摘要：在大田自然條件下，以轉(zhuǎn)植酸酶玉米10TPY005、非轉(zhuǎn)植酸酶親本玉米為試材，于2011年在玉米不同生育期及秸稈還田期對(duì)玉米根際土壤酶活性變化情況進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明：與親本非轉(zhuǎn)植酸酶玉米相比，轉(zhuǎn)植酸酶玉米在不同生育期及秸稈還田期對(duì)土壤蔗糖酶、土壤蛋白酶及土壤脲酶活性均無(wú)顯著影響；而對(duì)土壤酸性磷酸酶活性有顯著影響，轉(zhuǎn)植酸酶玉米的土壤酸性磷酸酶活性顯著高于親本非轉(zhuǎn)植酸酶玉米，并呈現(xiàn)出從苗期開(kāi)始逐漸上升的趨勢(shì)，而親本非轉(zhuǎn)植酸酶玉米則比較平穩(wěn)無(wú)明顯變化。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)植酸酶玉米；土壤酶活性；秸稈還田期

中圖分類號(hào)：S154.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2013）04-0075-04

植酸酶（phytase）是一種能催化植酸及其鹽類水解為肌醇與磷酸（鹽）的一類酶的總稱，具有特殊的空間結(jié)構(gòu)，能夠分離植酸分子中的磷，將植酸（鹽）降解為肌醇和無(wú)機(jī)磷，同時(shí)釋放出與植酸（鹽）結(jié)合的其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。植酸酶廣泛存在于植物、動(dòng)物和微生物中，如玉米、小麥等高等植物，以及枯草芽孢桿菌、假單孢桿菌、乳酸桿菌、大腸桿菌等原核微生物及酵母、根霉、曲霉等真核微生物。研究表明，通過(guò)植物基因工程手段使植酸酶基因在玉米中高效表達(dá)，既能降解玉米體內(nèi)的植酸、釋放無(wú)機(jī)磷，提高單胃動(dòng)物對(duì)磷的利用率，降低植酸磷對(duì)環(huán)境的污染；又能減少植酸對(duì)二價(jià)陽(yáng)離子、蛋白質(zhì)及維生素等的絡(luò)合，提高玉米的附加值，對(duì)我國(guó)發(fā)展?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)、商業(yè)品質(zhì)、加工品質(zhì)優(yōu)良的優(yōu)質(zhì)玉米具有重要的意義。

轉(zhuǎn)植酸酶玉米在種植過(guò)程中，其表達(dá)產(chǎn)物可能會(huì)通過(guò)根系分泌、植株殘?bào)w分解、秸稈還田以及花粉飄落等途徑進(jìn)入土壤生態(tài)系統(tǒng)，其含量隨作物生長(zhǎng)時(shí)期不同而變化；表達(dá)產(chǎn)物的富集可能會(huì)影響土壤中特異的生物種群和土壤中生物類群的多樣性，進(jìn)而影響土壤微生物活性（土壤酶活性）和土壤生態(tài)學(xué)過(guò)程的變化。因此，研究轉(zhuǎn)植酸酶玉米對(duì)土壤酶活性的影響對(duì)轉(zhuǎn)植酸酶玉米的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有著極為重要的意義。

目前，國(guó)內(nèi)外大部分轉(zhuǎn)植酸酶玉米的研究多局限于溫室內(nèi)或人工培養(yǎng)條件下，在自然條件下研究較少。而土壤是復(fù)雜的基質(zhì)，不同地域的土壤生態(tài)環(huán)境有可能對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不同的影響，因此溫室內(nèi)或人工培養(yǎng)條件難以真實(shí)地反映轉(zhuǎn)植酸酶玉米與根際土壤酶活性之間的關(guān)系。本試驗(yàn)于2011年在大田條件下研究了轉(zhuǎn)植酸酶玉米不同生育期及秸稈還田期對(duì)主要土壤酶活性的影響，從土壤生物學(xué)肥力方面探討了轉(zhuǎn)植酸酶玉米對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響，旨在為我國(guó)轉(zhuǎn)植酸酶玉米的土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

11試驗(yàn)材料

玉米品種為轉(zhuǎn)植酸酶玉米奧瑞金（品種為10TPY005），非轉(zhuǎn)植酸酶親本玉米（蠡玉35）及鄭單958作為對(duì)照。

供試土壤為褐土， 田間試驗(yàn)位于東平試驗(yàn)田內(nèi)，有機(jī)質(zhì)含量2119 g/kg ，堿解氮含量3342 mg/kg，速效磷含量943 mg/kg，速效鉀含量9126 mg/kg，pH為85。

12試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)田設(shè)轉(zhuǎn)植酸酶玉米、非轉(zhuǎn)植酸酶玉米（蠡玉35）和空白對(duì)照（鄭單958）3個(gè)處理，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，除空白對(duì)照外重復(fù)3次，小區(qū)面積15 m×15 m，株距20 cm，行距60 cm。玉米生育過(guò)程中不施肥不噴灑農(nóng)藥，其它按常規(guī)管理。

玉米于2011年7月10日播種， 10月22日收獲。期間在玉米苗期（7月21日）、拔節(jié)期（8月17日）、喇叭口期（8月25日）、抽雄期（8月31日）、抽絲期（9月7日）、乳熟期（10月17日）分別取土樣。采用五點(diǎn)取樣法，每小區(qū)取接近玉米根際土樣5個(gè)。取土樣深度15 cm左右，輕輕去除2 cm表層土，將剩下的土放入滅菌封口袋中做好標(biāo)記，帶回實(shí)驗(yàn)室，土壤風(fēng)干后過(guò)1 mm 孔徑篩，充分混勻備用。

玉米生育期結(jié)束后于2011年11月18日對(duì)其秸稈進(jìn)行粉碎并還田，還田地點(diǎn)為山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所溫室試驗(yàn)田，將粉碎的轉(zhuǎn)植酸酶玉米、親本玉米及空白對(duì)照玉米的秸稈與土壤混合均勻分別裝于10個(gè)花盆，再將花盆埋入土中。分別于還田一期（11月23日）、還田二期（11月30日）、還田三期（12月7日）、還田四期（12月14日）還田五期（12月22日）進(jìn)行取樣，取樣時(shí)每組隨機(jī)取5個(gè)樣品，采集方法同上。

13測(cè)定的指標(biāo)和方法

將不同生育期及秸稈還田期采集的土樣，風(fēng)干、磨碎、過(guò)篩，保存。土壤蔗糖酶活性[μg/（g干土·d）]采用3，5-二硝基水楊酸法測(cè)定； 土壤脲酶活性采用尿素剩余量法測(cè)定； 土壤蛋白酶活性采用茚三酮比色法測(cè)定； 土壤酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法測(cè)定。測(cè)定步驟及方法均參照Alef[1]的方法。土壤酶活性測(cè)定全部采用過(guò)1 mm 孔徑篩的風(fēng)干土壤。

14數(shù)據(jù)分析

測(cè)定的數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值，數(shù)據(jù)經(jīng)Excel整理后，采用SPSS 160軟件進(jìn)行方差分析，多重比較采用鄧肯氏新復(fù)極差檢驗(yàn)法（簡(jiǎn)稱DMRT法） 。

2結(jié)果與分析

21轉(zhuǎn)植酸酶玉米對(duì)土壤蔗糖酶的影響

土壤蔗糖酶能水解蔗糖生成葡萄糖和果糖，其活性強(qiáng)弱能表征土壤熟化程度和肥力水平[1～3]。

3討論

土壤酶在土壤有機(jī)物分解和營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)過(guò)程中起到不可或缺的作用，影響土壤生態(tài)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化、土壤微生態(tài)的環(huán)境質(zhì)量和作物產(chǎn)量； 其活性受土壤中有機(jī)物含量影響較大，可用來(lái)表征土壤中微生物的活性和土壤肥力的等級(jí)。在常溫、常壓和適宜的pH 值土壤環(huán)境條件下，土壤酶能大大加快土壤中C、H、P、S 等營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)利用，促進(jìn)腐殖物質(zhì)的合成和分解，以及各類有機(jī)物質(zhì)的水解和轉(zhuǎn)化[4]。不同作物及秸稈還田對(duì)不同種類土壤酶的活性影響不同。

研究轉(zhuǎn)植酸酶玉米和親本玉米不同土壤酶活性的變化規(guī)律及趨勢(shì)特點(diǎn)，能夠?yàn)樘剿鬓D(zhuǎn)基因作物根際微生態(tài)機(jī)理和評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)植酸酶玉米的環(huán)境釋放對(duì)土壤生態(tài)及根際微環(huán)境的影響提供理論依據(jù)。從本試驗(yàn)大田環(huán)境下的研究結(jié)果可以看出，轉(zhuǎn)植酸酶玉米在不同生育期及秸稈還田期土壤蔗糖酶活性略高于親本玉米，其土壤蔗糖酶活性變化趨勢(shì)基本一致。在玉米不同生育期內(nèi)，轉(zhuǎn)植酸酶玉米與親本玉米的土壤蛋白酶活性沒(méi)有顯著差異；在秸稈還田期，轉(zhuǎn)植酸酶玉米的土壤蛋白酶活性略低于親本玉米，但差異不顯著。在玉米不同生育期，轉(zhuǎn)植酸酶玉米與親本玉米的土壤脲酶活性基本一致；在秸稈還田期，轉(zhuǎn)植酸酶玉米的土壤脲酶活性略高于親本玉米，但差異也不顯著。在玉米不同生育期及秸稈還田期，轉(zhuǎn)植酸酶玉米的土壤酸性磷酸酶活性顯著高于親本玉米。這說(shuō)明轉(zhuǎn)植酸酶玉米顯著提高了土壤酸性磷酸酶的活性，進(jìn)而對(duì)土壤中磷酸酯的水解會(huì)起到一定的促進(jìn)作用。

土壤作為生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的重要場(chǎng)所，其構(gòu)成機(jī)制較復(fù)雜，除作物種植及秸稈還田外，自然條件和農(nóng)業(yè)管理措施等重要因素也會(huì)引起土壤微生態(tài)的波動(dòng)[5]。目前關(guān)于轉(zhuǎn)植酸酶玉米對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)尤其是土壤酶活性的影響尚無(wú)明確的結(jié)論，因此急需在不同地區(qū)以及不同土壤類型條件下開(kāi)展長(zhǎng)期定位觀測(cè)試驗(yàn)，以研究轉(zhuǎn)植酸酶降解規(guī)律、土壤肥力變化以及土壤多樣性變化與土壤酶活性變化的關(guān)系等，從不同角度開(kāi)展系統(tǒng)的研究，并將其與耕種方式、水肥管理等措施的影響相聯(lián)系，從而對(duì)轉(zhuǎn)植酸酶玉米的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及環(huán)境安全性作出系統(tǒng)、全面的評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Alef K， Nannipieri P.Methods in applied soil microbiology and biochemistry[M].New York： Academic Press， 1995.

[2]Guan S Y Study way of soil enzymes[M] Beijing： China Agriculture Press，1986.

[3]Zhou L K， Zhang Z M Determination of soil enzyme activity[J].Chinese Journal of Soil Science， 1980， 11（5） ： 37-38.

[4]Liu W， Lu H H ，Wu W X ，et al.Transgenic Bt rice does not affect enzyme activities and microbial composition in the thizosphere during crop development[J].Soil Biology and Biochemistry， 2008， 40（2）： 475-486

[5]Bruinsma M， Kowalchuk G A， Van Veen J A.Effects of genetically modified plants on microbial communities and processes in soil[J].Biology and Fertility of Soils， 2003， 37（6）： 329-337