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中国是全球第二大转基因棉花种植国，同时也大量生产和使用有机磷农药，因此，环境中有机磷农药与转Bt基因作物表达的Bt毒蛋白共同存在的现象非常普遍。由于生物农药效果较慢，对转基因作物施用有机磷农药的情况也时有发生，但是目前缺乏化学农药和生物农药之间复合污染效应的研究，对环境中二者共同存在所产生的效应不清。本文选取化学农药中使用广泛的毒死蜱作为有机磷农药代表，转Bt基因棉花分泌的Cry1Ac毒蛋白作为生物农药的代表，系统研究了Bt毒蛋白的环境行为及其对水生动物摇蚊幼虫和钩虾的毒性效应，另外特别探讨了Cry1Ac毒蛋白对毒死蜱毒性的影响。本研究主要内容包括：
⑴转基因棉花和土壤中Bt蛋白的分析方法。建立了转基因棉花中Bt毒蛋白的提取、样品前处理以及酶联免疫法(ELISA)定量分析方法，并使用凝胶电泳、普通PCR和实时荧光定量PCR等分子生物学手段对转基因棉花中的Bt基因进行定性和定量检测。所建立的Cry1Ab蛋白和Cry1Ac蛋白标准曲线线性关系良好，复相关系数r2均大于0.999，相对标准偏差(RSD)均小于2.0％。方法简单、快速、重现性和精密度好，可为农业食品行业和环境领域科研人员提供一种简便快速地从转基因棉花中检测Bt毒蛋白的分析方法。另外，采用响应曲面优化法(RSM)中的三因素三水平Box-Behnken实验设计方案(BBD)对土壤中的Cry1Ac蛋白提取条件进行优化，使用自制的SDS/PBST提取液进行萃取，优化条件为21℃、2h和630 rpm。响应曲面的二次模型的F回归=12.87和p=0.00082，表明了该回归模型拟合程度较好。该模型的复相关系数r2=0.96，模型的回收率预测值(47.7％)与最优条件下实验的回收率试验值（46.5±3.4％）非常接近，反映了试验值与预测值之间具有一个很好的拟合。可以用该二次多元回归模型对土壤中Bt毒蛋白的提取进行分析和预测，为下一步研究Bt毒蛋白的环境行为与归趋提供分析技术手段。方法检出限为0.8ng/gdw，有着良好的精密度和敏感度，但相对回收率较低（接近50％）。测试土壤中粘土含量较高可能是导致本方法提取回收率相对较低的原因。野外采集样品分析显示多年种植转Bt基因棉花的田间土壤中可检测到痕量Cry1Ac蛋白，但是不同种植年限的土壤中Bt蛋白浓度差异不显著。
⑵转Bt基因棉花Cry1Ac杀虫蛋白的环境行为的研究。通过考察初始加标浓度、温度、处理时间以及微生物存在情况等因素对Cry1Ac杀虫蛋白在土壤、沉积物、水等不同环境介质中的降解动态的影响，发现其降解动态均遵循一个前期快速降解，中后期缓慢下降甚至保持不变的趋势，使用一级动力学反应方程能够很好地对其降解进行回归拟合，所得到的拟合方程复相关系数（r2）均大于0.83，p＜0.0001。通过计算Cry1Ac蛋白在土壤、沉积物和水三种介质中的DT50和DT90，发现Cry1Ac在水中具有更长的残留时间。Cry1Ac蛋白在土壤、沉积物和水三种介质中的半衰期分别在0.8～3.2天，2.1～7.6天和11.0～15.8天范围之间。微生物对Cry1Ac蛋白在环境中的降解起关键性作用，在实验温度范围内(4℃～34℃)，高温能够加速其降解速率。环境介质有机质含量越大，Cry1Ac蛋白可吸附的位点越多，降低微生物对它的生物可利用度，进而减少微生物降解的机率。60天实验结束后，在沉积物和水中仍然能够检测到微量的Cry1Ac蛋白。由此可见，有必要对Bt蛋白残留对水体环境中非靶标生物的毒性开展评价。
⑶Cry1Ac蛋白对水生无脊椎动物摇蚊（Chironomus dilutus）和钩虾（Hyalella azteca）的毒性效应及其对毒死蜱毒性的影响。以致死率、致病率和乙酰胆碱酯酶(AChE)的活性抑制率作为毒性终点，研究了Cry1 Ac毒蛋白自身存在对水生无脊椎动物摇蚊幼虫（C.dilutus）和钩虾（H.azteca）的毒性效应及其对毒死蜱毒性的影响。分别推断了Cry1Ac毒蛋白和毒死蜱对C.dilutus和H.azteca的半致死浓度(LC50)和半效应浓度(EC50)，并建立了毒死蜱对两种生物的剂量—效应关系。针对两种农药的复合污染情况，通过实测毒性效应与浓度相加(Concentration addition，CA)和独立作用(Independent action，IA)两种模型预测毒性的关系的比较，进一步探讨了Cry1Ac蛋白和毒死蜱的复合毒性效应。结果表明，Cry1Ac蛋白和毒死蜱对摇蚊幼虫与钩虾的急性毒性效应与生物种类相关，钩虾对Cry1Ac蛋白的敏感性比摇蚊幼虫弱，相反，钩虾对毒死蜱的敏感性比摇蚊幼虫高。通过与CA和IA两种模型的对比，发现大部分复合组成的情况下两种农药对摇蚊幼虫和钩虾均产生拮抗作用。该研究为正确评价水体中生物农药和有机磷农药混合体系对水生动物的生态毒性风险提供了科学依据，也为转Bt抗虫作物商业化种植的生态风险评估和有机磷农药安全管理提供基础数据。