富含S氨基酸转基因大豆对土壤微生物群落的影响评价研究

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自从上世纪70年代转基因技术发明以来,越来越多的基因修饰的植物被引入并且被商业化推广。1996年,第一个抗草甘膦转基因大豆品种在美国被种植。以后便有更多的转基因大豆品种被报道,转基因品质改良大豆便是其中热点之一。然而,随着研究的深入,随着转基因大豆种植而带来的潜在的生态风险已经得到重视,如转基因大豆的花粉漂移、杂草化等已经有系统的研究。但是,种植转基因大豆对土壤微生物群落结构和功能的影响尚缺乏系统的研究。土壤系统是一个重要的复杂的生态系统。其中,土壤微生物在土壤生态系统中扮演着重要作用,它们参与了土壤结构的形成、营养物质的循环等一系列过程。转基因植物根系分泌物及其残体进入土壤后,会和土壤微生物产生相互作用,从而影响微生物群落的代谢过程,土壤微生物的结构功能多样性有可能会受到影响。基于土壤微生物的重要性,研究转基因植物对微生物的影响具有重大的生态保护意义,同时由于土壤安全评价是转基因植物环境安全评价的重要组成部分,所以研究和引入科学的土壤微生态评价方法显得十分重要。  本实验选用以南农88-1为受体(CK1)的转基因大豆品系OE-8、OE-7、RNAi-3(受体品种A组)以及以N2899为受体(CK2)的转基因大豆品系Gagal17-4、Gagal21-8、Gagal57(受体品种B组)为材料,研究了在大田种植条件下,转基因品质改良大豆对土壤微生物功能、群落结构及遗传结构的影响;分析了土壤中主要营养元素的变化;相关的土壤酶活性差异;提取土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFA)作为标记,利用气质联用(GC-MS)技术分析了转基因大豆对土壤微生物群落结构的影响;基于16S rDNA的基因的V3保守区,应用PCR-DGGE分子生物学技术探讨了对细菌群落的遗传多样性的影响。另外,基于以上指标,利用模糊数学的方法,系统的提出了一种可行的土壤环境安全评价模型。  研究结果表明,与非转基因大豆相比,转基因品种部分理化性质和酶活性有显著变化,且与基因型有关:其中,S元素转基因品种显著下降而C、N元素变化不明显,但是受体品种A组与受体品种B组之间差别较大,这说明与大豆品种的遗传背景有关。  种植转基因大豆后,磷酸酶、蔗糖转化酶变化并不明显,但是脲酶活性却在受体品种A组与受体品种B组中转基因及其受体之间发生变化,推测可能是转基因大豆分泌的蛋白改变了土壤的N循环。  通过对磷脂脂肪酸甲脂的GC-MS分析,在两组实验中,一共检测到27种特异脂肪酸。受体品种A组中,16∶0、17∶0、10Me18∶0、18∶1w7c、18∶1w8等表现出明显差异,而受体品种B组中,15∶0、16∶0、10Me17∶0、16∶1w7c,18∶1w8、cy17∶0、cy19∶0表现出不同。在以CK1为受体的转基因大豆品系中,转基因品系OE-8中革兰氏阳性菌、总细菌以及总PLFA含量较CK1都有显著提高;品系OE-7和RNAi-3土壤样品中各PLFA含量和CK1相比差异不显著。在以CK2为受体转基因大豆品系中,品系Gagal17-4和Gagal57中的革兰氏阳性菌、总细菌以及总PLFA含量和CK2相比有极显著的提高,而其他品系(Gagal21-8)和CK2没有显著差异。  基于16S rDNA的PCR-DGGE指纹图谱结果显示,受体品种A组与受体品种B组组根际微生物在条带位置和数量上相差不大,土壤微生物遗传结构并没有发生较大变化。  基于模糊数学的模型综合以上各项指标得出土壤评价指数,结果表明,除了受体品种A组中品系OE-8和受体品种B组中品系Gagal17-4外,其他品系的根际土壤的变化应该在一个范围内,其中C/N作为最主要的环境因素介导了这些变化。  综合实验分析结果表明,转基因品质改良大豆品系的种植会引起部分土壤元素含量、酶活、群落部分菌群显著变化,土壤微生物群落遗传多样性未发生显著变化。上述指标之间的相互作用尚留待进一步深入探讨。
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