轉基因落葉松林地土壤微生物類群的生態分布特征

馮 健 (遼寧省林業科學研究院，遼寧沈陽110032)

落葉松(Larix spp.)為松科落葉松屬落葉喬木，廣泛分布于27°50'～53°00'N，86°00'～134°00'E 的北半球溫帶山區和寒溫帶地區，約有10個種和許多變種及雜種。落葉松是我國東北、內蒙古林區以及華北、西南的高山針葉林主要森林組成樹種。落葉松樹干端直、節少、心材與邊材區別顯著、材質堅韌、結構略粗、紋理直，是松科植物中耐腐性和力學性較強的木材，適宜作建筑、橋梁、礦柱、家具及木纖維工業原料等材用［1］。

土壤微生物群落在土壤營養礦化與固定、有機質的物理和生化降解、害蟲的生物防治以及作為其他生物的食物來源等方面發揮著極為重要的作用。開展土壤微生物研究是轉基因植物生態安全評價必不可少的內容。目前，在評估轉基因植物地上部分的環境生態效應方面已有較多報道，但在轉基因植物對土壤微生物群落及活性的影響方面研究相對較少。筆者通過開展落葉松轉基因林地和對照林地土壤微生物數量的季節動態、垂直分布規律和群落組成等比較研究，進而分析轉基因落葉松植株對土壤微生物的影響［2－5］。

1 材料與方法

1.1 自然概況 試驗樣地設置在遼寧省撫順市清原滿族自治縣國營大孤家子林場，屬于中溫帶亞濕潤區，年平均氣溫3.9 ～5.4 ℃，無霜期120～139 d，平均日照2 433 h，年降水量700～850 mm。試驗地造林時間為2006年，造林密度為2 m×2 m。另外，選取鄰近的同年營造的落葉松非轉基因林地作為對照樣地。

1.2 樣品采集 按“品”字型布點，于春、夏、秋3個季節分別采集落葉松轉基因地和對照林地土樣。分表層(0～20 cm)、中層(20～40 cm)、下層(40～60 cm)采集，先取下層，再取中層，最后取表層。每個樣地隨機選擇3個點取土樣，將3個點土樣混勻后采集100 g，用無菌袋收集，帶回實驗室冰箱(0～4℃)保存。根際微生物采自距離落葉松側根周圍0.5 cm內的土壤。

1.3 研究方法 土壤微生物區系分析采用涂抹法接種，稀釋平板法測數。細菌采用牛肉蛋白胨培養基，以稀釋度為10－4～10－6的土壤稀釋液接種;放線菌采用改良高氏1號培養基，以稀釋度為10－3～10－5的土壤稀釋液接種;真菌采用PDA培養基，以稀釋度為10－3～10－5的土壤稀釋液接種，3次重復，接種后置于25～28℃培養箱培養，細菌在24～48 h、放線菌在10 ～14 d、真菌在3 ～5 d 時計數［6－9］。

2 結果與分析

2.1 落葉松轉基因林地和對照林地土壤微生物季節動態 土壤微生物的季節變化也可以反映出該地區的土壤微生物的活躍程度。土壤微生物總數，即細菌、放線菌和真菌的總和。由表1和圖1可以看出，落葉松轉基因林地和對照林地土壤微生物總數有明顯的季節變化，均以夏季最多，秋季次之，春季最少。落葉松對照林地土壤微生物總數在夏季達到最大值887.27×106cfu/g干土，而土壤微生物總數最低值出現在落葉松對照林地春季，為131.25×106cfu/g干土。對比落葉松轉基因林地和對照林地，落葉松轉基因林地土壤微生物總數呈季節性變化，但變化幅度沒有落葉松對照林地變化幅度大。在土壤微生物總數量上，兩者在不同季節均有差異，但差異不顯著。

表1 落葉松轉基因林地和對照林地土壤微生物季節動態

細菌是土壤微生物中數量最多的類群。在土壤微生物中細菌對物質循環和能量流動起著重要作用。由圖2可知，落葉松轉基因林地和對照林地土壤細菌數量有明顯的季節變化，均以夏季最多，秋季次之，春季最少。落葉松對照林地土壤細菌數量在夏季達到最大值88.70×107cfu/g干土，而土壤細菌數量最低值出現在落葉松對照林地春季，為13.10×107cfu/g干土。對比落葉松轉基因林地和對照林地，落葉松轉基因林地土壤細菌數量呈季節性變化，但變化幅度沒有落葉松對照林地變化幅度大。在土壤細菌數量上，兩者在不同季節均有差異，但差異不顯著。

放線菌是異養型的原核生物，對環境適應性強，能耐長期干旱、高溫和高濃度鹽分，并在偏堿性的土壤中生長較好。由圖3可以看出，落葉松轉基因林地和對照林地土壤放線菌數量有明顯的季節變化，均以秋季最多，春季次之，夏季最少。落葉松對照林地土壤放線菌數量在秋季達到最大值29.57×104cfu/g干土，而土壤放線菌數量最低值出現在落葉松對照林地夏季，為3.00×104cfu/g干土。對比落葉松轉基因林地和對照林地，落葉松轉基因林地土壤放線菌數量呈季節性變化，但變化幅度沒有落葉松對照林地變化幅度大。在土壤放線菌數量上，兩者在不同季節均有差異，但差異不顯著。

真菌是參與土壤有機質分解過程的主要成員之一。由圖4表明，落葉松轉基因林地和對照林地土壤真菌數量有明顯的季節變化，均以夏季最多，秋季次之，春季最少。落葉松轉基因林地土壤真菌數量在夏季達到最大值29.00×104cfu/g干土，而土壤真菌數量最低值出現在落葉松轉基因林地春季，為1.20×104cfu/g干土。對比落葉松轉基因林地和對照林地，落葉松轉基因林地土壤真菌數量呈季節性變化，變化幅度比落葉松對照林地變化幅度大。在土壤真菌數量上，兩者在不同季節均有差異，但差異不顯著。

2.2 落葉松轉基因林地和對照林地土壤微生物垂直分布 落葉松轉基因林地和對照林地不同土層深度(0～20 cm，20～40 cm和40～60 cm)主要微生物類群的分布情況如表2所示。由圖5～8可知:落葉松轉基因林地和對照林地不同土層深度土壤中各類微生物主要集中在0～20 cm的土層中，在深度為0～60 cm的土層中，同一類群的微生物數量變動范圍較大，細菌為26.30×107～88.70×107cfu/g干土，放線菌為0.50×104～11.00×104cfu/g干土，真菌為0.40×104～29.00×104cfu/g干土。同時，隨著土層深度的增加，微生物總數、細菌、放線菌和真菌呈現出減少的趨勢。

表2 落葉松轉基因林地和對照林地土壤微生物垂直分布

落葉松轉基因林地和對照林地植物種豐富，分別達到21種和17種之多，因此凋落物多，給土壤微生物的繁殖創造了條件，如土層積累較多的有機物質、養分和水分，同時，溫度和通氣狀況適宜;土壤微生物的繁殖反過來加速了土壤中有機質的轉化，由于它們的相互作用，使得落葉松轉基因林地和對照林地0～20 cm(表層)的土壤微生物數量最大。

2.3 落葉松轉基因林地和對照林地土壤微生物根際和非根際分布 根際是植物營養學、土壤學、酶學、環境科學等學術研究的交匯處，也是土壤微生態系統的重要組成部分。落葉松轉基因林地和對照林地根際微生物試驗結果表明(表3)，落葉松轉基因林地和對照林地根際微生物總數量呈季節性變化，均為夏季最多，秋季次之，春季最少，其中夏季根際微生物數量最多。根際微生物主要為細菌，占99%以上，因此，根際細菌變化規律同根際微生物總數量相一致。根際放線菌數量季節動態與根際細菌相一致，但是根際放線菌與非根際放線菌數量相比較，根際放線菌除夏季外，春季和秋季均少于非根際放線菌。根際真菌均為夏季最多，秋季次之，春季最少，其中夏季根際真菌數量最多，分別是非根際微生物數量的7.34和1.85倍，根際真菌在秋季略低于非根際真菌。落葉松轉基因林地和對照林地在根際微生物總數量、細菌數量、放線菌數量和真菌數量等方面均無顯著差異。

2.4 落葉松轉基因林地和對照林地土壤微生物組成變化 在細菌、放線菌和真菌三大類群中，細菌是落葉松轉基因林地和對照林地土壤微生物中主要的類群，占土壤微生物總數的99%以上;放線菌在三大類群中占次要地位，占土壤微生物總數的0.070% ～0.080%;而真菌數量在落葉松轉基因林地和對照林地土土壤微生物中所占的比例最小，占土壤微生物總數的0.048 7% ～0.060 0%。分析以上結果可知，細菌在落葉松轉基因林地和對照林地中，其繁殖力、競爭力以及促進土壤養分有效化和促進落葉松生長的能力可能比其他類群強;放線菌對環境敏感度最小;雖然真菌的數量較少，但真菌菌體或生物量較大，因此真菌對土壤質量的改善、植物生長的促進具有不可忽視的作用。

表3 落葉松轉基因林地和對照林地土壤微生物根際與非根際分布

3 結論與討論

通過對落葉松轉基因林地和非轉基因林地土壤微生物季節動態、垂直分布、根際分布和組成變化等方面的分析，可以看出落葉松人工林地土壤微生物數量巨大，最多為887.27×106cfu/g干土，且組成豐富;而落葉松人工林地地上植被也非常豐富，有21種之多。以上結果表明，落葉松人工林地植被組成和土壤微生物的類群結構均十分復雜，生物種類多樣，生態效益良好。

然而，有資料表明轉基因植物和工程菌釋放到土壤后，會引起原有土壤生物群落結構和功能的顯著變化。因此，必須對轉基因落葉松造林的生態風險進行長期跟蹤監測，而且需要對試驗進行科學的設計，設置適宜的對照，以分析與土壤生物群落變異評價有關的復雜問題，同時加強分子生物技術的使用，以獲得更精確的評價結果。另外，還應當注意到對轉基因生物安全性的研究是一項長期的、艱苦的任務。

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［5］韓芳，趙玉琴，趙吉.皇甫川流域不同草地類型土壤中微生物多樣性的初步研究［J］.內蒙古大學學報，2002，33(5):552 －557.

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［8］許光輝.土壤微生物分析方法手冊［M］.北京:農業出版社，1984.

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