轉Bt基因棉花不同生育期對土壤微生物的影響

范巧蘭，陳 耕，李永山，柴永峰，張冬梅，李燕娥

（山西省農業科學院棉花研究所，山西運城044000）

近年來，轉基因作物及其產業化研究取得了很大成就[1]，目前至少有26種作物和樹木利用轉Bt基因進行蟲害控制。根據農業生物技術應用國際服務組織（ISAAA）的最新報告[2]，2008年全球轉基因作物種植面積達1.25×104萬hm2，共有25個國家種植，其中，轉基因棉花種植面積達0.155×104萬hm2，占總量的12%。自Perlak等[3]首次成功將蘇云金桿菌的殺蟲基因轉入棉花獲得抗蟲植株后，抗蟲棉進入應用階段。轉Bt基因抗蟲棉是我國批準可以大規模商品化種植的轉基因植物，隨著轉基因植物商品化進程的加快，轉基因植物的風險評價倍受人們的關注[4-7]。對轉基因棉花的安全評價主要集中在地上部生態系統[8-11]，而轉基因抗蟲棉對土壤微生物的影響研究也逐漸成為國內外研究的熱點[12-18]。評價轉基因植物對土壤微生物的影響具有重要的生態學意義。

本研究比較了不同發育時期的轉Bt基因棉花和常規棉花根際土壤細菌、放線菌和真菌以及不同生理菌群數量的變化，以期為建立轉基因植物對土壤生態風險評價體系提供參考。

1 材料和方法

1.1 棉花品種

供試轉Bt基因抗蟲棉品種晉棉26號和具有相似遺傳背景的常規棉花品種晉棉7號（CK）都是陸地棉（Gossypium hirsutum L）品種，分別由山西省農業科學院棉花研究所生物技術室和棉花資源組提供。晉棉26號是山西省農業科學院棉花研究所利用農桿菌介導法將Bt基因轉化到晉棉7號中選育的抗蟲棉品種。

1.2 試驗地概況

大田試驗于2009年在山西省農業科學院棉花研究所農場（運城）進行。試驗地為黃壤土，肥力中等偏上，有機質含量0.89%，速效氮含量65 mg/kg，速效磷含量7 mg/kg，速效鉀含量86 mg/kg，土壤pH為7.12。試驗地無黃萎病和枯萎病，前茬種植作物為棉花。試驗小區面積為6 m×5 m，重復3次，4月10日播種，寬窄行種植，地膜覆蓋，棉田管理同生產條件下的大田管理。

1.3 取樣

在棉花全生育期間，于苗期、蕾期、花鈴期、吐絮期、收獲期分別取大田棉花窄行土樣。

1.4 根際微生物的培養與記數

根際細菌、放線菌和真菌數量的測定采用稀釋平板測數法，培養基分別為牛肉膏蛋白胨、高氏1號和馬丁培養基。在土壤細菌功能群中，好氣固氮菌、好氣性纖維分解菌、氨化細菌用稀釋平板法分離記數。細菌生理群的培養基參照文獻［19］介紹的方法進行配制。

1.5 統計分析

所有數據用DPS統計軟件進行分析，平均數用LSD法進行比較。

2 結果與分析

2.1 轉基因棉花對土壤細菌的影響

研究表明，細菌是土壤微生物最大的優勢種群。轉基因棉花晉棉26號與非轉基因親本晉棉7號相比，除吐絮期外，其他生育期土壤細菌數量明顯增加（表1）。苗期、蕾期、花期和收獲期轉基因棉花晉棉26號比對照晉棉7號分別提高10.46%，15.60%，8.17%和47.57%，經t檢驗，差異均達到顯著水平。

表1 轉基因棉花不同生育期對土壤細菌的影響 ×105cfu/g

2.2 轉基因棉花對土壤真菌的影響

研究表明，轉基因棉花晉棉26號與非轉基因親本晉棉7號相比，土壤真菌數量差異均達到顯著水平。苗期、蕾期、花期和收獲期轉基因棉花晉棉26號比對照晉棉7號分別提高87.40%，27.50%，49.77%和26.28%，經t檢驗，差異均達顯著水平，而吐絮期轉基因棉花真菌數量顯著低于對照（表2）。

表2 轉基因棉花不同生育期對土壤真菌的影響 ×103cfu/g

2.3 轉基因棉花對土壤放線菌的影響

研究表明，轉基因棉花晉棉26號與非轉基因親本晉棉7號相比，苗期土壤放線菌數量降低31.27%，差異達到顯著水平；收獲期僅降低2.69%，差異未達到顯著水平；而在蕾期、花期和吐絮期分別比對照提高80.46%，100.69%和38.56%，差異達到顯著水平（表3）。

表3 轉基因棉花不同生育期對土壤放線菌的影響 ×105cfu/g

2.4 轉基因棉花對土壤生理功能菌群的影響

2.4.1 對土壤氨化細菌的影響 試驗結果表明，轉基因棉花晉棉26號在蕾期、吐絮期、收獲期土壤氨化細菌數量比對照晉棉7號分別增加44.75%，14.79%和27.96%，且差異均達到顯著水平；而在苗期和花期比對照晉棉7號分別降低18.29%和6.30%（表4）。

2.4.2 對土壤固氮菌的影響 試驗結果表明，轉基因棉花晉棉26號在苗期、花期、吐絮期、收獲期的土壤固氮菌數量分別比對照晉棉7號增加12.9%，100%，76.0%和14.3%，而在蕾期卻降低26.4%，差異均達到顯著水平（表5）。

表4 轉基因棉花不同生育期對土壤氨化細菌的影響 ×105cfu/g

表5 轉基因棉花不同生育期對土壤固氮菌的影響 ×103cfu/g

2.4.3 對土壤纖維菌的影響 試驗結果表明，轉基因棉花晉棉26號在苗期、花期和收獲期的土壤纖維菌數量比非轉基因親本晉棉7號分別增加75.87%，134.32%和2.37%，而在蕾期和吐絮期比晉棉7號降低9.34%和74.06%。

表6 轉基因棉花不同生育期對土壤纖維菌的影響 ×103cfu/g

3 結論與討論

本研究結果表明，轉基因棉花對土壤微生物有明顯的影響，但在各個生育期各種微生物種類及其生理群表現不太一致。轉基因抗蟲棉對土壤中微生物數量的影響，主要原因是Bt棉的外源基因表達產物Bt殺蟲晶體蛋白通過根系分泌物或作物殘茬進入土壤生態系統[20]。Donegan等[12]研究發現，美國種植的轉Bt基因抗蟲棉土壤微生物的數量與種類在不同品種中表現不一致；Watrud等也報道，轉Bt基因棉花提高了土壤細菌和真菌的數量。我國學者研究表明，轉基因抗蟲棉對土壤微生物種類及數量有影響[15-18]。同時，也有研究認為，轉Bt基因棉可能是由于遺傳修飾后植株的生理生化特性發生了變化，從而對土壤微生物產生影響，而不是表達產物的直接影響[11]。

隨著轉基因棉花的連續種植，根系分泌物和秸稈殘葉進入土壤生態系統，轉基因棉花對土壤微生物的群落結構及其土壤生態安全的影響還有待進一步研究。

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