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(yùn)用人類智慧和技能在遵循生物學(xué)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(duì)糧食產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和食物安全的需求．2009年11月，中國(guó)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(huì)進(jìn)入商品化生產(chǎn)階段．當(dāng)前，我國(guó)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(guó)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)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(dá)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(huì)影響植物的生理生化特性和物理化學(xué)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(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)Bt基因水稻農(nóng)田生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)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(yàn)，系統(tǒng)研究比較轉(zhuǎn)Bt基因與三唑磷農(nóng)藥施用對(duì)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(xué)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(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)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(duì)水稻根際微生物的影響
　　 通過田間試驗(yàn)，采用PCR-T-RFLP-AMMI方法對(duì)比水稻轉(zhuǎn)Bt基因與螟蟲常用殺蟲劑三唑磷施用對(duì)水稻根際土壤細(xì)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(duì)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(xì)菌和真菌群落多樣性組成．
　　 環(huán)境因素對(duì)水稻根際微生物影響顯著，AM真菌及glomalin蛋白的豐度隨著時(shí)間季節(jié)的變化呈現(xiàn)較大的波動(dòng)，環(huán)境因素的變化如氣溫的季節(jié)變化、濕度的變化對(duì)水稻根際的總細(xì)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(xué)組

5、分的影響
　　 通過田間試驗(yàn)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(duì)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(xué)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(xué)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(tuán)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(dòng)力學(xué)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(duì)水稻秸稈的降解影響較??；不同耕作模式下轉(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(tái)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(yàn)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(dòng)力學(xué)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(gè)相對(duì)熒光強(qiáng)度的T-RFs，進(jìn)行對(duì)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(gè)時(shí)期均存在一定的差異，而細(xì)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(dān)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(shí)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(gè)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(gè)降解周期模型中并不顯著；降解微生物菌群落均在降解時(shí)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(shí)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(shí)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