劉慧璐，范巧蘭，王 慧，李永山，席吉龍 ，楊 娜 ，席天元 ，常鐵牛 ，陶民剛

（1.山西大學(xué)生物工程學(xué)院，山西太原030006；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運(yùn)城044000）

大豆作為重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，由于其具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，因而有著很大市場(chǎng)。隨著世界人口規(guī)模的增長(zhǎng)，人們對(duì)大豆的需求越來(lái)越大，但傳統(tǒng)非轉(zhuǎn)基因大豆由于一些基因?qū)傩浴h(huán)境條件脅迫、種植面積限制等，難以滿足新增人口的需求，因此，轉(zhuǎn)基因大豆受到了越來(lái)越多的重視。根據(jù)國(guó)際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織（ISAAA）報(bào)告，1993年美國(guó)批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因大豆商業(yè)化種植，次年孟山都培育的抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆在美國(guó)、巴西和阿根廷進(jìn)行大面積推廣。到2016年，全球轉(zhuǎn)基因大豆面積已經(jīng)達(dá)到9 140萬(wàn)hm2，占大豆總面積的78%，其中，抗草甘膦大豆是種植最為廣泛的轉(zhuǎn)基因大豆[1]。隨著轉(zhuǎn)基因作物大面積推廣及人們環(huán)境意識(shí)的提高，轉(zhuǎn)基因作物生態(tài)安全得到了越來(lái)越多的重視，轉(zhuǎn)基因作物對(duì)土壤環(huán)境的影響成為其中的研究熱點(diǎn)。孫彩霞等[2]早在2003年就研究了轉(zhuǎn)Bt基因水稻對(duì)土壤酶的影響。前人進(jìn)行了許多關(guān)于轉(zhuǎn)基因作物對(duì)土壤環(huán)境影響的研究[3-6]，還有關(guān)于轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤微生物影響的研究[7-8]。李相全[9]、陶波[10]、梁晉剛[11]、吳凡[12]、章秋艷[13]和喬琦[14]也研究了種植轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤酶活性的影響。陶波等[15]還研究了轉(zhuǎn)基因大豆秸稈不同施入量對(duì)土壤脲酶、脫氫酶以及蔗糖酶的影響。但由于試驗(yàn)采用的材料、選測(cè)的酶種類(lèi)、試驗(yàn)環(huán)境及管理不統(tǒng)一，最終獲得的結(jié)果也不盡相同。有關(guān)山西省種植草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤酶活性的影響尚未見(jiàn)報(bào)道。

本試驗(yàn)選用2個(gè)常用的抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆品種和1個(gè)傳統(tǒng)大豆品種為試材，在盆栽試驗(yàn)條件下研究其對(duì)土壤酶活性的影響，旨在為轉(zhuǎn)基因大豆生態(tài)安全評(píng)價(jià)提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在山西省農(nóng)科院棉花研究所內(nèi)進(jìn)行，所用土壤取自山西省農(nóng)科院棉花研究所農(nóng)場(chǎng)，從未種植過(guò)任何轉(zhuǎn)基因作物。土壤為黃壤土，有機(jī)質(zhì)0.89%，速效氮65 mg/kg，速效磷7 mg/kg，速效鉀86 mg/kg。播種前過(guò)2 mm篩并充分混勻，進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)材料

供試大豆品種為抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆TN1和94Y20以及傳統(tǒng)大豆運(yùn)豆101共3個(gè)品種。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，分別為3個(gè)大豆品種，每個(gè)處理設(shè)15次重復(fù)，于2016年5月12日和2017年6月12日進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。試驗(yàn)前進(jìn)行篩土、去雜質(zhì)、混勻，每盆裝土7 kg，播前施肥，每千克土按N 0.15 g，P2O50.1 g和K2O 0.1 g施肥，出苗后要定期隨機(jī)變換盆的位置（15 d一次），定期澆水。每個(gè)品種設(shè)15盆，試驗(yàn)實(shí)施時(shí)，分別在苗期（7月18日）、鼓粒期（8月18日）及成熟期（10月29日）進(jìn)行破壞性采樣，各處理分別取3個(gè)盆，用土鉆環(huán)繞植株的根際周?chē)@孔，鉆取深度為20 cm，每盆取3孔，將土樣合并，作為1個(gè)重復(fù)，去雜質(zhì)混勻，裝入自封袋，一部分貯存在-80℃冰箱，一部分風(fēng)干進(jìn)行土壤酶測(cè)定分析。

1.4 土壤酶活性測(cè)定方法

脲酶測(cè)定采用苯酚-次氯酸鈉比色法（NH4+-N，37℃，24 h）[16]；過(guò)氧化氫酶測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法（0.1 mol/L KMnO4，mL/g）[4]；蔗糖酶測(cè)定采用 3，5-二硝基水楊酸比色法（glu，mg/g，37 ℃，24 h）[16]；堿性磷酸酶測(cè)定采用磷酸苯二鈉比色法（PhOH，37℃，24 h）[16]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所得數(shù)據(jù)通過(guò)Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 20.0進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤脲酶的影響

由表1可知，種植3種大豆的土壤脲酶活性均表現(xiàn)為隨生育期推后逐漸減小的趨勢(shì)，表現(xiàn)為苗期＞鼓粒期＞成熟期。2種轉(zhuǎn)基因大豆TN1和94Y20在苗期土壤脲酶活性相近，分別比傳統(tǒng)大豆運(yùn)豆101高23.95%和33.33%；在鼓粒期，酶活性大小依次為T(mén)N1＞94Y20＞運(yùn)豆101；在成熟期，轉(zhuǎn)基因大豆品種TN1，94Y20和傳統(tǒng)大豆的土壤脲酶活性大小順序不同，酶活性排序?yàn)檫\(yùn)豆101＞94Y20＞TN1，不同生育期的3個(gè)處理間的差異均未達(dá)到顯著水平。

表1 轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤脲酶的影響 mg/kg

2.2 轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤蔗糖酶的影響

從表2可以看出，3個(gè)生育期內(nèi)，3種大豆蔗糖酶活性呈波動(dòng)趨勢(shì)，均在鼓粒期達(dá)到低值，先降低再升高。苗期和鼓粒期蔗糖酶活性均表現(xiàn)為T(mén)N1＞運(yùn)豆101＞94Y20；TN1和94Y20均與運(yùn)豆101之間差異不顯著，TN1與94Y20之間差異達(dá)到顯著水平；成熟期蔗糖酶活性94Y20＞運(yùn)豆101＞TN1，但三者間差異不顯著。

表2 轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤蔗糖酶的影響 mg/g

2.3 轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶的影響

從表3可以看出，3種大豆鼓粒期的過(guò)氧化氫酶活性最高，呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)。轉(zhuǎn)基因品種TN1整個(gè)生育期酶活性都高于另外2種大豆。各生育期3個(gè)處理之間差異均不顯著。

表3 轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶的影響 mL/g

2.4 轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤堿性磷酸酶的影響

表4 轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤堿性磷酸酶影響 mg/kg

從表4可以看出，大豆94Y20和傳統(tǒng)大豆運(yùn)豆101各生育期酶活性趨勢(shì)為先升高再降低，3種大豆在成熟期堿性磷酸酶活性最低。試驗(yàn)結(jié)果顯示，苗期活性大小依次為T(mén)N1＞運(yùn)豆101＞94Y20；鼓粒期活性大小依次為運(yùn)豆101＞94Y20＞TN1；成熟期的規(guī)律為T(mén)N1＞94Y20＞運(yùn)豆101。不同生育期各處理間均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

3 討論與結(jié)論

轉(zhuǎn)基因作物會(huì)直接和間接地影響土壤環(huán)境，直接影響是轉(zhuǎn)基因成分通過(guò)地上部凋落和根系分泌的方式將外源基因成分導(dǎo)入土壤；間接影響是轉(zhuǎn)基因成分在作物體內(nèi)引起作物生理性狀發(fā)生改變，生理代謝活動(dòng)對(duì)土壤環(huán)境的影響[14]。土壤酶是土壤環(huán)境重要的組成部分之一，與土壤環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化密不可分。脲酶、磷酸酶、蔗糖酶等是指示土壤養(yǎng)分元素循環(huán)的重要指標(biāo)；過(guò)氧化氫酶起到協(xié)調(diào)土壤過(guò)氧化氫毒素的作用，可以保護(hù)土壤環(huán)境[14]。已有研究表明，種植轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤脫氫酶、脲酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶、纖維素酶活性均無(wú)影響[9，11，13-14]。吳凡等[12]試驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)盛花期根際土酸性磷酸酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶和脲酶活性無(wú)影響。陶波等[10]的盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)根際和非根際土壤酶活性具有一定的影響，出苗后轉(zhuǎn)基因大豆脲酶活性高于非轉(zhuǎn)基因大豆，并達(dá)到極顯著水平。

本研究表明，抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆在同時(shí)期對(duì)土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性影響不顯著，個(gè)別生育期土壤蔗糖酶活性在轉(zhuǎn)基因大豆品種之間有顯著差異，但均與傳統(tǒng)大豆沒(méi)有差異。轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤酶活性的影響有無(wú)，與生育期有關(guān)。原因可能是轉(zhuǎn)基因大豆受外界環(huán)境和內(nèi)部基因表達(dá)影響，生理機(jī)制不同導(dǎo)致根系分泌物也不一樣，所以不同生育期的土壤酶活性存在差異。