轉(zhuǎn)基因煙草連作對(duì)紫色土根際微生態(tài)環(huán)境的影響.pdf

1、轉(zhuǎn)基因作物于1986年開始進(jìn)入田間試驗(yàn)，因其巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益而快速發(fā)展，全球轉(zhuǎn)基因作物面積從174萬(wàn)公頃增加到2014年的1.851億公頃，但由此引發(fā)的轉(zhuǎn)基因作物生物安全性問(wèn)題，也日益引起了廣泛的關(guān)注。土壤是生物與外界環(huán)境進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化、物質(zhì)循環(huán)、信息交流的主要場(chǎng)所，土壤的健康程度與整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的功能息息相關(guān)，轉(zhuǎn)基因作物的種植是否會(huì)影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能？關(guān)于這一問(wèn)題的研究十分必要。本文以煙草作為研究對(duì)象，通過(guò)三年的盆栽連作試驗(yàn)

2、，以野生型煙草(Nt-X)作為對(duì)照，研究紫色土中的轉(zhuǎn)幾丁質(zhì)酶基因煙草(T-Chit)連作對(duì)根際微生物環(huán)境的影響。試驗(yàn)包括以下內(nèi)容:野生型煙草(Nt-X)和轉(zhuǎn)幾丁質(zhì)酶基因煙草連作三年不同生育期根際土壤酶活性、土壤理化性質(zhì)、土壤微生物數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)的變化;提取轉(zhuǎn)幾丁質(zhì)酶基因煙草和野生型煙草殘茬期根際土壤浸提液，并利用GC-MS檢測(cè)其中的代謝物種類和含量，分析差異代謝物的分離趨勢(shì)，探討轉(zhuǎn)基因煙草連作對(duì)根系分泌物的影響因素和影響程度;提取種植三

3、年煙草根際土壤DNA，檢測(cè)轉(zhuǎn)基因煙草目的基因是否轉(zhuǎn)移到土壤中，進(jìn)而研究轉(zhuǎn)幾丁質(zhì)酶基因煙草種植三年對(duì)土壤微生態(tài)系統(tǒng)的影響，以及連作過(guò)程中煙草根系代謝物的變化，為轉(zhuǎn)基因作物的生態(tài)安全性評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴盆栽連作條件下，Nt-X和T-Chit處理間煙草農(nóng)藝性狀無(wú)顯著差異，種植三年轉(zhuǎn)基因煙草和野生型對(duì)照變化趨勢(shì)一致。受連作障礙影響，二者在種植第一年時(shí)，株高均大于后兩年;葉片數(shù)、地上部和地下部生物量均是第二年小于

4、其他兩年，主要原因是環(huán)境因素（高溫）影響了煙草的長(zhǎng)勢(shì)。
　?、芅t-X和T-Chit在連作三年的不同生育期間，處理間的根際土壤酶活性總體差異不顯著，Nt-X處理過(guò)氧化氫酶活性在煙草團(tuán)棵期時(shí)較低，花期升高，這與煙草的生長(zhǎng)呈現(xiàn)出一致的趨勢(shì)，T-Chit處理的過(guò)氧化氫酶活性與Nt-X差異不顯著且變化趨勢(shì)一致;兩處理的土壤脲酶活性均在花期最低，殘茬期升高，連作的第二年脲酶活性大于其他兩年;煙草生長(zhǎng)周期內(nèi)土壤蛋白酶活性比較穩(wěn)定，Nt-X和T

5、-Chit土壤蛋白酶活性在不同生育期變化不大，處理間差異不顯著。
　?、桥柙詿煵葸B作三年條件下，Nt-X處理的種植第一年中，根際土壤有機(jī)質(zhì)、全K、pH大于后兩年，其中K的含量顯著高于其后兩年，這是因?yàn)闊煵菔歉逰植物，連作可能發(fā)生K虧缺現(xiàn)象。同樣，煙草在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)養(yǎng)分需求較高，盆栽連作條件下土壤有機(jī)質(zhì)會(huì)逐漸消耗。N和P在第一年時(shí)含量低，隨著種植時(shí)間延長(zhǎng)逐漸升高，第三年的含量顯著高于第一年;T-Chit處理的根際土壤理化性質(zhì)與Nt-

6、X變化趨勢(shì)相同，T-Chit根際土壤全P和pH高于Nt-X。
　?、葻煵莞H可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量隨煙草不同生育期發(fā)生顯著變化。連作期間，Nt-X和T-Chit處理的根際可培養(yǎng)細(xì)菌均在花期顯著增加、殘茬期顯著減少。T-Chit根際細(xì)菌數(shù)量在第二年和第三年所有生育期低于Nt-X，且在第二年的花期和殘茬期顯著低于Nt-X。在同一生育期內(nèi)，Nt-X和T-Chit處理的煙草根際土壤真菌數(shù)量變化并不顯著差異;T-Chit在第一年和第二年花期的根際真

7、菌數(shù)量顯著高于Nt-X，第三年的殘茬期，Nt-X和T-Chit根際真菌數(shù)量分別是3.29×105cfu.g-1，3.46×105cfu.g-1，表明轉(zhuǎn)幾丁質(zhì)酶基因煙草連作對(duì)土壤根際真菌數(shù)量無(wú)顯著影響。
　?、蓛煞N煙草連作后，根際土壤中PLFA總量隨連作年限增加而升高。T-Chit種植后兩年與第一年相比，根際土壤中PLFA標(biāo)記的微生物多樣性和優(yōu)勢(shì)種數(shù)量增加，均勻度降低，說(shuō)明連作會(huì)增加煙草根際土壤中微生物總量和多樣性;而Nt-X所有三

8、個(gè)多樣性指數(shù)(Shannon's，Simpson's，Pielou)均低于T-Chit，但所有生育期內(nèi)二者差異不顯著;主成分分析表明，原始土壤與植煙土壤PLFA在兩個(gè)主成分上均明顯區(qū)別于其他樣品，但Nt-X和T-Chit之間離散較小，說(shuō)明煙草根際土壤微生物數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)與種植時(shí)間相關(guān)。
　?、蕪臒煵輾埐缙诟H土壤浸提液中共檢測(cè)到烷烴類、脂類、酸類、糖類、醚類、胺類、酚類、醇類等八類物質(zhì)，Nt-X檢測(cè)出55種，T-Chit49種;二

9、者代謝物中意糖類、酸類、脂類物質(zhì)為主，其中十八烷酸被報(bào)道可能為化感物質(zhì)，其相對(duì)含量在Nt-X連作三年中分別是0.70，2.16，2.63，T-Chit中分別是2.46，0.71，3.07，可見盆栽煙草連作后，其根系代謝物中化感物質(zhì)含量會(huì)增加;PCA分析表明，煙草代謝差異物的種類和含量主要與種植年限相關(guān)，轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因之間分離不明顯。
　?、宿D(zhuǎn)基因煙草種植三年后，提取轉(zhuǎn)基因煙草根際土壤總DNA，并未檢測(cè)出目的基因（Mcchit1）