转基因玉米对根际土壤细菌群落的影响

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转基因作物(Genetically Modified Crops,GMC)是通过基因工程技术手段将人为分离和改造过的外源基因导入到作物的基因组中,使其能够稳定表达并遗传给下一代的作物。通常情况下,转基因作物的原有性状会被新的稳定性状所替代,如抗除草剂、抗虫、抗病等。土壤生态系统的安全稳定是保证农业的可持续健康发展的重要条件之一,而土壤微生物是土壤的生物结构中至关重要的环节。转基因玉米的种植使Bt蛋白能够从多种途径进入土壤生态系统,随着转基因作物商品化种植的发展,其生态安全风险日益成为人们关注的焦点。本试验采用平板培养法、高通量测序技术、酶联免疫法等对转基因玉米双抗12-5根际土壤微生物进行研究,以亲本先玉335为对照,探讨了转基因作物对其根际土壤微生物的影响及各生长期根际土壤中Bt蛋白含量的变化与降解动态,对转基因玉米的环境安全评价具有重要意义。具体结果如下:(1)平板培养的结果表明:转基因玉米双抗12-5及亲本对照中对各生长期根际土壤分离得到的真菌、放线菌生物量没有显著性差异。但5种功能细菌在两种玉米中的变化情况相似,均在抽雄期菌落多样性最丰富,分布均匀度也最大;拔节期最低,优势集中性最为明显。在群落丰度上,除了吐丝期的好气固氮菌与喇叭口期的好气纤维分解菌与亲本对照组有显著性差异,其他时期,两组样品的各功能菌均无显著性差异。(2)通过对亲本和转基因玉米双抗12-5根际土壤16S r RNA高通量测序分析表明:转基因玉米双抗12-5与其亲本对照具有相同的优势菌群,共得到44门、435科、842属,其中变形菌门Proteobacteria、放线菌Actinobacteria、酸杆菌门Acidobacteria、绿弯菌门Chloroflexi作为优势菌群,在各生长期的样品中的占比均在10%以上。优势菌群在各生长期的变化趋势大致相同。在整个生育期中,群落丰度存在显著性差异的只有Gaiellales,其在转基因玉米双抗12-5根际土壤中的丰度要高于亲本对照先玉335。在单独的生长期中,两种玉米的根际土壤也存在具有显著性差异的细菌,例如在吐丝期、乳熟期、完熟期中,两组样品中共有7个细菌的属存在群落丰度显著性差异,乳熟期与完熟期具有显著性差异的属数量最多。其中Gaiella在两种玉米的根际土壤中具有显著性差异,而变形菌门中的MSB-1E8与芽单胞菌Gemmatimonadaceae存在极显著性差异;完熟期存在显著性差异的是亚硝化单胞菌Nitrosomonadaceae、MSB-1E8、Gaiella和厌氧绳菌Anaerolineaceae,而Gaiellales则在两组样品间存在极显著性差异。转基因玉米双抗12-5与亲本对照先玉335各生长期的根际土壤中,细菌群落的多样性基本相同,在完熟期群落多样性的差异最大。(3)通过对转基因玉米双抗12-5根际土壤Bt蛋白的ELISA检测,发现转基因玉米双抗12-5根际土壤中的Bt蛋白含量随生长期的变化而改变,各生长期Bt蛋白的含量差异显著。抽雄期的Bt蛋白含量达到最大值,喇叭口期达到最小值。秸秆还田后,Bt蛋白在前期迅速大量降解,中期降解速度放缓,后期微量缓慢降解,至第170天时,样品中的Bt蛋白含量低于0.2ng/g。释放到土壤生态系统中的Bt蛋白不会长期累积。
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