梁晉剛 辛龍濤 欒穎 宋新元 張正光

摘要：為評估轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米IE09S034對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響，開展轉(zhuǎn)基因玉米IE09S034對土壤主要有機(jī)元素含量和酶活性影響的試驗(yàn)研究。連續(xù)2年，在玉米苗期、花期和成熟期，采用抖落法采集根際土壤樣品，通過室內(nèi)測定，分析轉(zhuǎn)基因玉米IE09S034對根際土壤含水量、pH值、主要有機(jī)元素含量和酶活性的影響。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因玉米IE09S034較對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米根際土壤含水量、pH值、主要有機(jī)元素含量和酶活性無顯著性差異，但不同生育期對各指標(biāo)有顯著性影響。結(jié)果可為轉(zhuǎn)基因玉米IE09S034的環(huán)境安全提供新的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米;土壤有機(jī)元素;土壤酶活性力;土壤生態(tài)系統(tǒng)

中圖分類號： S153.6+2;S154.2? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）05-0196-03

收稿日期：2017-12-02

基金項(xiàng)目：國家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項(xiàng)（編號：2016ZX08011-003）。

作者簡介：梁晉剛（1987—），男，山西陽泉人，博士，農(nóng)藝師，主要從事轉(zhuǎn)基因生物安全評價(jià)與檢測研究。E-mail：382408162@qq.com。

通信作者：張正光，博士，教授，主要從事轉(zhuǎn)基因生物安全評價(jià)與檢測研究。E-mail：zhgzhang@njau.edu.cn。

隨著轉(zhuǎn)基因作物在全球范圍內(nèi)的大規(guī)模種植，其對土壤生態(tài)系統(tǒng)的安全性問題逐漸得到重視[1]。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成，對生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的植物多樣性及其健康狀況具有較大的影響[2-3]。轉(zhuǎn)基因作物可能會通過直接或間接的方式對土壤營養(yǎng)代謝循環(huán)產(chǎn)生影響，進(jìn)而威脅土壤生態(tài)系統(tǒng)的安全性，因此評價(jià)轉(zhuǎn)基因作物對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響具有十分重要的意義[4-5]。

轉(zhuǎn)基因作物可通過其凋落物殘?bào)w或根際分泌物等影響土壤理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)及功能酶活性，從而在一定程度上對土壤生態(tài)系統(tǒng)中的生物化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程產(chǎn)生影響[6-11]。土壤理化性質(zhì)對土壤酶活性具有深刻的影響，土壤水分、礦質(zhì)元素含量和pH值等影響著土壤酶的活性及穩(wěn)定性[12]。土壤酶是土壤新陳代謝的重要因素，對土壤中的營養(yǎng)元素循環(huán)具有重要的作用，其活性受地域差異、植物品種、土壤類型、土壤理化性質(zhì)等多種環(huán)境因素的影響[13-14]。由于土壤中包含了多種多樣的酶，因此在研究時(shí)有必要選取具有代表性的酶進(jìn)行分析[15-17]。前人研究報(bào)道表明，轉(zhuǎn)基因作物的種植可能導(dǎo)致根際土壤營養(yǎng)狀況和酶活性發(fā)生變化[18-19]。梁晉剛等前期研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因高蛋氨酸大豆ZD91對根際土壤碳、氫、氮等有機(jī)元素含量和蔗糖酶、堿性磷酸酶等酶活性均沒有顯著性的影響[5，20]。

按照個(gè)案分析原則，本研究以轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米IE09S034和其對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米Zong31為試驗(yàn)材料，對玉米根際土壤主要有機(jī)元素含量和酶活性進(jìn)行2年的監(jiān)測，以期為轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米IE09S034的環(huán)境安全性提供新的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料為轉(zhuǎn)cry1Ie基因抗蟲玉米IE09S034（IE）以及與其對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米Zong31（IECK），由轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米IE的研發(fā)單位（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所）提供。試驗(yàn)地點(diǎn)為吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院轉(zhuǎn)基因植物環(huán)境安全研究試驗(yàn)圃場（43°30′N，124°49′E），試驗(yàn)?zāi)攴轂?014—2015年，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)品種設(shè)置3次重復(fù)。整個(gè)試驗(yàn)期間按照當(dāng)?shù)仄胀ㄞr(nóng)事操作進(jìn)行田間管理。

1.2 根際土壤樣品采集

土壤樣品采集分為3個(gè)階段，即苗期（seedling stage，簡稱SS）、花期（flowering stage，簡稱FS）和成熟期（maturity-setting stage，簡稱MS），采用抖落法采集根際土壤[20]。采用5點(diǎn)取樣法進(jìn)行取樣，將每個(gè)小區(qū)5點(diǎn)的土壤樣品混合為1個(gè)重復(fù)，過2 mm篩，-20 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 根際土壤含水量、pH值和有機(jī)元素含量的測定

土壤含水量采用烘干稱質(zhì)量法測定[21]：取土壤樣品于105 ℃烘干至恒質(zhì)量，利用以下公式來計(jì)算土壤含水量：含水量=（濕土質(zhì)量-干土質(zhì)量）/干土質(zhì)量×100%。

土壤pH值測定：取風(fēng)干土壤樣品10 g置于50 mL錐形瓶中（水土體積比2.5 ∶ 1），間歇性攪拌或搖動30 min，靜置 30 min，待澄清后，用pH計(jì)測定懸池液的pH值[22]。

土壤主要有機(jī)元素含量測定：根際土壤全碳含量、全氮含量測定委托南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心完成，運(yùn)用Vario MICRO元素分析儀進(jìn)行檢測。

1.4 土壤主要酶活性測定

根際脲酶和堿性磷酸酶分別參照關(guān)松蔭等的方法[14，23]進(jìn)行測定。脲酶活性以反應(yīng)中釋放出的游離態(tài)氨含量表示，堿性磷酸酶活性以反應(yīng)中釋放出的酚含量表示，單位為mg/（g·d）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)通過SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，多處理間差異分析采用單因素方差分析（One-way ANOVA）和Duncans多重比較。另外，在不同生育期、不同栽培品種間，選擇單因素方差分析對土壤酶進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 根際土壤主要理化性質(zhì)變化

由圖1可知，在相同生育期內(nèi)，轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米IE的根際土壤含水量、土壤pH值與受體玉米IECK之間均沒有顯著性差異，說明轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米IE對根際土壤含水量、土壤pH值無顯著性影響。通過表1的ANVOA分析發(fā)現(xiàn)，玉米不同生長時(shí)期之間土壤含水量、土壤pH值存在顯著性差異。

由圖2可知，在相同生育期內(nèi)，轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米IE的根

際土壤碳元素、氮元素含量與受體玉米IECK之間均沒有顯著性差異，說明轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米對根際土壤碳元素、氮元素含量無顯著性影響。通過表2的ANVOA分析發(fā)現(xiàn)，2014年，玉米不同生育期之間土壤碳元素含量存在顯著性差異。

2.2 根際土壤主要功能酶活性變化

由圖3可知，在相同生長時(shí)期內(nèi)，轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米IE的根際土壤脲酶、堿性磷酸酶活性與受體玉米IECK之間均沒有顯著性差異，說明轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米IE對根際土壤脲酶、堿性磷酸酶活性無顯著性影響。通過表3中的ANVOA分析發(fā)現(xiàn)，玉米根際土壤脲酶、堿性磷酸酶活性均受玉米生長時(shí)期的顯著性影響。

3 結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米IE與受體玉米IECK之間土壤含水量、pH值、碳元素含量、氮元素含量等主要理化性質(zhì)沒有顯著性差異，土壤脲酶、堿性磷酸酶活性等主要功能酶活性沒有顯著性差異，說明轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米IE對土壤主要理化性質(zhì)和酶活性沒有產(chǎn)生顯著性影響。此外，進(jìn)一步通過ANVOA分析發(fā)現(xiàn)，玉米不同生長時(shí)期之間，根際土壤含水量、土壤pH值、酶活性具有顯著性差異，說明玉米生長時(shí)期是主要影響因素。

有研究報(bào)道，轉(zhuǎn)基因作物與受體作物相比可能會在養(yǎng)分組成以及殘?bào)w降解方面存在一定的差異，進(jìn)而對土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生影響[21]。然而，杜鵑等發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因作物對根際土壤理化性質(zhì)各指標(biāo)無顯著性影響[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米IE與對應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因受體玉米IECK之間根際土壤含水量、pH值以及碳、氮元素含量等均沒有顯著性差異。

目前，已有很多研究將土壤酶作為衡量土壤健康狀況的一個(gè)重要參量，并將其應(yīng)用到轉(zhuǎn)基因作物的環(huán)境安全評價(jià)中，大量研究結(jié)果表明， 轉(zhuǎn)基因作物對土壤主要功能酶活性沒有產(chǎn)生顯著性影響[25-30]。土壤功能酶活性主要受土壤類型和

作物生長時(shí)期的影響[31]。本研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米IE對土壤脲酶、堿性磷酸酶活性沒有產(chǎn)生顯著性影響，且發(fā)現(xiàn)不同生育期是造成土壤酶活性產(chǎn)生差異的主要因素，這與之前轉(zhuǎn)基因作物對酶活性影響研究的結(jié)果相似。

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