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随着Bt玉米的大面积商品化种植,其秸秆中释放的杀虫蛋白的环境行为及其生态风险等问题成为全球关注的焦点。本文以7个不同品系的Bt玉米(1246×1482、NK58、5422Bt1、34824、5422CBCL、R×601RRYG和H9235Bt/RR)秸秆为材料,在室内和田间研究其秸秆释放的Bt蛋白在土壤和水体中的降解动态。具体研究了温度、含水量、pH值对其在土壤中降解,以及温度、pH值、光照对其在水体中降解的影响,并采用落袋法研究了两个品系(1246×1482和34824)秸秆在室内模拟地表覆盖淹水与非淹水条件下Bt蛋白的降解规律,以及在田间两个品系(1246×1482和H9235Bt/RR)秸秆埋入土壤和地表覆盖两种还田方式下Bt蛋白的降解动态。主要研究结果有:
1.土壤降解:Bt玉米秸秆释放的Bt蛋白在土壤中不会富集,但残留时间较长。土壤温度、含水量和pH值对Bt蛋白的降解有显著的影响,且对不同Bt玉米品种的影响不同。其中,温度是影响Bt蛋白降解的主要因素之一,温度越高,Bt蛋白降解越快(35℃>25℃>15℃)。低湿条件下,Bt蛋白降解较快,厌氧条件下,Bt蛋白降解缓慢(含水量为25%的土壤>含水量为50%的土壤>含水量为100%的土壤)。在土壤pH值中性或偏碱性条件下,Bt蛋白降解较快。总之,高温碱性低湿的土壤中,Bt蛋白降解较快,而低温酸性厌氧条件下则不利于Bt蛋白的降解。
2.水体降解:秸秆中Bt蛋白在水体中的降解动态与其在土壤中的降解规律类似。温度对Bt蛋白的降解影响最大,温度越高,Bt蛋白降解越快(35℃>25℃>15℃)。pH值对Bt蛋白降解的影响没有温度明显,中性或偏碱性的水体条件有利于Bt蛋白的降解。光照对Bt蛋白降解有一定影响,光照条件较非光照降解快。
3.室内模拟地表覆盖降解:1246×1482和34824秸秆中Bt蛋白在室内自然温度等条件下的降解速度均远远快于室内人工气候箱的速度。1 d内两品种淹水条件下均已降解了初始量的87%以上,非淹水均己降解了初始量的80%左右,1周内均已降解了90%以上。自然条件下,秸秆分解初期,水分对Bt蛋白降解有一定的促进作用。
4.田间降解:1246×1482和H9235Bt/RR秸秆中Bt蛋白在田间自然条件下的降解速度均远远快于室内人工气候箱的速度。前1周内Bt蛋白均己降解了初始量的90%以上,不同还田方式对Bt蛋白降解影响不同,秸秆分解初期,其Bt蛋白在地表覆盖条件下比埋入土壤降解稍快。
本研究证实,Bt玉米秸秆分解180 d时,用ELISA法仍可在各处理的土壤或水体中检测到微量的Bt蛋白,残留的Bt蛋白是否达到生物有效活性浓度还需要用生测法进行验证。本研究为转Bt基因玉米的环境风险评价提供了一定的理论依据,今后还应进一步明确Bt作物秸秆还田过程中Bt蛋白降解的影响因素,以开展长期的定位监测与研究。