转Bt水稻对土壤生物群落的影响：田间定位和室内微域调控实验

【摘要】转Bt水稻的种植可以降低水稻虫害所造成的产量损失。转Bt水稻通过凋落物和根系向土壤中释放Bt毒蛋白。这些毒蛋白在进入土壤后能够继续保持杀虫活性,可能对土壤非靶标生物及生态过程产生不良影响。土壤动物在土壤物质循环和能量流动过程中起到了重要的作用,根际(根系-土壤界面)和凋落物际(凋落物-土壤界面)内资源丰富,土壤生物代谢活跃。因此,本研究在田间调查研究的基础上,基于转Bt水稻对土壤生态系统的影响主要通过根系生长和凋落物分解两个途径,通过室内活性微域研究进一步分析转Bt水稻对土壤生物群落的影响。实验一基于田间定位实验,研究了种植两种转Bt水稻(HH1和KMD)和亲本(MH63和XSD)三年后土壤线虫群落的响应。研究结果如下：1)HH1土壤的Bt蛋白浓度在水稻不同生长季(苗期、拔节期、成熟期)之间没有显著差异,种植KMD的土壤中,水稻苗期土壤Bt蛋白浓度显著高于拔节期和成熟期(P<0.05)。2)转Bt水稻对土壤可利用资源的影响很短暂。KMD比XSD显著降低了苗期和拔节期土壤可溶性有机碳(DOC)含量(P<0.05),而HH1比MH63显著降低了成熟期土壤DOC,苗期土壤可溶性有机氮(DON)和铵态氮含量；转Bt水稻相比于各自亲本在苗期显著降低了土壤微生物生物量。HH1比亲本显著降低了拔节期和成熟期土壤基础呼吸(BR),两种转Bt水稻均显著增加了苗期土壤qCO2。3)KMD比亲本显著增加了水稻拔节期土壤线虫总数,而在HH1、XSD和KMD的处理中,拔节期土壤线虫数量分别显著低于水稻苗期。非度量多变量排序(nMDS)结果表明,两种转Bt水稻品种与对应的亲本相比对土壤线虫群落结构的影响不显著；而水稻生长期对土壤线虫群落结构差异显著。土壤线虫总数与DON、硝态氮和BR成显著的正相关(P<0.05)。植食线虫和捕食／杂食线虫与DOC有显著的负相关关系。线虫生态指标中,自由生活线虫成熟度指数MI、植食线虫成熟度指数PPI和结构指数SI与土壤DOC和MBC有显著的负相关关系,而MI、PPI和SI与BR和qCO2有显著的正相关关系。实验二基于室内微域调控实验,研究转Bt水稻HH1及亲本MH63连续种植两年后,对高活性微域(水稻根际和凋落物际)土壤的可利用资源、微生物学性质和线虫群落结构的变化。研究结果如下：1)在连续两年的水稻的种植过程中,HH1的处理内不同微域土壤之间的Bt蛋白浓度在一些采样时期(第1年拔节期、成熟期和第2年苗期)表现出显著差异,在第1年水稻拔节期、成熟期和第2年苗期的D和R土壤中,Bt蛋白浓度的差异达到显著水平(P<0.05)。2)转Bt水稻仅对土壤DOC影响显著(P<0.05),微域对DON和铵态氮具有显著的影响。第1年内,转Bt水稻显著降低了苗期凋落物际(D)土壤DOC和DON(P<0.05),第2年HH1苗期,D和R(根际)土壤可溶性养分含量显著高于DR,转Bt水稻品种显著降低了水稻苗期D和R土壤硝态氮含量；第2年水稻苗期和拔节期D土壤矿质态氮含量总体高于R和DR；转Bt水稻分别显著提高了第2年拔节期和成熟期DR土壤的MBC和MBN含量,MH63在两年成熟期DR土壤MBC和MBN含量均显著高于D和R；转Bt水稻对第1年苗期和第2年拔节期HH1处理的R土壤BR影响显著(P<0.05)。3)Bt水稻与亲本相比,在2011年成熟期显著增加了DR土壤线虫总数和捕食/杂食线虫数量,R和DR土壤植食线虫占线虫总数的比例显著高于D土壤；水稻品种对线虫生态指数没有影响。重复测量方差分析和非度量多变量排序结果表明,转Bt水稻品种对土壤线虫总数和营养类群结构没有显著影响(P>0.05),不同处理间土壤线虫群落结构的差异主要源于微域及其交互作用和水稻生长期。土壤线虫总数与土壤DON、矿质态氮有显著相关性(P<0.05)。植食线虫与硝态氮有显著的负相关关系,食细菌线虫则与可溶性养分、铵态氮、MBC有显著的相关关系。线虫生态指标中,MI和SI与土壤DON、铵态氮和Bt蛋白浓度、MBC和BR有显著的相关关系(P<0.05)。综上所述,大田实验和室内微域实验均表明种植转Bt水稻对土壤微生物学性质和线虫群落的影响,更多是依赖于水稻生长期的变化和不同微域中土壤有效资源的差异,而非Bt蛋白的作用。室内微域实验还表明转Bt水稻对土壤生物群落的影响效果低于采样时间和微域的效应。今后对转基因作物生态风险的评价应加强不同时空尺度和环境条件下的土壤生物和生态过程对转基因作物的响应。通过对不同环境条件下土壤食物网和生态功能进行研究对于转Bt水稻的生态风险评价是极为重要的。
【作者】戚琳；
【导师】胡锋；刘满强；
【作者基本信息】南京农业大学，生态学，2013，硕士
【关键词】转Bt水稻；土壤线虫群落；微域；Bt蛋白；

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