物的生态风险评价工作,然而,对地表甲虫物种多样性及其生态系统功能影响的研究仍然缺乏。 本论文首先调查了自然生态系统(以紫金山为例)地表甲虫多样性和物种组成对环境干扰的响应,然后调查了武汉、盐城和南京农田生态系统中转基因棉花种植对地表甲虫多样性和组成的影响,并通过控制实验观察了典型捕食性甲虫对棉铃虫的捕食偏好。另外,在南京农田生态系统实验测定了转基因对棉花叶片凋落物分解速率的影响。主要研究结果如下。 (1)自然生态系统中,地表昆虫的物种组成和多样性对环境干扰敏感。干扰梯度生境上,地表昆虫和地表甲虫物种丰富度和物种多样性随干扰增加而增加。其中,大型捕食性甲虫的增加幅度尤为明显。 (2)农田生态系统中,地表昆虫和甲虫的物种丰富度和多样性总体上表现出非转基因高于转基因棉田。双斑青步甲是甲虫群落的优势种,且在转基因棉田数量显著下降。 (3)双斑青步甲对潜在食物种类的选择偏好是棉铃虫幼虫>甘薯烦夜蛾幼虫>蚯蚓>甘薯麦蛾幼虫>中华蚱蜢>中华稻蝗>花生大蟋。野外情况下,双斑青步甲能攀登棉枝,并有效捕食棉铃虫幼虫。因为棉铃虫是转基因的主要靶标物种,因此,双斑青步甲可作为转基因棉花种植的指示物种。 (4)无论是在昆虫多样性较低的弃耕地,还是在昆虫多样性高的棉田,抗虫基因导入总体上降低了棉花凋落物中腐食类个体数量,从而降低了凋落物分解速率。 总之,我们的结果表明:转基因抗虫作物的大规模种植导致了地表昆虫多样性、大型捕食性甲虫的显著下降,还会改变生态系统的养分循环速率,从而影响农田生态系统的结构和功能。