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转Bt基因克螟稻对土壤和根系微生物多样性的影响

吴伟祥  
【摘要】: 转Bt基因作物的环境释放对土壤及其根系微生物生态的影响研究主要集中在旱田作物,至今未见有关水田转Bt基因水稻对土壤及水稻根系微生物生态安全和风险性研究报导。本文以转Bt基因克螟稻及其亲本水稻秀水11为试材,通过实验室和田间试验,比较了转基因克螟稻秸杆还土和克螟稻生长发育对土壤和水稻根系微生物多样性及其生物学活性的影响。 研究结果表明,与亲本稻对照,在淹水条件下,添加Bt蛋白含量最高的孕穗期秸杆,培养初期土壤中好氧性细菌、放线菌、真菌以及厌氧发酵性细菌、反硝化细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的数量存在显著性差异,但这些显著性影响并不持续,在培养后期显著性差异逐渐消失。淹水土壤脱氢酶活性对转基因水稻秸杆的添加相对比较敏感。表现为培养前期含转基因秸杆的土壤脱氢酶活性显著低于含非转基因秸杆土壤;第3至第7星期,含转基因秸杆的土壤脱氢酶活性又显著性地高于含非转基因秸杆土壤,7星期后显著性差异消失。转基因秸杆的添加对土壤磷酸酶活性没有显著性影响。基於16S rRNA基因扩增的变性梯度凝胶电泳(DGGE)图谱分析表明转基因水稻秸杆的添加导致了土壤细菌群体结构和组成的暂时性显著变化,但这种变化在培养后期逐渐消失。 成熟期克螟稻秸杆还土试验表明,与亲本相比,转基因水稻秸杆的添加对培养初期淹水土壤蛋白酶、磷酸酶和纤维素酶活性具有不同程度的显著性影响,但是这些显著性影响也不持续。对淹水土壤脱氢酶、产甲烷、产氢活性及厌氧呼吸强度的影响较为显著。其中,土壤脱氢酶、产甲烷活性及呼吸强度在培养的前56天明显低于非转基因对照,之后则明显高于添加非转基因秸杆的对照土壤。与此相反,土壤产氢活性在培养56天后明显低于添加非转基因秸杆土壤。 成熟期克螟稻秸杆的添加对旱土(60%一上壤持水量)十:壤可培养细菌、放线菌和真 菌的数量以及土壤蛋白酶、磷酸酶、尿酶和土壤呼吸强度等没有显著性影响。对土壤氨 化细菌、好氧自生固氮菌和纤维素降解菌产生一些影响,但其显著性影响均不持续。土 壤脱氢酶活性在添加克螟稻秸杆的土壤中明显高于添加非转基因秸杆土壤,但在培养63 天后两者之间酶活性的显著性差异消失。 克螟稻的生长发育对根系土壤微生物活性和细菌多样性影响的研究结果表明,在整 个生长发育过程中,转基因与非转基因亲本稻根系硝化细菌、放线菌、真菌的数量没有 显著性差异。转基因克螟稻苗期根系土壤好氧性细菌总数明显高于亲本。两种根系土壤 产芽抱细菌的数量在苗期、抽穗期和成熟期存在有显著差异。两种水稻根系土壤磷酸 酶、脱氢酶、尿酶活性和土壤呼吸强度之间未发现存在有显著性差异。转Bt基因与非 转基因水稻根系土壤产甲烷活性在苗期、孕穗期和抽穗期存在有显著性差异,表现为苗 期和孕穗期Bt稻根系土壤产甲烷活性明显低于亲本稻,但这种显著性差异在水稻成熟 期消失。水稻生长发育过程中,根系土壤微生物DGGE分子图谱分析表明,尽管淹水根 系土壤、非淹水根系土壤和未种植水稻的淹水土壤间土壤细菌种群在结构和组成方面存 在明显的差异,但同一生长发育时期的转Bt基因与非转Bt基因水稻根系土壤细菌的种 群结构和组成未发现有显著性差异。然而,根系土壤真菌的结构和组成不仅存在季节性 差异,而且与非转基因亲本稻相比其结构和组成在水稻生长的每个生长时期均存在显著 性差异。 综上试验结果表明孕穗期转基因克螟稻秸杆对淹水土壤微生物及其生物学活性没有 毒害作用;成熟期转基因克螟稻秸杆对旱十几土壤微生物及其生物学活性也没有负面影 响;Btc尽jAb基因在秀水11中的导入对水稻根系土壤细菌和主要微生物活性没有明显 的影响。转Bt基因克螟稻秸本卜添加对卜壤部分可培养微生物,于几壤细菌种群结构和组 成以及个别卜壤酶活性的暂时性显著影响可能是由于外源基因在水稻染色体中导入引起 水稻秸杆化学组成成分发生变化,进而导致水稻秸杆中营养物质的微生物可利用性发生 变化产生。导致克螟稻与亲本稻在根系十壤真菌的结构和组成之间存在显著差异的原因 向一待进‘步研究确定。


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