转Bt基因水稻对土壤微生物可培养类群的影响

【摘要】： 高产优质、抗逆性强的转基因作物的育成和应用是提高农作物产量和品质的重要途径。随着大量转基因作物在农业生态系统中释放，转基因作物的食物安全和生态安全问题 (如转基因漂移导致的遗传污染、转基因的非靶标效应、抗病虫性衰退、生物多样性下降、碳氮磷元素循环发生变化等) 也越来越引起人们的重视。土壤生态系统是整个生态系统的重要组成部分，土壤生物尤其是土壤微生物多样性与活性的保持是农业生态系统健康和稳定的基础。植物根系分泌物及存留于土壤中的作物残茬 (秸秆还田等) 其分解过程和产物都会影响到土壤微生物的增殖和代谢。研究转基因作物对土壤微生物群落结构及功能类群活性的影响是转基因作物生态风险评估的重要内容。 本研究以高抗螟虫、已批准环境释放的转Bt基因(CrylAb)水稻(克螟稻)及其亲本(非转Bt基因水稻)为材料，研究了转Bt基因水稻生育期内及秸秆降解过程中根际土壤微生物和根际土壤理化性质的变化趋势，测定了水稻生育期内CrylAb的表达、根系分泌及其在土壤中的残留规律，测定了秸秆降解过程中Bt蛋白的降解变化、秸秆降解速率和秸秆养分含量的变化等内容。主要结果如下： (1)Bt蛋白的表达与行为 生育期内转Bt基因水稻植株地上部分Bt蛋白表达量远高于根系Bt蛋白表达量，植株根系Bt蛋白含量仅为地上部分含量的10％～25％，且地上部分植株Bt蛋白含量随生育进程有逐渐上升的趋势，而根系中的含量变化不大，一直保持较低的水平。植株地上部Bt蛋白平均含量为5.35μg／g，根系为0.82μg／g。根系Bt蛋白泌出量抽穗初期最高，每丛水稻根系分泌物中Bt蛋白总量为48.02ng／d，成熟期最低，为1.66ng／d。根际土去除水稻毛细根后检测不到Bt蛋白，生物检测表明根际土和根际土提取液喂养棉铃虫对其幼虫死亡率没有影响，表明转基因水稻生育期内Bt蛋白很少通过根系分泌物进入根际土壤，在土壤中几乎没有积累。 无论是培养条件下秸秆降解试验还是田间条件下秸秆降解试验，Bt蛋白在土壤中的降解趋势均表现为在降解初期(大约3周内)降解迅速，浓度降低很快，随后降解速度变缓并在一个较长时间内保持一个较低浓度，120天后在土壤中检测不到Bt蛋白的存在。 (2)Bt水稻生育期根际微生态环境的特点 水稻生育期间根际土壤pH呈下降趋势，土壤全氮、按态氮、速效磷含量变 化不明显，速效钾含量略呈下降趋势，Bt水稻与非Bt水稻之间没有显著差异。 转基因水稻对根际土壤有机质及其组分腐殖质、胡敏素、胡敏酸、富啡酸也没有 显著影响。 、在水稻生育期间，转Bt基因与非转Bt基因水稻根际土壤的细菌、真菌数量 存在显著差异，其中非Bt水稻(亲本)根际土壤细菌菌落数量显著高于Bt水稻 根际土壤细菌数量(po，05)，而Bt水稻根际的真菌数量则显著高于非Bt水稻 根际的真菌数量(P0.05)，转Bt基因水稻对放线菌的菌落数量、对转磷微生物 的转磷活性均没有显著影响，对反硝化细菌的活性有一定抑制作用。 (3)秸秆降解过程中微生物的变化趋势和养分动态 培养条件和田间条件下秸秆降解试验结果表明，无论是转基因处理还是非转 基因处理，土壤微生物的菌落数量都显著高于不加秸秆的对照。秸秆降解过程中 转基因水稻秸秆处理细菌数量明显低于非转基因水稻秸秆处理(p0.05)，而转 基因秸秆处理真菌数量则极显著高于非转基因秸秆处理(p0.01)。秸秆降解试 验中所表现出来的细菌、真菌数量的特征同生育期内观察到的结果一致，说明了 转Bt基因水稻可能利于真菌的增殖而不利于细菌的增殖。Bt水稻秸秆降解对放 线菌及转磷微生物的转磷活性没有显著影响，对反硝化细菌的活性有一定抑制作 用但影响规律不明显。 秸秆降解试验中对照土壤(无秸秆)氮磷钾有效养分的含量均显著低于有水 稻秸秆(Bt水稻秸秆或非Bt水稻秸秆)埋入处理的土壤，无论是Bt水稻还是 非Bt水稻，其秸秆降解都使土壤养分含量增加。秸秆降解过程中土壤全氮、速 效氮、有机质的含量在转基因水稻与非转基因水稻两种秸秆处理之间没有显著的 差异，而速效磷、速效钾含量的变化趋势在两种不同条件下秸秆降解试验中表现 不同。Bt水稻秸秆和非Bt水稻秸秆的降解速率及秸秆养分全氮全磷全钾的降解 变化情况没有明显差异。