温度和CO2浓度升高下转Bt水稻种植对土壤活性碳氮和线虫群落的短期影响

全球气候变化下转Bt水稻种植对土壤生态系统的影响仍是未知领域。利用野外开顶式气室(OTC)模拟气候变化,探讨了温度和CO2浓度([CO2])升高后种植转Bt(华恢1号)水稻对土壤活性碳氮和线虫群落的影响。结果表明:(1)温度和[CO2]升高条件下种植转Bt水稻显著影响土壤可溶性碳(DOC)、可溶性氮(DON)和硝态氮(NO-3-N)含量,同时DOC和DON受到升温和[CO2]升高与转Bt水稻的交互影响;在正常温度和[CO2]下,转Bt水稻显著降低了土壤微生物量碳氮含量(MBC、MBN),但在温度和[CO2]升高后转Bt水稻种植使土壤MBC和MBN含量显著高于亲本水稻。(2)在温度和[CO2]升高条件下,转Bt水稻土壤线虫总数呈高于亲本水稻的趋势,植食性线虫的比例随[CO2]和温度升高呈增大的趋势。此外,升温和转Bt水稻种植提高了土壤线虫群落的能流通道指数,而[CO2]升高和转Bt水稻种植则提高了土壤线虫群落的富集指数。总之,在模拟全球气候变化下,种植转Bt水稻在短期内对土壤活性碳氮和线虫群落均产生影响,但短期研究并未发现转Bt水稻种植对土壤生态系统的不利影响。     

盐碱土壤转Bt基因棉花外源蛋白表达量时空变化及对抗虫性的影响

盐碱地是潜在的可利用耕地资源,但土壤盐碱化严重制约了农业生产的可持续发展。基于棉花机械化程度低、劳动力成本和生产资料投入剧增、比较效益下降和实施粮食生产安全战略等因素影响,我国长江流域和黄河流域棉花面积锐减,种植区域向内陆盐碱旱地或滨海盐碱地转移,但目前针对盐碱地转Bt基因棉种植可能带来的生态安全性问题研究甚少,正成为国内外研究的焦点和热点。伴随着棉花向盐碱地大面积转移种植趋势,检测盐胁迫是否影响转基因抗虫棉抗虫性,明确其影响程度,直接关系到转基因抗虫棉种植的安全性,也是目前抗虫棉扩大生产中迫切需要解决的问题。以非转基因棉花为对照,分别在低盐、中盐和高盐土壤种植的棉花的苗期、蕾期和花铃期采样,室内测定了转Bt基因棉花叶片对棉铃虫幼虫校正死亡率和外源蛋白表达量。研究结果发现盐分胁迫下转Bt基因棉花苗期叶片对棉铃虫幼虫校正死亡率下降了9.22%—47.46%,蕾期下降了31.61%—45.42%,花铃期下降了3.59%—18.52%;土壤盐分显著降低了转Bt基因棉花叶片中外源蛋白的表达量,苗期功能叶外源蛋白表达量下降了7.66%—29.86%;蕾期下降了3.77%—36.85%;花铃期下降了18.13%—41.02%;相关性分析表明,盐分胁迫条件下转Bt基因棉花叶片中外源蛋白表达量与其对棉铃虫抗性程度存在正相关关系。结果表明,盐碱土壤显著降低了转Bt基因棉花叶片外源杀虫蛋白表达量,从而导致转Bt基因棉花叶片对棉铃虫的抗虫性下降。研究土壤盐分对转Bt基因棉花对棉铃虫的影响及其作用机制,可为建立盐碱地转Bt基因棉花田害虫综合防控技术体系、转Bt基因棉花环境安全评价及转Bt基因棉安全管理提供依据。     

种植转Bt基因棉土壤中Bt蛋白的分布

采用盆栽试验结合酶联免疫法(ELISA)测定了转Bt基因抗虫棉及常规棉花不同生育期根际及非根际土壤中的Bt蛋白含量.结果表明:红壤、黄棕壤及黄褐土种植转Bt基因棉花后根际土中Bt蛋白含量显著高于非根际土,而种植常规棉花的根际土与非根际土中Bt蛋白含量差异不显著.在初蕾期转Bt基因棉根际土中的Bt蛋白含量为黄褐土＞黄棕壤＞红壤,分别为常规棉根际土的144%、121%和238%;而在盛花期为黄棕壤＞黄褐土＞红壤,分别为常规棉根际土的156%、116%和197%.无论种植转Bt基因棉还是常规棉,供试土壤的根际和非根际土中Bt蛋白含量都随棉花生育期的推进先增加后减少,在盛花期达最大值.整个生育期内,转Bt基因棉根际土中的Bt蛋白含量大于其非根际土;种植转Bt基因棉土壤中Bt蛋白含量高于常规棉,说明转Bt基因棉花的Bt蛋白可释放到根际土中.     

Bt抗虫棉秸秆还田对土壤养分特征的影响

【目的】研究转基因作物秸秆或残茬还田可能对土壤养分特性造成的影响。【方法】以不同抗虫水平Bt棉花和常规棉花(泗棉3号)为研究材料,分别在经过一、二个生长周期后将秸秆机械粉碎后原位还田,40 d后测定分析土壤中Bt蛋白含量及肥力相关的养分含量变化。【结果】Bt棉秸秆还田后,所有品种棉花土壤中Bt蛋白含量与还田前无显著增加,且转Bt基因棉与非转基因棉还田对土壤Bt蛋白含量的影响并无显著差异。同时,棉秸秆还田可显著提高土壤有机质、速效磷、碱解氮、速效钾、全氮、全磷和全钾含量,提升土壤pH值;增加幅度在不同抗虫水平Bt棉花间及与非转基因常规棉花品种间皆无显著性差异。【结论】秸秆还田对土壤肥力的提升与Bt棉的抗虫水平无关。“转Bt基因”不成为Bt棉秸秆还田提高土壤肥力的限制性因素,其秸秆还田不会对土壤肥力质量产生负面影响,可使土壤养分含量增加,有效提升土壤肥力。秸秆原位还田简单、无害又提升肥力,有条件作为转Bt基因植物秸秆无害化处理的理想方式。     

种植Bt水稻后的土壤对赤子爱胜蚓生长发育及酶活性的影响

【背景】转基因作物种植的安全问题一直备受关注。关于Bt蛋白对地下非靶标生物影响的研究是转基因作物安全评价的重要内容。【方法】在转Bt基因水稻收割后的稻田里分别种植豌豆、紫云英和油菜作为后茬作物。分别于2013年1、3和6月3次采集不同后茬作物田中的土壤作为材料,于室内饲养赤子爱胜蚓,4周和7周后,测定蚯蚓的生长发育指标、存活率以及体内酶活性的变化情况。此外,还测定了不同深度土壤中Bt蛋白的含量以及用Bt蛋白直接饲喂的赤子爱胜蚓的存活率。【结果】与种植过非转基因水稻MH63的土壤相比,分别种植过含cry2A和cry1C基因水稻后的土壤对赤子爱胜蚓的生长发育、存活率及体内酶活性无显著影响。1月份和3月份转cry2A基因水稻田以及1月份转cry1C基因水稻田采集的表层土样中的Bt蛋白含量显著高于地下10 cm和地下20 cm土壤中的含量,地下2层土样中的Cry2A蛋白含量之间无差异。3月份转cry1C基因水稻田以及6月份转cry2A和转cry1C基因水稻田的土壤中Bt蛋白的含量均不受土壤深度的影响。种植的后茬作物对土壤中的Bt蛋白无显著消解作用。室内模拟土壤最高Bt蛋白浓度的条件下,Cry2A蛋白处理的蚯蚓存活率为96.7%,Cry1C蛋白处理的蚯蚓存活率为95.0%,两者与对照相比无显著差异。【结论与意义】转cry2A和cry1C基因Bt水稻的种植对蚯蚓的生长发育和体内酶活性无显著影响。本研究为转基因水稻的安全评价提供了一定的依据。     

转Bt水稻土壤跳虫群落组成及其数量变化

以转Bt水稻恢复系"克螟稻"(Cry1Ab纯合基因型)和"华恢1号"(Cry1Ab+Cry1Ac融合基因型)以及融合基因型转Bt水稻杂交系"Bt汕忧63",及其对照亲本水稻"秀水11"、"明恢63"和"汕优63"稻田土壤跳虫类群为对象,系统研究转Bt水稻种植下土壤跳虫群落组成及其数量动态变化,以评价不同基因型和不同育种品系转Bt水稻种植下稻田土壤生态安全性。结果表明,转Bt水稻种植导致土壤跳虫个别稀有类群的消失,并显著影响半土生和真土生类群以及土壤跳虫总量,但对群落多样性、均匀度和种类丰富度等影响不显著。与对照亲本相比,Cry1Ab转Bt稻田半土生类群和土壤跳虫总量及其种类丰富度指标显著增加了54.7%、44.4%和26.7%;Cry1Ab+Cry1Ac转Bt杂交稻田球角跳属百分比和真土生跳虫数量显著增加了212.3%和180.4%。就恢复系处理而言,与Cry1Ab转Bt水稻相比,Cry1Ab+Cry1Ac转Bt水稻种植导致棘跳属、球角跳属和原等跳属百分比以及半土生跳虫数量分别显著降低了62.1%、56.7%、61.8%和43.4%,同时,显著提高了裔符跳属百分比达88.2%。就Cry1Ab+Cry1Ac融合基因型转Bt水稻而言,与恢复系相比,转Bt杂交稻种植导致球角跳属和原等跳属百分比,半土生类群和土壤跳虫总量及其种类丰富度和群落多样性显著增加了312.9%和171.6%,302.4%和233.2%,以及54.0%和26.7%,同时,显著降低了裔符跳属百分比达65.5%。     

转Bt基因水稻对白符跳虫适应低温环境与排泄的影响

【目的】为探讨转基因Bt水稻种植对土壤重要分解者跳虫的潜在生态风险性。【方法】将同一非转基因亲本插入3种不同的Bt基因(cry1C、cry2A、cry1Ab/Ac)的转Bt基因水稻叶片残体饲养白符跳虫Folsomia candida,通过放入不同低温环境下观察其存活率和粪便排泄速率以分析白符跳虫取食Bt水稻叶片后的适应低温行为。【结果】结果表明,3种转Bt基因水稻相对于非转基因亲本水稻品种而言,不会影响白符跳虫的适应低温环境;而不同Bt基因插入后导致的水稻成分的变化可能影响了白符跳虫对水稻残体的偏好性,进而影响其在低温环境下的适应行为。【结论】结果可为评估转Bt水稻对土壤生态系统影响提供参考价值,为转Bt水稻安全性评价提供科学的依据。     

转Bt基因水稻对白符跳虫取食选择行为的影响

【目的】为探讨转基因Bt水稻种植对土壤动物的潜在生态风险性。【方法】本研究将3种转Bt基因水稻及其非转基因亲本水稻叶片残体饲养白符跳虫Folsomia candida,通过观察其粪便的数量与分布以分析白符跳虫对Bt水稻的取食选择行为。【结果】研究结果表明,Bt蛋白(Cry1Ab和Cry1Ac)不会影响白符跳虫的取食选择;而Bt基因插入后导致的水稻成分的变化可能影响了白符跳虫对水稻残体的偏好性。结果可为评估转Bt水稻对土壤生态系统影响提供参考价值,为转Bt水稻安全性评价提供科学的依据。     

Bt毒素在转基因棉花与土壤系统中的分布

研究了转Bt基因棉花与土壤系统中Bt毒素的分布.结果表明,两种转Bt基因棉花地上部(叶片、茎秆)的毒素表达量(103.5～134.1 ng·g^-1)显著高于地下部分(根系)(44.7～21.2 ng·g^-1),土壤中Bt毒素总量可通过转基因棉花地上部分秸秆的处理得到控制;Bt毒素在转Bt基因棉花根系分泌物中的含量极低,如果控制Bt毒素的其它导入来源,将显著降低转Bt基因作物释放中因Bt毒素导入而引发的对土壤生态系统的扰动.     

转Bt基因水稻根际土壤微生物多样性的磷脂脂肪酸(PLFAs)表征

以亲本水稻为对照,应用13C脉冲标记和磷脂脂肪酸技术,分析转Bt基因对水稻根际微生物多样性的影响.结果表明:转Bt基因水稻与亲本水稻根际均以饱和脂肪酸和支链脂肪酸为主,单不饱和脂肪酸次之,多不饱和脂肪酸最少.苗期、拔节期和抽穗期,转成基因水稻根际革兰氏阳性菌(G+)代表性磷脂脂肪酸含量显著低于亲本水稻;革兰氏阴性菌(G-)代表性磷脂脂肪酸含量显著高于亲本水稻.水稻各生育期,转Bt基因未对水稻根际土壤真菌、放线菌磷脂脂肪酸含量造成显著影响,且转Bt基因水稻与亲本水稻根际微生物磷脂脂肪酸13C含量无显著性差异.表明外源Bt基因插入仅对水稻根际微生物多样性造成短暂影响,不具有持续性.     

转基因棉种植对土壤水解酶活性的影响

转Bt基因棉和转Bt＋cpTI基因棉种植面积不断扩大,它们种植后杀虫晶体蛋白在土壤中的残留特性及对土壤水解酶活性的影响是环境风险评价的重要组成部分,本文采用盆栽实验的方法对此进行了初步研究。结果表明,转基因棉出苗后生长到30天时可向土壤中释放Bt杀虫晶体蛋白,而双抗棉种植时CpTI杀虫晶体蛋白的释放量与品种有关;转基因棉出苗后30天时,与等价基因系非转基因棉（各对照）相比,转Bt基因棉（“中30”）和双抗棉A（转Bt＋CpTI棉“中41”）的种植并未使脲酶、蛋白酶和磷酸单脂酶活性发生显著变化,而双抗棉B（转Bt＋CpTI棉“双抗321”）的种植使土壤磷酸单脂酶活性显著下降。从杀虫晶体蛋白的释放和对酶活性的影响来看,双抗棉A的种植对土壤的生物活性扰动更小。     

转Bt水稻对土壤可溶性有机碳氮及微生物学性质的影响

研究了3种转Bt水稻［克螟稻（KMD）、华恢1号（HH1）和Bt汕优63（BtSY63）］及对应亲本在2年大田条件下对土壤可溶性有机碳（DOC）和可溶性有机氮（DON）及微生物学性质的影响.结果表明：测定指标均随采样时间发生显著变化.与对应亲本相比,转Bt水稻对土壤DOC、DON和微生物生物量氮（MBN）的影响不显著,而对土壤微生物生物量碳（MBC）、基础呼吸（BR）和微生物代谢熵（qCO₂）的影响在大田种植第1年某些时段达到显著水平（P<0.05）,但这种影响没有持续到第2年;3种亲本水稻土壤DOC、DON及微生物学性质差异均不显著,但相应转Bt水稻土壤MBC、BR、qCO₂差异显著,BtSY63土壤MBC和BR显著高于KMD及HH1,而qCO₂显著低于KMD及HH1.转Bt水稻2年的大田种植对土壤DOC和DON及微生物学性质的影响较小,但3种转Bt水稻之间微生物学性质的差异比亲本之间的差异大,表明长期监测可能有助于发现转Bt水稻对土壤生态系统结构和功能的影响.     

不同生育期转Bt基因棉种植对根际土壤微生物的影响

 在盆栽种植条件下,比较研究了两个转Bt基因棉(Gossypium hirsutum)与对照棉对根际土壤细菌、放线菌、真菌和主要功能类群及多样性的影 响差异。结果表明：两个转Bt基因棉根际土壤均可检测到Bt蛋白,且不同转Bt基因棉根系分泌Bt蛋白量以及Bt蛋白在根际土壤中的降解率不同 。与各自对照相比,转Bt基因棉对细菌和真菌生长繁殖有促进作用,对放线菌、好气固氮菌和钾细菌数量没有显著影响。苗期和花期转Bt基因 棉均可显著提高氨化细菌、显著降低无机溶磷菌数量,花期均可显著提高好气纤维分解菌、显著降低有机溶磷菌数量,‘Bt冀668’苗期也可显 著提高好气纤维分解菌数量。转Bt基因棉根际土壤好气纤维分解菌、有机和无机溶磷菌多度发生了变化。尽管功能类群总数转Bt基因棉高于各 自对照常规棉,但群落多样性和均匀度都有所下降,优势集中性表现明显,且花期转Bt基因棉多样性参数值以及功能类群数量的变化幅度大于 苗期。     

种植转Bt基因水稻对土壤酶活性的影响

转Bt基因及非Bt基因水稻的盆栽试验研究表明,转Bt基因水稻在生长发育过程中可以向土壤中释放杀虫晶体蛋白,而且杀虫晶体蛋白的释放量与水稻生长发育时间有关;与非Bt基因水稻相比,转Bt基因水稻生长15d时,土壤脲酶活性显著下降(降幅为2．47％),土壤酸性磷酸酶活性显著升高(增幅为8．91％),而土壤芳基硫酸酯酶、蔗糖酶和脱氢酶活性的变化差异不显著;生长30d时,土壤脲酶活性仍显著下降(降幅为16．36％),土壤酸性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和脱氢酶活性显著升高(增幅分别为35．69％,19．70％和16．83％),而土壤蔗糖酶活性变化差异仍不显著。     

转基因(Cry1Ac)抗虫棉对土壤微生物的影响

对不同种植年限的转基因(Cry1Ac)抗虫棉田土壤中主要微生物数量变化进行了测定,结果表明：（1）种植转基因抗虫棉后对土壤微生物细菌、放线菌和真菌数量的影响趋势基本相似;（2）种植抗虫棉1年后,土壤中细菌、放线菌、真菌数量将有所增加,连续4年达到高峰,然后数量开始下降,连续种植7年后,棉田微生物数量接近于种植1年的棉田;（3）种植1年后又种植非转基因棉花的棉田,土壤微生物数量低于种植1年抗虫棉的棉田,与种植非转基因棉的数量无明显差异。由此可见,种植转基因抗虫棉对土壤微生物数量有一定的影响。     

种植Bt玉米及秸秆还田后土壤中Bt蛋白的变化及其对土壤养分的影响

在大棚水泥池内种植两个Bt玉米(5422Bt1和5422CBCL)及其同源常规玉米5422,研究了种植Bt玉米及秸秆还田过程中根际土、根围土、3层根外土(0～20、20～40和40～60 cm)中Bt蛋白含量的时空动态特征及其对土壤养分含量的影响．结果表明： 种植Bt玉米和常规玉米后,根围土(种植后90 d)和3层根外土(种植后30、60和90 d)中均检测到少量的Bt蛋白(含量<0.5 ng·g^-1),在Bt玉米5422Bt1和5422CBCL根际土中则分别检测到1.59和2.78 ng·g^-1的Bt蛋白．玉米秸秆还田后,Bt蛋白能在3 d内快速降解,在还田后第7天只检测到少量的Bt蛋白．与常规玉米5422相比,种植Bt玉米5422Bt1 90 d后根围土和3层根外土中有机质、速效养分(碱解氮、速效磷和速效钾)和全量养分(全氮、全磷和全钾)含量均没有显著差异;5422Bt1秸秆还田60 d后0～20 cm土层的有机质和全氮含量显著升高,速效钾含量显著降低,而其他养分指标则没有显著差异,20～40 cm和40～60 cm土层的所有养分指标均没有明显差异．种植Bt玉米5422CBCL后根围土中仅速效磷含量显著低于种植常规玉米5422,但0～20 cm土层中全磷含量显著提高,其他养分指标均没有差异;还田5422CBCL秸秆后仅0～20 cm土层的速效磷含量显著高于常规玉米5422．研究结果表明,通过玉米根系分泌和秸秆分解进入土壤的Bt蛋白不会在土壤中累积,对养分含量也基本没有显著影响.
     

大田环境下转Bt基因玉米对土壤酶活性的影响

在大田自然条件下,比较研究了转Bt基因玉米和非转基因亲本玉米在种植和秸秆分解时对土壤酶活性影响的差异。结果表明,与亲本非转基因玉米相比,在各生育期内种植转Bt玉米对土壤蛋白酶和土壤脲酶活性均没有显著影响;在喇叭口期和抽雄期,土壤蔗糖酶和土壤酸性磷酸酶活性显著提高。在秸秆还田后,两种玉米秸秆对土壤酸性磷酸酶活性的影响没有显著差异,但使用转Bt玉米秸秆的土壤蔗糖酶、土壤脲酶和土壤蛋白酶的活性则有显著提高。与亲本玉米相比,在所有观测期内,种植Bt玉米及秸秆还田对土壤酶活性的影响,在影响的幅度及趋势上随玉米生育期和土壤酶种类的不同而产生差异,但没有观测到显著不利影响;商业化Bt玉米的环境释放仍有待长期定位观测和评价。