轉(zhuǎn)Bt基因?qū)λ靖H及殘茬降解土壤微生物生態(tài)的影響研究.pdf

1、轉(zhuǎn)基因植物是運用人類智慧和技能在遵循生物學原理的基礎(chǔ)上創(chuàng)制出的符合人類意愿的新型植物品種．它的種植滿足了人類對糧食產(chǎn)量、經(jīng)濟效益和食物安全的需求．2009年11月，中國首次通過轉(zhuǎn)Bt基因水稻的審批，Bt大米在不久的將來即會進入商品化生產(chǎn)階段．當前，我國常年水稻種植面積約4.5億畝，轉(zhuǎn)Bt基因水稻一旦商品化生產(chǎn)，無疑將給我國帶來巨大的經(jīng)濟和環(huán)境效益．然而，由于轉(zhuǎn)基因植物通常攜帶外源基因，表達外源物質(zhì)，且外源基因的人工插入可能改變植物原來的

2、基因組序列，可能會影響植物的生理生化特性和物理化學結(jié)構(gòu)；改變根分泌物的組成從而影響田間土壤生態(tài)；大面積轉(zhuǎn)基因作物的秸稈還田也可能給農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)帶來很大的環(huán)境安全壓力．本論文針對當前轉(zhuǎn)Bt基因水稻農(nóng)田生態(tài)安全風險中關(guān)注的主要問題，以轉(zhuǎn)Bt基因水稻“克螟稻”和親本水稻“秀水11”為試材，通過田間試驗，系統(tǒng)研究比較轉(zhuǎn)Bt基因與三唑磷農(nóng)藥施用對水稻根際土壤微生物生態(tài)的影響；轉(zhuǎn)Bt基因?qū)λ境墒祗w植株物理結(jié)構(gòu)與化學組成的影響；轉(zhuǎn)Bt基因?qū)λ境墒?/p>

3、體殘茬降解以及土壤降解微生物的影響。研究結(jié)果為即將到來的Bt水稻大規(guī)模釋放的農(nóng)田土壤生態(tài)安全風險性評價提供重要依據(jù)。具體研究結(jié)果如下：
　　 1．轉(zhuǎn)Bt基因及三唑磷施用對水稻根際微生物的影響
　　 通過田間試驗，采用PCR-T-RFLP-AMMI方法對比水稻轉(zhuǎn)Bt基因與螟蟲常用殺蟲劑三唑磷施用對水稻根際土壤細菌和真菌種群結(jié)構(gòu)多樣性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)Bt基因與親本及親本噴藥處理之間叢枝菌根(AM)真菌孢子濃度、球囊霉素(G

4、lomalin)蛋白濃度未見顯著性差異，表明轉(zhuǎn)Bt基因未對AM真菌群落豐富度產(chǎn)生顯著性的影響；此外，轉(zhuǎn)Bt基因與三唑磷并未顯著影響水稻根際的總細菌和真菌群落多樣性組成．
　　 環(huán)境因素對水稻根際微生物影響顯著，AM真菌及glomalin蛋白的豐度隨著時間季節(jié)的變化呈現(xiàn)較大的波動，環(huán)境因素的變化如氣溫的季節(jié)變化、濕度的變化對水稻根際的總細菌和真菌的群落組成影響較大．
　　 2．轉(zhuǎn)Bt基因?qū)Τ墒炱谒窘斩捙c根物理結(jié)構(gòu)與化學組

5、分的影響
　　 通過田間試驗培育的轉(zhuǎn)Bt基因克螟稻及親本水稻的成熟期秸稈與根，采用元素分析，傅立葉紅外光譜(FTIR)．木質(zhì)素和纖維素含量分析和掃描電鏡(SEM)觀察，對比轉(zhuǎn)Bt基因克螟稻和親本水稻成熟期秸稈物理結(jié)構(gòu)與化學成分的差異．結(jié)果發(fā)現(xiàn)：轉(zhuǎn)Bt基因與親本水稻秸稈與根之間C％、N％、C:N、H％以及灰分均存在較大差異，水稻秸稈的C％、C:N和H％顯著高于根，而N％和灰分含量則顯著低于水稻根．但除水稻秸稈灰分含量外，轉(zhuǎn)Bt基因

6、與親本水稻秸稈與根的元素組成均無顯著性的差異；化學結(jié)構(gòu)組成、傅立葉紅外光譜(FITR)及表面和橫切水稻組織掃描電鏡(SEM)分析發(fā)現(xiàn)，水稻秸稈與根之間間木質(zhì)素和纖維素含量均顯著高于根，SEM顯示秸稈與根之間的物理結(jié)構(gòu)存在一定的差異；但轉(zhuǎn)Bt基因與親本水稻親本之間木質(zhì)素和纖維素含量、表面基團并無顯著性差異，轉(zhuǎn)Bt基因與親本水稻物理結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)典型的粳稻的結(jié)構(gòu)．
　　 3．轉(zhuǎn)Bt基因?qū)Τ墒炱诮斩捙c根降解動力學的影響
　　 通過

7、田間培育克螟稻及原親本成熟期秸稈與根，在不同耕作方式（油菜-水稻、雙季稻）下，采用litterbag技術(shù)將成熟期克螟稻與親本稻秸桿與根還田，以明確克螟稻與親本秸桿與根在田間土壤中的降解規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：地下放置方式與雙季稻模貳下轉(zhuǎn)Bt水稻根降解可能存在一定的差異，雙季稻模式轉(zhuǎn)Bt基因水稻根降解在埴下放置31、68和137 d處理下顯著性高于親本稻；兩種耕作模式下水稻秸犴降解過程存在較大的相似性，轉(zhuǎn)Bt基因水稻與親本水稻秸稈降解均未出現(xiàn)持續(xù)

8、的顯著性差異，耕作模式對水稻秸稈的降解影響較?。徊煌髂Ｊ较罗D(zhuǎn)Bt基因水稻與親本稻根降解存在較大差異．雙季稻模式水稻根降解前期出現(xiàn)平臺期而油菜-水稻耕作模式下油菜種植有利與前期水稻根的降解．
　　 4．轉(zhuǎn)Bt基因?qū)Τ墒炱诮斩捙c根降解彼生物群落的影響
　　 采用雙季稻或油菜-水稻耕作模式通過田間試驗研究了轉(zhuǎn)Bt基因地成熟期水稻秸稈與根降解微生物群落的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：基于降解動力學的結(jié)果，我們也發(fā)現(xiàn)在雙季稻耕作模式地下放置

9、方式下，還田31d，68 d和137 d的轉(zhuǎn)Bt基因水稻與親本稻根降解真菌群落結(jié)構(gòu)均存在一定的差異．提取前20個相對熒光強度的T-RFs，進行對比分析也表明，在地下10 cm放置處理，轉(zhuǎn)Bt基因與親本根降解真菌T-RFs在三個時期均存在一定的差異，而細菌和地表放置處理則無差異，真菌DGGE分析也表明這種差異可能由擔子菌門和子囊菌門真菌種群結(jié)構(gòu)發(fā)生變化所改；相比較與時間和放置方式因素，兩種耕作模式轉(zhuǎn)Bt基因?qū)λ窘斩捙c根的降解整個降解周期

10、影響較不明顯，方差分析也證明轉(zhuǎn)Bt基因效應(yīng)在整個降解周期模型中并不顯著；降解微生物菌群落均在降解時間上存在較大差異，并在一定程度上表現(xiàn)出不同埋放方式之間的差異，表明轉(zhuǎn)Bt基因水稻與親本稻秸稈與根的降解微生物群落受降解時間的推移影響最大；兩種耕作方式下微生物群落結(jié)構(gòu)沿降解時間演替規(guī)律存在一定的差異，主要表現(xiàn)為雙季稻模式下微生物群落結(jié)構(gòu)分化主要在后期出現(xiàn)，而油菜-水稻耕作模式下主要是前期．
　　 綜上所邇，轉(zhuǎn)Bt基因?qū)λ靖H土壤微