轉(zhuǎn)BADH基因大豆對鹽堿土壤磷素轉(zhuǎn)化的影響.pdf

1、甜菜堿醛脫氫酶(BADH)基因是高等植物合成滲透調(diào)節(jié)劑甜菜堿的關(guān)鍵基因。將BADH基因?qū)朐耘啻蠖购谵r(nóng)35培育得到的轉(zhuǎn)BADH基因大豆能夠在鹽堿土壤中生長正常。轉(zhuǎn)BADH基因大豆田間釋放可能對土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，假設(shè)BADH基因?qū)敫淖兞烁捣置谖锏慕M成、數(shù)量，將導(dǎo)致與磷素轉(zhuǎn)化有關(guān)的功能細菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性發(fā)生變化，并影響根際磷素的轉(zhuǎn)化和生態(tài)過程。
　　 選擇大豆主產(chǎn)區(qū)黑龍江省西部鹽堿土壤，以轉(zhuǎn)BADH因大豆(SRTS)、受體

2、菲轉(zhuǎn)基因大豆(HN-35)、野生大豆(YS-21)及當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培品種抗線王(K)和合豐50(HF-50)為研究材料，大田實驗與框栽試驗相結(jié)合，分析根系分泌物的差異，并采用PCR-DGGE相結(jié)合的方法，研究SRTS對根際土壤中與磷素轉(zhuǎn)化過程相關(guān)的關(guān)鍵功能菌——有機磷細菌(PMB)和無機磷細菌(PSB)多樣性的影響，同時測定磷素轉(zhuǎn)化主要生態(tài)指標的變化，分析磷細菌變化與磷素轉(zhuǎn)化生態(tài)功能改變之間的聯(lián)系。該研究揭示了BADH基因?qū)氪蠖箤ν寥懒姿?/p>

3、轉(zhuǎn)化主要生態(tài)過程及磷細菌群落結(jié)構(gòu)和功能影響機理，為轉(zhuǎn)BADH基因大豆的土壤生態(tài)安全評價提供研究基礎(chǔ)。主要結(jié)論如下:
　　 1.轉(zhuǎn)BADH基因大豆對根系分泌物組成和數(shù)量的影響
　　 SRTS的H+分泌量最多(0.049μmol·g-1 dry root·h-1)，顯著的高出K、HN-35、Y-21和HF-5014.65％、48.20％、40.43％和63.16％。相比于其它品種大豆，SRTS具有更強的釋放H+的能力，從而可

4、以有效的酸化土壤，調(diào)節(jié)其生境根際土壤的pH值，改善鹽堿環(huán)境。
　　 與HN-35相比，SRTS顯著改變了根系分泌物中有機酸的種類和數(shù)量。SRTS根系分泌物中檢測出5種有機酸，HN-35檢測出6種有機酸，酒石酸和丙二酸為SRTS根系分泌物中沒有的成分，蘋果酸是SRTS較HN-35所特有的有機酸成分。檸檬酸為分泌最多的有機酸，SRTS的檸檬酸、乙酸分泌量顯著高于其它品種大豆，而SRTS和HN-35草酸和琥珀酸的分泌量差異不顯著。從有

5、機酸的總含量來分析，SRTS較其親本HN-35分泌的有機酸種類少，但是含量顯著高于HN-35。
　　 SRTS與其它品種大豆間氨基酸種類變化不大，但是含量上差異較大。18種氨基酸中均檢測到13種，其中天冬氨酸是分泌最多的氨基酸。此外，SRTS根系分泌物中谷氨酸、天冬酰胺、色氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸的含量均占有很大的優(yōu)勢，分別顯著高出其親本HN-35102.79％、55.43％、34.28％、33.79％、

6、78.17％、63.29％、117.84％和147.62％。SRTS根系分泌物中氨基酸的含量只有丙氨酸、甘氨酸、纈氨酸、亮氨酸較其親本HN-35少。SRTS的氨基酸總量顯著高于HN-35、Y-21和HF-50，并分別高出37.93％、17.63％和131.68％，和K的差異不顯著。
　　 SRTS與HN-35、K和HF-50在可溶性總糖含量上沒有顯著差異，只顯著高出Y-2178.52％。碳水化合物的組成及含量，在一定程度上存在差

7、異。在大豆根系分泌物中均檢測到了10種碳水化合物成分，包括:肌醇、赤蘚糖醇、丙三醇、核糖醇、果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、阿拉伯糖和半乳糖。從整體來看，趨勢較為一致，核糖醇的分泌量最多，蔗糖的分泌量最少。其中赤蘚糖醇、丙三醇、果糖、葡萄糖、阿拉伯糖的含量，SRTS顯著高于HN-3518.65％、17.26％、136.06％和13.14％。核糖醇、果糖、葡萄糖和半乳糖的含量二者之間無顯著差異，SRTS只有肌醇和麥芽糖的含量顯著低于HN-35

8、。
　　 2.轉(zhuǎn)BADH基因大豆對根際土壤磷素有效性的影響
　　 SRTS對根際土壤速效磷存在一定程度的影響，但其影響具有時期性。SRTS在花期和結(jié)莢期對根際土壤速效磷有一定的促進作用，鼓粒期SRTS與HN-35、HF-50的差異不顯著，卻顯著高于Y-21及K，分別高出4.32％和11.15％，成熟期SRTS根際土壤速效磷低于HN-35，但卻顯著高于其它大豆品種。
　　 SRTS對根際土壤有機磷有促進作用，從整個

9、生育期土壤有機磷平均水平來看，SRTS顯著高于其它品種大豆。從花期到成熟期，SRTS對土壤有機磷的含量均有一定程度的促進。SRTS對根際土壤無機磷的影響具有時期性，在花期對土壤無機磷的活化能力最強，而其它時期SRTS與其它品種大豆無顯著差異。
　　 SRTS對土壤微生物量磷有促進作用，在苗期、結(jié)莢期、成熟期SRTS均強于HN-35。SRTS對土壤微生物量碳有促進作用，在苗期、花期、結(jié)莢期和成熟期SRTS對根際土壤微生物量碳的促進

10、作用高于同期HN-35。SRTS對土壤微生物量C/P有抑制作用。
　　 3.轉(zhuǎn)BADH基因大豆對根際土壤磷素轉(zhuǎn)化生態(tài)功能的影響
　　 SRTS對根際土壤酸性磷酸酶活性的影響表現(xiàn)為大豆苗期、花期和結(jié)莢期對酸性磷酸酶活性有促進作用，鼓粒期和成熟期對酸性磷酸酶活性有抑制作用。SRTS對根際土壤中性磷酸酶活性有顯著的促進作用，SRTS中性磷酸酶活性較HN-35、Y-21、K和HF-50分別提高了26.42％、203.92％、14

11、.15％和32.94％。SRTS對根際土壤堿性磷酸酶活性影響較小，除鼓粒期外，其它生育期SRTS根際土壤堿性磷酸酶活性與其親本非轉(zhuǎn)基因大豆HN-35之間的差異均未達到顯著水平。通過相關(guān)性分析表明，中性磷酸酶活性對磷素有效性的影響最顯著。
　　 SRTS能夠降低根際土壤pH，它直接影響土壤微生物群落的種類、數(shù)量和活性等。SRTS提高了有機磷細菌和無機磷細菌的數(shù)量，并顯著促進了有機磷轉(zhuǎn)化作用強度和無機磷轉(zhuǎn)化作用強度，相關(guān)性分析表明，

12、有機磷細菌數(shù)量與有機磷轉(zhuǎn)化作用強度，無機磷細菌數(shù)量與無機磷轉(zhuǎn)化作用強度均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。
　　 4.轉(zhuǎn)BADH基因大豆對根際土壤磷細菌群落多樣性的影響
　　 SRTS根際土壤有機磷細菌(PMB)的條帶數(shù)低于HN-35，多樣性指數(shù)（Dsh）及均勻度指數(shù)（Jsh）均要高于其親本HN-35;SRTS根際土壤無機磷細菌(PSB)的條帶數(shù)高于HN-35，多樣性指數(shù)（Dsh）及均勻度指數(shù)（Jsh）均要低于其親本HN-35。主成分分

13、析與Cluster分析結(jié)果一致顯示，SRTS有機磷細菌和SRTS、HN-35無機磷細菌群落結(jié)構(gòu)相似度較高，與HN-35有機磷細菌差別較大。SRTS的種植抑制了根際土壤中有機磷細菌某些類群的生長（如條帶1、m、n、q、u、v、w所代表的PMB類群），也促進了某些類群的生長（如條帶a、g、o、p、t所代表的PMB類群）。SRTS的種植抑制了根際土壤中無機磷細菌某些類群的生長（如條帶C、K、L所代表的PSB類群），也促進了某些類群的生長（如條

14、帶D、F、J、Q、R、S所代表的PSB類群）。根際磷細菌的菌群種類均已在前人文獻中記錄和歸類，本研究中根際有機磷細菌匹配菌株主要屬于芽孢桿菌（Bacillus）、假單胞桿菌（Pseudomonas）、腸細菌（Enterobacter）、黃桿菌（Flavobacterium）、和沙門氏菌（Salmonella），其中黃桿菌和沙門氏菌為SRTS根際有機磷細菌所特有的菌群，SRTS缺失條帶屬于芽孢桿菌、假單胞桿菌和腸細菌。根際無機磷細菌匹配菌

15、株主要屬于芽孢桿菌（Bacillus）、假單胞桿菌（Pseudomonas）、腸細菌（Enterobacter）、和檸檬酸細菌（Citrobacter），其中檸檬酸細菌為SRTS根際無機磷細菌所特有的菌群，SRTS缺失條帶屬于芽孢桿菌（Bacillus）、假單胞桿菌（Pseudomonas）、腸細菌（Enterobacter）。研究結(jié)果表明在一定程度上SRTS的種植減少了根際土壤中有機磷細菌群落的多樣性，促進了根際土壤中無機磷細菌群落的