转Bt基因棉花不同生育期对土壤微生物的影响

范巧兰，陈 耕，李永山，柴永峰，张冬梅，李燕娥

（山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000）

近年来，转基因作物及其产业化研究取得了很大成就[1]，目前至少有26种作物和树木利用转Bt基因进行虫害控制。根据农业生物技术应用国际服务组织（ISAAA）的最新报告[2]，2008年全球转基因作物种植面积达1.25×104万hm2，共有25个国家种植，其中，转基因棉花种植面积达0.155×104万hm2，占总量的12%。自Perlak等[3]首次成功将苏云金杆菌的杀虫基因转入棉花获得抗虫植株后，抗虫棉进入应用阶段。转Bt基因抗虫棉是我国批准可以大规模商品化种植的转基因植物，随着转基因植物商品化进程的加快，转基因植物的风险评价倍受人们的关注[4-7]。对转基因棉花的安全评价主要集中在地上部生态系统[8-11]，而转基因抗虫棉对土壤微生物的影响研究也逐渐成为国内外研究的热点[12-18]。评价转基因植物对土壤微生物的影响具有重要的生态学意义。

本研究比较了不同发育时期的转Bt基因棉花和常规棉花根际土壤细菌、放线菌和真菌以及不同生理菌群数量的变化，以期为建立转基因植物对土壤生态风险评价体系提供参考。

1 材料和方法

1.1 棉花品种

供试转Bt基因抗虫棉品种晋棉26号和具有相似遗传背景的常规棉花品种晋棉7号（CK）都是陆地棉（Gossypium hirsutum L）品种，分别由山西省农业科学院棉花研究所生物技术室和棉花资源组提供。晋棉26号是山西省农业科学院棉花研究所利用农杆菌介导法将Bt基因转化到晋棉7号中选育的抗虫棉品种。

1.2 试验地概况

大田试验于2009年在山西省农业科学院棉花研究所农场（运城）进行。试验地为黄壤土，肥力中等偏上，有机质含量0.89%，速效氮含量65 mg/kg，速效磷含量7 mg/kg，速效钾含量86 mg/kg，土壤pH为7.12。试验地无黄萎病和枯萎病，前茬种植作物为棉花。试验小区面积为6 m×5 m，重复3次，4月10日播种，宽窄行种植，地膜覆盖，棉田管理同生产条件下的大田管理。

1.3 取样

在棉花全生育期间，于苗期、蕾期、花铃期、吐絮期、收获期分别取大田棉花窄行土样。

1.4 根际微生物的培养与记数

根际细菌、放线菌和真菌数量的测定采用稀释平板测数法，培养基分别为牛肉膏蛋白胨、高氏1号和马丁培养基。在土壤细菌功能群中，好气固氮菌、好气性纤维分解菌、氨化细菌用稀释平板法分离记数。细菌生理群的培养基参照文献［19］介绍的方法进行配制。

1.5 统计分析

所有数据用DPS统计软件进行分析，平均数用LSD法进行比较。

2 结果与分析

2.1 转基因棉花对土壤细菌的影响

研究表明，细菌是土壤微生物最大的优势种群。转基因棉花晋棉26号与非转基因亲本晋棉7号相比，除吐絮期外，其他生育期土壤细菌数量明显增加（表1）。苗期、蕾期、花期和收获期转基因棉花晋棉26号比对照晋棉7号分别提高10.46%，15.60%，8.17%和47.57%，经t检验，差异均达到显著水平。

表1 转基因棉花不同生育期对土壤细菌的影响 ×105cfu/g

2.2 转基因棉花对土壤真菌的影响

研究表明，转基因棉花晋棉26号与非转基因亲本晋棉7号相比，土壤真菌数量差异均达到显著水平。苗期、蕾期、花期和收获期转基因棉花晋棉26号比对照晋棉7号分别提高87.40%，27.50%，49.77%和26.28%，经t检验，差异均达显著水平，而吐絮期转基因棉花真菌数量显著低于对照（表2）。

表2 转基因棉花不同生育期对土壤真菌的影响 ×103cfu/g

2.3 转基因棉花对土壤放线菌的影响

研究表明，转基因棉花晋棉26号与非转基因亲本晋棉7号相比，苗期土壤放线菌数量降低31.27%，差异达到显著水平；收获期仅降低2.69%，差异未达到显著水平；而在蕾期、花期和吐絮期分别比对照提高80.46%，100.69%和38.56%，差异达到显著水平（表3）。

表3 转基因棉花不同生育期对土壤放线菌的影响 ×105cfu/g

2.4 转基因棉花对土壤生理功能菌群的影响

2.4.1 对土壤氨化细菌的影响 试验结果表明，转基因棉花晋棉26号在蕾期、吐絮期、收获期土壤氨化细菌数量比对照晋棉7号分别增加44.75%，14.79%和27.96%，且差异均达到显著水平；而在苗期和花期比对照晋棉7号分别降低18.29%和6.30%（表4）。

2.4.2 对土壤固氮菌的影响 试验结果表明，转基因棉花晋棉26号在苗期、花期、吐絮期、收获期的土壤固氮菌数量分别比对照晋棉7号增加12.9%，100%，76.0%和14.3%，而在蕾期却降低26.4%，差异均达到显著水平（表5）。

表4 转基因棉花不同生育期对土壤氨化细菌的影响 ×105cfu/g

表5 转基因棉花不同生育期对土壤固氮菌的影响 ×103cfu/g

2.4.3 对土壤纤维菌的影响 试验结果表明，转基因棉花晋棉26号在苗期、花期和收获期的土壤纤维菌数量比非转基因亲本晋棉7号分别增加75.87%，134.32%和2.37%，而在蕾期和吐絮期比晋棉7号降低9.34%和74.06%。

表6 转基因棉花不同生育期对土壤纤维菌的影响 ×103cfu/g

3 结论与讨论

本研究结果表明，转基因棉花对土壤微生物有明显的影响，但在各个生育期各种微生物种类及其生理群表现不太一致。转基因抗虫棉对土壤中微生物数量的影响，主要原因是Bt棉的外源基因表达产物Bt杀虫晶体蛋白通过根系分泌物或作物残茬进入土壤生态系统[20]。Donegan等[12]研究发现，美国种植的转Bt基因抗虫棉土壤微生物的数量与种类在不同品种中表现不一致；Watrud等也报道，转Bt基因棉花提高了土壤细菌和真菌的数量。我国学者研究表明，转基因抗虫棉对土壤微生物种类及数量有影响[15-18]。同时，也有研究认为，转Bt基因棉可能是由于遗传修饰后植株的生理生化特性发生了变化，从而对土壤微生物产生影响，而不是表达产物的直接影响[11]。

随着转基因棉花的连续种植，根系分泌物和秸秆残叶进入土壤生态系统，转基因棉花对土壤微生物的群落结构及其土壤生态安全的影响还有待进一步研究。

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