水稻轉(zhuǎn)Bt基因?qū)Φ咎锿寥拦夂咸脊潭ê臀⑸锒鄻有缘挠绊懷芯?pdf

1、近年來(lái)，隨著轉(zhuǎn)Bt基因植物的大量環(huán)境釋放，轉(zhuǎn)基因作物的生態(tài)安全問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注與重視。尤其外源性基因(包括目的基因、標(biāo)記基因和啟動(dòng)子等)的插入打亂了原有的基因網(wǎng)絡(luò)，可能引起轉(zhuǎn)基因作物的生理生化過(guò)程或光合產(chǎn)物代謝途徑的改變，并由此導(dǎo)致以根系分泌物為底物和能源的微生物種群結(jié)構(gòu)和活性變化，從而對(duì)農(nóng)田土壤質(zhì)量造成負(fù)面影響。本研究針對(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)Bt基因植物農(nóng)田生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中關(guān)注的主要問(wèn)題，以轉(zhuǎn)Bt基因水稻“克螟稻”和親本水稻“秀水11”為

2、試材，通過(guò)13C穩(wěn)定態(tài)同位素脈沖標(biāo)記技術(shù)，闡明了轉(zhuǎn)Bt基因克螟稻及其親本各器官(根、莖、葉)光合產(chǎn)物瞬時(shí)分配的差異以及水稻轉(zhuǎn)Bt基因?qū)ν寥烙袡C(jī)碳固定和微生物種群結(jié)構(gòu)多樣性的影響。在此基礎(chǔ)上通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn)，對(duì)比殺蟲劑施用和轉(zhuǎn)Bt基因水稻種植對(duì)水稻根際微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性的影響。研究結(jié)果為“克螟稻”等轉(zhuǎn)Bt基因水稻大規(guī)模釋放的農(nóng)田土壤生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供了重要依據(jù)，并為同類研究提供了可借鑒的研究方法。具體研究結(jié)果如下： 以克螟稻

3、和親本稻秀水11為研究對(duì)象，在溫室條件下探討了水稻不同生育期旗葉光合作用及其相關(guān)酶活性的變化。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)Bt基因促進(jìn)水稻拔節(jié)期和抽穗期旗葉光合速率和葉綠素含量顯著升高。成熟期轉(zhuǎn)Bt基因水稻與親本水稻旗葉各生理指標(biāo)無(wú)顯著性差異。表明外源Bt基因的插入會(huì)引發(fā)水稻生長(zhǎng)過(guò)程中光合生理特性的顯著性變化，這種變化對(duì)農(nóng)田土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性影響有待進(jìn)一步研究。 基于轉(zhuǎn)Bt基因?qū)λ竟夂咸匦缘娘@著影響，應(yīng)用13C穩(wěn)定態(tài)同位素脈沖標(biāo)記技術(shù)分析了水稻轉(zhuǎn)Bt基

4、因?qū)χ参锷L(zhǎng)過(guò)程光合產(chǎn)物固定、分配及其根際活性微生物種群結(jié)構(gòu)多樣性的影響。結(jié)果表明，隨著水稻生長(zhǎng)，植物地上部分固定13C的含量逐漸升高，而地下部分和土壤微生物中固定的13C含量呈緩慢降低；苗期、拔節(jié)期和抽穗期轉(zhuǎn)Bt基因克螟稻與親本水稻葉片中13C含量呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)，然而在水稻生長(zhǎng)的成熟期未觀察到兩者之間的顯著性差異；苗期、拔節(jié)期和抽穗期，轉(zhuǎn)Bt基因水稻根際革蘭氏陽(yáng)性菌(G+)代表性脂肪酸含量顯著低于其親本水稻(P<0.0

5、5)，革蘭氏陰性菌( G-)代表性脂肪酸含量則明顯高于其親本水稻(P<0.05)，但在成熟期，兩種水稻根際之間G+、G-以及磷脂脂肪酸總含量未呈現(xiàn)顯著性差異(P>0.05)；此外，在水稻生長(zhǎng)的整個(gè)過(guò)程中，轉(zhuǎn)Bt基因?qū)λ靖H土壤真菌和放線菌代表性磷脂脂肪酸含量無(wú)顯著性影響(P>0.05)?？傮w而言，兩種水稻瞬間光合產(chǎn)物優(yōu)先進(jìn)入根際革蘭氏陽(yáng)性菌(16:0)，真菌(c18:2ω6)和革蘭氏陰性菌(c18:1)中。結(jié)果表明，cylAb基因的插

6、入對(duì)苗期、拔節(jié)期和抽穗期水稻光合產(chǎn)物的分配以及根際細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)具有顯著性影響，但這種影響并不持續(xù)到成熟期。 以13C標(biāo)記的轉(zhuǎn)Bt基因和親本稻秸稈為試材，在溫室條件下，通過(guò)秸稈還土試驗(yàn)探討水稻轉(zhuǎn)Bt基因?qū)ν寥烙袡C(jī)碳固定效應(yīng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，秸稈添加可顯著提高淹水土壤甲烷和二氧化碳的排放通量。水稻根際微環(huán)境對(duì)秸稈的降解具有顯著性的促進(jìn)作用，秸稈降解過(guò)程中根際土壤有機(jī)碳(SOC)、溶解性有機(jī)碳(DOC)、微生物量碳(MBC)含量以及甲

7、烷和二氧化碳排放速率均顯著高于非根際土壤；與親本水稻秸稈降解相比，水稻轉(zhuǎn)Bt基因?qū)ΩH和非根際區(qū)域秸稈的降解、土壤有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳和微生物量碳含量以及甲烷和二氧化碳的排放通量無(wú)顯著性影響。變性梯度凝膠電泳(DGGE)圖譜及其主成份(PCA)分析表明，水稻秸稈的添加對(duì)淹水土壤和水稻根際土壤產(chǎn)甲烷古菌的種群結(jié)構(gòu)多樣性具有一定的影響，但水稻轉(zhuǎn)Bt基因則對(duì)淹水土壤和水稻根際產(chǎn)甲烷古菌沒(méi)有顯著性影響(P>0.05)。 通過(guò)田間試驗(yàn)，對(duì)

8、比分析了水稻轉(zhuǎn)Bt基因和殺蟲劑施用對(duì)稻田土壤微生物學(xué)活性和根際細(xì)菌種群多樣性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)水稻生長(zhǎng)過(guò)程中根際土壤生物學(xué)活性發(fā)生顯著性變化(P<0.05)，但轉(zhuǎn)Bt crylAb基因和三唑磷殺蟲劑的施用均未對(duì)水稻根際土壤磷酸酶活性、脫氫酶活性、厭氧呼吸強(qiáng)度和產(chǎn)甲烷活性造成顯著性影響(P>0.05)。而水稻不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)水稻根際土壤微生物學(xué)活性有顯著性影響(P<0.05)。PCR-DGGE分子指紋圖譜分析表明，三唑磷殺蟲劑施用對(duì)拔節(jié)期和抽