轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉根分泌物對土壤N轉(zhuǎn)化的影響及機制.pdf

1、隨著轉(zhuǎn)基因作物在全球范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用，轉(zhuǎn)基因作物的環(huán)境安全性問題日益受到重視。開展轉(zhuǎn)Bt基因作物的土壤環(huán)境效應(yīng)研究，有助于轉(zhuǎn)Bt基因作物的良性發(fā)展。本實驗收集水培轉(zhuǎn)Bt棉及其親本常規(guī)棉根系分泌物并分析其物質(zhì)組成。將收集的花蕾期兩種棉花的根系分泌物、人工提純的Bt蛋白、人工模擬的根系分泌物分別添加到紅壤中進行培養(yǎng)，隨后分析土壤的理化性質(zhì)、氮形態(tài)、脲酶、羥胺還原酶、反硝化酶、硝化-反硝化速率及Bt蛋白的含量，并運用環(huán)境微生物多樣性測序等技術(shù)

2、，根據(jù)16S rRNA基因和nirK功能基因來研究其微生物的多樣性，分析了Bt棉根系分泌物對土壤N循環(huán)過程的影響及作用機制。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)在幼苗期、苗期及花蕾期，常規(guī)棉和轉(zhuǎn)Bt棉根系分泌物的pH由弱堿性轉(zhuǎn)變?yōu)槿跛嵝?根分泌物中水溶性碳、水溶性氮、Bt蛋白、有機酸、氨基酸及可溶性總糖隨著生育期的延長顯著上升。相同生育時期，兩種棉花根分泌物主要組成成分無差異，但是大多數(shù)組分（如水溶性碳、水溶性氮、可溶性總糖、氨基酸、有

3、機酸等）的含量表現(xiàn)為常規(guī)棉＞轉(zhuǎn)Bt棉，花蕾期轉(zhuǎn)Bt棉和常規(guī)棉分泌物各組分含量差異更顯著。甲酸為根分泌物中有機酸的主要成分，在幼苗期、苗期和花蕾期，轉(zhuǎn)Bt棉根分泌物中甲酸占有機酸含量的54％、75％、96％;而常規(guī)棉根分泌物中甲酸占有機酸含量的74％、39％、93％，因此，轉(zhuǎn)Bt棉和常規(guī)棉甲酸含量差異是引起有機酸差異的主要原因。蘇氨酸是根分泌物中氨基酸的主要成分，在花蕾期，轉(zhuǎn)Bt棉和常規(guī)棉根分泌物中蘇氨酸含量分別占總氨基酸的42％和36％

4、。與轉(zhuǎn)Bt棉相比，常規(guī)棉根系分泌物可以為植株生長提供更為豐富的碳、氮源物質(zhì)。
　　(2)純Bt蛋白、轉(zhuǎn)Bt棉花蕾期根分泌物進入土壤后，短期內(nèi)土壤Bt蛋白的降解速率較快，7天后降解速率降低，15天后Bt蛋白濃度不再降低。本實驗研究Bt蛋白降解特性，用雙常數(shù)模型進行了擬合，效果較好，并推算出轉(zhuǎn)Bt棉和純Bt蛋白處理Bt蛋白的DT50分別是:170和14.5天。
　　(3)轉(zhuǎn)Bt棉和常規(guī)棉花蕾期根分泌物、純Bt蛋白及人工模擬根分泌

5、物進入土壤后對土壤pH無顯著影響。轉(zhuǎn)Bt棉和常規(guī)棉根分泌物加快了土壤有機質(zhì)的分解，常規(guī)棉處理后作用更明顯。轉(zhuǎn)Bt棉、常規(guī)棉和純Bt蛋白處理后土壤中NH4+-N、NO3--N、NO2--N含量均大于CK處理，但各處理間無顯著差異，NO3--N、NO2--N含量會隨培養(yǎng)時間延長而增加;與CK處理相比較，人工模擬處理后土壤NO3--N、NO2--N含量呈下降趨勢。轉(zhuǎn)Bt棉、常規(guī)棉、純Bt蛋白及人工模擬根系分泌物處理均提高了土壤脲酶和羥胺還原酶

6、的活性，轉(zhuǎn)Bt棉對提高兩種酶的活性作用最強;與CK相比，其余處理均抑制了土壤硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的活性，抑制作用從強到弱的順序為:人工模擬＞常規(guī)棉＞轉(zhuǎn)Bt棉≈純Bt＞CK。從各處理對反硝化速率影響來看，轉(zhuǎn)Bt棉和純Bt蛋白處理促進了反硝化作用的進行，其余處理無顯著作用。以上結(jié)果說明，轉(zhuǎn)Bt棉根分泌物和純Bt蛋白會加快土壤中氮素轉(zhuǎn)化進程。
　　(4) MiSeq測序分析結(jié)果表明，CK、轉(zhuǎn)Bt棉和常規(guī)棉根分泌物三種處理培養(yǎng)7天后，

7、與CK相比，兩種棉花根系分泌物均提高了土壤中16S rRNA基因優(yōu)勢菌屬的數(shù)量，參與有機質(zhì)分解的酸桿菌（Acidobacteria）和綠彎菌（Chloroflexi）豐度均有增加，同時降低了作物根際碳沉積分解轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的變形菌（Proteobacteria）和放線菌（Actinobacteria）的相對豐度，常規(guī)棉根分泌物處理作用更顯著。nirK基因主要分布于反硝化細菌中，其Shannon多樣性指數(shù)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)Bt棉與CK處理差