Bt水稻秸秆还田对赤子爱胜蚓生长发育和生殖的影响

Bt蛋白能通过转Bt基因作物的秸秆还田进入土壤,进而可能会对土壤动物如蚯蚓的生长发育和生殖造成影响.为评估Bt水稻对赤子爱胜蚓的影响,本文模拟秸秆还田,在土壤中添加2.5%、5%、7.5%和10% Bt水稻(b2B138)及其同源水稻(安丰A)秸秆,分别在饲养赤子爱胜蚓7、15、30、45、60、75和90 d后观测蚯蚓的存活率、相对生长率和生殖情况,以及秸秆土壤混合物和蚯蚓体内的Cry1Ab蛋白含量.结果表明:较高还田量(7.5%和10%)Bt水稻秸秆处理对赤子爱胜蚓存活率有抑制作用;Bt水稻秸秆还田对赤子爱胜蚓的相对生长率没有不利影响;还田量为5%、7.5%和10%时,Bt水稻秸秆还田能促进蚯蚓的生殖.酶联免疫吸附测定法(ELISA)结果表明: 在Bt水稻土壤混合物中,蚯蚓体内均能检测到Cry1Ab蛋白,且前者随着时间延长而显著减少.因此,还田量为2.5%和5%时,Bt水稻秸秆还田释放的Cry1Ab蛋白对赤子爱胜蚓的生长发育和生殖没有不利影响.     

赤子爱胜蚓对不同猪粪和秸秆的分解作用

通过赤子爱胜蚓对发酵后猪粪(粮食猪粪、饲料猪粪)和秸秆(水稻秸秆、玉米秸秆)及其不同质量比例(1∶1或3∶1)混合物料进行摄食分解后,对物料前后及不接种赤子爱胜蚓的对照样品理化性质进行分析,发现赤子爱胜蚓处理90 d后的不同物料质量均减少,减少的质量显著多于不接种蚯蚓的对照处理(P＜0.01).赤子爱胜蚓对猪粪与秸秆混合物料的分解量多于纯猪粪和纯秸秆(P＜0.01).猪粪与玉米秸秆的混合物,经蚯蚓处理后,混合物料减少的质量显著多于猪粪与水稻秸秆混合物中物料减少的质量(P＜0.05).经蚯蚓处理后,饲料猪粪混合比例为3∶1的物料质量损失显著多于混合比例为1∶1的物料质量损失(P＜0.01),而粮食猪粪混合比例为1∶1的物料质量损失与混合比例为3∶1的物料质量损失差异不显著(P＞0.05).接种赤子爱胜蚓后,物料的全氮和速效氮、全磷和速效磷以及全钾和速效钾的含量增加,有机质和pH值降低.粮食猪粪和玉米秸秆以质量1∶1的比例进行混合物料的有机质、速效氮、速效磷和速效钾含量变化幅度最大,表明赤子爱胜蚓对此混合物料的分解作用最大.本研究可为猪粪和作物秸秆的资源化利用提供理论依据.     

转Cry1Ab-Ma基因抗虫玉米CM8101对白符跳和赤子爱胜蚓的影响

白符跳Folsomia candida和赤子爱胜蚓Eisenia fetida是土壤生态系统中的重要指示动物。本文采用酶联免疫吸附剂法(ELISA)测定转Cry1Ab-Ma基因抗虫玉米CM8101完熟期叶片、茎秆、根组织的Cry1Ab-Ma蛋白含量,并通过在培养基和土壤中添加转基因玉米CM8101残体分别饲养白符跳和赤子爱胜蚓,研究了转基因玉米CM8101对白符跳存活率和赤子爱胜蚓生长发育及繁殖的影响。结果表明,在叶片、茎秆、根组织中均能检测到Cry1Ab-Ma蛋白,含量介于1.06-4.66μg/g鲜重之间;转基因玉米CM8101较之非转基因对照郑58,对白符跳的存活率,赤子爱胜蚓的存活率、体重变化量、蚓茧量和孵化幼蚓量均无显著影响,可初步推断转基因玉米CM8101在两个月内对土壤动物无安全风险。     

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BPH9和Bar基因抗褐飞虱耐除草剂水稻‘H23’对非靶标生物的影响

为探明转BPH9和Bar基因抗褐飞虱耐除草剂水稻‘H23’对非靶标生物安全性的影响, 本文以‘H23’的非转基因亲本改良的‘广占63-4S’为对照, 比较二者对二化螟(Chilo suppressalis)、大型蚤(Daphnia magna)和赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)的影响。其中, 对二化螟采用水稻稻苗饲养法, 观察接虫后6 d二化螟的存活情况, 并称取活虫体重; 对大型蚤采用水稻粉液饲喂法, 考察28 d大型蚤的存活率、繁殖数等指标; 对赤子爱胜蚓则用添加水稻秸秆的人工土壤培养法, 考察28 d内赤子爱胜蚓的存活、体重和行为情况。结果表明, 与受体对照‘广占63-4S’相比, 转BPH9和Bar基因抗褐飞虱耐除草剂水稻‘H23’对二化螟、大型蚤和赤子爱胜蚓均无显著影响, 可以认为, 短期内转BPH9和Bar基因水稻‘H23’对这3种非靶标生物无明显的生态风险。     

Bt玉米秸秆杀虫蛋白对赤子爱胜蚓酶活性的影响

Bt玉米分泌的Bt蛋白可通过秸秆还田、根系分泌、花粉飘落等途径进入土壤.本文模拟秸秆还田,在土壤中添加5%或7.5%的Bt玉米及其同源常规玉米秸秆饲养赤子爱胜蚓,分别于7、14d后检测蚯蚓总蛋白含量、乙酰胆碱酯酶(AchE)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性.结果表明:同一玉米品种,同一秸秆添加量处理下,与培养7d相比,培养14d的蚯蚓总蛋白含量下降,AchE、CAT和SOD酶活性提高,GSH-PX酶活性降低.同一培养时间、同一秸秆添加量处理下,与常规相比,Bt玉米培养的蚯蚓SOD活性提高,AchE和GSH-PX活性下降,总蛋白含量和CAT活性无显著变化.表明Bt玉米秸秆处理对蚯蚓总蛋白没有抑制作用,能降低AchE和GSH-PX活性,对CAT没有诱导作用,但在短时间内能诱导蚯蚓SOD酶活性.     

转Bt基因玉米根际土壤及秸秆残体中

采用ELISA法研究了田间种植条件下转Bt基因玉米MON810生育期根际土壤及还田秸秆中Cry1Ab蛋白的田间残留降解动态,并分别用移动对数模型、指数模型和双指数模型对秸秆分解释放Cry1Ab蛋白的田间降解动态进行拟合,估算了DT₅₀和DT₉₀值. 结果表明: Bt玉米不同生育期根际土壤中Cry1Ab蛋白含量差异较大,但总体随生育期的延长而显著降低. 收获后地表覆盖和埋入土壤两种秸秆还田方式下,秸秆中Cry1Ab蛋白在土壤中的降解规律基本一致,均呈现前期大量快速降解,中后期极少量稳定降解两个阶段. 秸秆还田7 d内,地表覆盖处理的Cry1Ab蛋白降解率均极显著高于埋入土壤处理;10 d时两处理的降解率基本一致,分别为88.8%和88.6%;20 d后,两处理秸秆中Cry1Ab蛋白的降解日趋缓慢;至180 d时仍能检测到少量的Cry1Ab蛋白. 3种模型均能较好地反映秸秆中Cry1Ab蛋白的田间降解规律,从相关系数(R)及DT₉₀值与实测值的吻合程度来看,双指数模型最优.     

赤子爱胜蚓在不同猪粪和农作物秸杆混合物中生长繁殖状况

本文研究了赤子爱胜蚓在长春市城郊不同组合的粮食猪粪、饲料猪粪和玉米、水稻秸杆混合物中生长繁殖状况,结果发现赤子爱胜蚓的质量在0 ～30 d大幅度增加,30 ～ 60 d增加减缓,60～ 90 d呈负增长趋势.赤子爱胜蚓产茧量在试验期间的总趋势是递增的.猪粪种类、秸杆种类和两者的混合比例差异对赤子爱胜蚓的质量变化产生重要影响.粮食猪粪和玉米秸杆混合物的质量比例大致在1∶1时特别适宜赤子爱胜蚓生长和繁殖.赤子爱胜蚓在饲料猪粪和玉米秸杆混合物中的日增重倍数和日产茧量多于饲料猪粪和水稻秸杆混合物.本试验结论可为城郊猪粪和作物秸杆的大规模资源化利用提供参考.     

蚯蚓的营养成分

蚯蚓中含有丰富的蛋白质和氨基酸,是动物蛋白质营养成分来源之一。吉林省生物研究所对四种常见蚯蚓的营养成分做了测定,结果如下: 四种蚯蚓蛋白质含量占干物质的百分比是:红色爱胜蚓67.71%;赤子爱胜蚓64.61%;背暗异唇蚓57.96%;日本赤子爱胜蚓61.37%。四种蚯蚓中含有丰富的氨基酸,高达18种,氨基酸总量占干物质的百分比分别为:红色爱胜蚓58.08%;赤子爱胜蚓60.94%;背暗异唇蚓64.93%;日本赤子爱胜蚓64.33%。蚯蚓中含有人和动物体内不能合成的必需氨基酸。以动物10种必需氨基酸计,在四种蚯蚓中,必需氨基酸占氨基酸干物质总量的百分比(100克干样品含氨基酸克数)依次为:27.36%;28.48%;22.9%;     

转Bt基因玉米根际土壤及秸秆残体中Cry1Ab蛋白含量动态

采用ELISA法研究了田间种植条件下转Bt基因玉米MON810生育期根际土壤及还田秸秆中Cry1Ab蛋白的田间残留降解动态,并分别用移动对数模型、指数模型和双指数模型对秸秆分解释放Cry1Ab蛋白的田间降解动态进行拟合,估算了DT5o和DT90值.结果表明:Bt玉米不同生育期根际土壤中Cry1 Ab蛋白含量差异较大,但总体随生育期的延长而显著降低.收获后地表覆盖和埋入土壤两种秸秆还田方式下,秸秆中Cry1Ab蛋白在土壤中的降解规律基本一致,均呈现前期大量快速降解,中后期极少量稳定降解两个阶段.秸秆还田7d内,地表覆盖处理的Cry1Ab蛋白降解率均极显著高于埋入土壤处理;10 d时两处理的降解率基本一致,分别为88.8％和88.6％;20 d后,两处理秸秆中Cry1Ab蛋白的降解日趋缓慢;至180 d时仍能检测到少量的Cry1Ab蛋白.3种模型均能较好地反映秸秆中Cry1Ab蛋白的田间降解规律,从相关系数(R)及DTgo值与实测值的吻合程度来看,双指数模型最优.     

Non-Susceptibility of Earthworm Eisenia fetida to the Rhabditid Nematode Phasmarhabditis hermaphrodita, a Biocontrol Agent of Slugs

The rhabditid nematode Phasmarhabditis hermaphrodita is a lethal parasite for slugs that is sold commercially in Europe under the trade name Nemaslug™. We evaluated the effects of P. hermaphrodita on the earthworm Eisenia fetida (Savigny). Adults of E. fetida were exposed in one-liter glass beakers to P. hermaphrodita at three concentrations (1×, 10× and 50× of the field recommended rate of 3×10⁹ billion nematodes/ha) during a 14-day period in an artificial soil substrate. The average body weight, burrowing behavior, mortality and other clinical signals of the earthworms were recorded at 0, 7, and 14 days after exposure to the treatments. In addition, injured earthworms (posterior ends removed) were exposed to the 10× field recommended rate of the commercial formulation. Neither intact nor injured E. fetida showed susceptibility to the slug-parasitic nematode P. hermaphrodita during the 14 days of exposure even at concentrations 10 and 50 times higher than the label dose. However, the worms in the attenuated control (autoclaved formulation) had higher mortality and lost less weight compared to the other treatments. Under the conditions of the test, we conclude that the use of the commercially available strain of P. hermaphrodita is safe to E. fetida.     

Drought stress in rice (Oryza sativa L.) is enhanced in the presence of the compacting earthworm Millsonia anomala

Earthworms increase growth of most plant species through a number of poorly investigated mechanisms. We tested the hypothesis that earthworm modifications of soil structure and the resulting changes in water availability to plants explain this positive effect. Addition of endogeic earthworms Millsonia anomala induced a 40% increase in shoot biomass production and a 13% increase in CO₂ assimilation rate of well watered rice plants grown in pots. Conversely, when plants were subjected to water deficit, presence of earthworms had no effect on shoot biomass production and a negative impact on CO₂ assimilation rate (−21%). Early stomatal closure in presence of earthworms indicated lower water availability. The hypothesis that earthworms improve plant biomass production through soil physical structure modification was thus rejected. Three hypotheses were tested to explain this decrease in water availability: (i) a decrease in soil water retention capacity, (ii) an increase in evaporation from the soil or/and (iii) an increase in plant transpiration. Results showed that earthworms significantly reduced soil water retention capacity by more than 6%, but had no effect on evaporation rate. Water losses through transpiration were greater in the presence of earthworms when the soil was maintained at field capacity, but this was not the case under drought conditions. This experiment showed that the endogeic compacting earthworm M. anomala significantly increased plant photosynthesis by an undetermined mechanism under well-watered conditions. However, photosynthesis was reduced under drought conditions due to reduced soil water retention capacity.     

华东三省转Bt基因棉花种植对边际水体中Cry1Ab/c蛋白残留的影响

为调查转基因棉花种植地区边际水体中的Cry1Ab/c蛋白残留情况, 在华东地区的山东、江苏、安徽三省棉田设置采样点, 连续3年在棉花的花铃期和收获季节, 对棉区地块内部及周围边际水体随机采样, 进行去杂及纯化处理后, 利用ELISA (酶联免疫吸附测定)方法检测水样中的Cry1Ab/c蛋白含量。结果表明: (1)在花铃期和收获季前后两周, 分别在5个布控点边际水体中检出Cry1Ab/c蛋白, 其中1个布控点阳性蛋白残留浓度最高达到0.4 ppb, 另外4个布控点检测出的阳性蛋白量均在0.04 ppb以下; (2)距离棉田越近, 蛋白检出阳性率越高, 其中棉田内水渠阳性率为13.3%; (3)连续种植时间超过7年的田地周围水体中蛋白阳性率为12.4%。在所有取样时间点中, 与花铃期相比, 收获季更容易检测到阳性结果。这表明在转基因棉花产区, 应在收获季进行适当的指导和监控, 以预防和降低转基因棉花中Cry1Ab/c蛋白对边际水体的潜在影响。     

少花蒺藜草入侵对沙质草地氮库的影响

以我国北方大面积发生的入侵植物少花蒺藜草为对象,研究了其对科尔沁沙质草地土壤氮库和地上植物氮库的影响,并在室内条件下,以自然生境中少花蒺藜草伴生牧草披碱草和扁穗冰草为对照,利用¹⁵N同位素技术分析了少花蒺藜草的生物固氮能力.结果表明:与对照裸地和本地植物鹅观草样地相比,少花蒺藜草入侵地土壤总氮库分别显著增加47.5%和20.8%,土壤铵态氮库分别显著降低25.6%和25.2%.与鹅观草相比,少花蒺藜草地上部分植物氮库显著降低18.7%.少花蒺藜草的¹⁵N原子丰度、¹⁵N原子百分超、¹⁵N原子加权百分超均显著低于披碱草和扁穗冰草.少花蒺藜草和披碱草的氮肥利用率分别为48.5%和47.0%,差异不显著.与披碱草相比,少花蒺藜草生物固氮率为60.2%Ndfa.少花蒺藜草对氮素高效利用的特征,揭示了其适应沙质草地生态系统并蔓延的一种生态适应机制.     

玉米秸秆还田对土壤丛枝菌根真菌群落的影响

为揭示农业管理活动对土壤丛枝菌根(AM)真菌的影响机制,基于Illumina Miseq高通量测序平台以及脂肪酸指纹图谱方法,研究了连续4年玉米秸秆还田后,AM真菌群落组成、AM真菌生物量及其与土壤环境因子间的相互关系.结果表明:所获得的2430个AM真菌OTUs从门到种依次分类,共分为1门、3纲、4目、8科、10属、143种,但不同处理间AM真菌群落丰富度(Chao1指数和ACE指数)、多样性(Shannon、Simpson多样性指数)没有显著差异.AM真菌中类球囊霉属、球囊霉属为优势属.随秸秆还田量的增加,球囊霉属丰度降低;3000、9000 kg·hm^-2秸秆还田量下,类球囊霉属、无梗囊霉属的丰度与对照(0 kg·hm^-2)间差异达极显著水平;原囊霉属、类球囊霉属、球囊霉属在3000 kg·hm^-2秸秆还田量下与对照间差异显著,非度量多维尺度(NMDS)分析表明,9000、12000 kg·hm^-2的秸秆还田量下土壤AM真菌β多样性与对照间聚集度较其他处理相差较远,秸秆还田量对AM真菌β多样性的影响显著.多元分析结果能在累积变量82.8%上揭示土壤主要理化性状与AM真菌丰富度、多样性的空间变化关系.土壤全氮、碱解氮是影响以磷脂脂肪酸表征的土壤主要微生物类群生物量以及以中性脂肪酸表征的AM真菌生物量的主要因子.持续玉米秸秆还田改变了AM真菌属水平上的分类学组成;随秸秆还田量的增加,AM真菌特有的微生物种类减少,AM真菌群落组成间的相似度下降;秸秆还田增加了土壤AM真菌生物量及其占土壤微生物总生物量的比例.     

不同氮水平下不同种稗草对水稻产量形成的影响

以‘南粳9108’(粳稻)为材料,自移栽至成熟期分别与无芒稗、西来稗和光头稗共培养,以无稗草共培为对照,观察不同种类共培稗草在不同施氮水平下(0、120、240、360 kg N·hm^-2)对水稻产量形成的影响.结果表明:相同氮肥水平下,不同种稗草株高表现为西来稗>无芒稗>光头稗,生育期由长到短为无芒稗>西来稗>光头稗.随着氮肥施用量的增加,不同种稗草的生物量在240 kg N·hm^-2下达到最大值,然后降低,无芒稗和西来稗的生物量均显著高于光头稗.在0 kg N·hm^-2下,不同种稗草对水稻产量无显著影响;在120 kg N·hm^-2下,无芒稗和光头稗处理水稻产量与无稗草处理差异不显著,但西来稗处理产量较无稗草处理显著降低;在240 kg N·hm^-2下,无芒稗、西来稗和光头稗处理显著减产;在360 kg N·hm^-2下,无芒稗和西来稗处理产量较无稗草处理显著降低,光头稗处理与无稗草处理差异不显著.稗草和氮肥对水稻产量形成具有明显的互作效应.120 kg N·hm^-2下,西来稗处理显著降低了水稻灌浆期剑叶硝酸还原酶活性、光合速率和根系氧化力以及成熟期氮积累量和干物质量,其他稗草处理与对照差异不显著;在240和360 kg N·hm^-2下,无芒稗和西来稗处理降低了水稻上述指标;在0 kg N·hm^-2下,各处理的上述指标差异不显著.回归分析表明,稗草表型对水稻产量的影响由大到小的顺序为生物量、株高、生育期和分蘖数,推测稗草较大的生物量造成水稻剑叶光合速率、硝酸还原酶活性、根系氧化力、氮积累量和干物质积累量降低,影响了水稻的生长发育,造成水稻减产.     

稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N2O和CH4排放的影响

以中国科学院辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站连续两年的试验平台为依托,以潮棕壤为供试土壤,开展了稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N₂O和CH₄排放的影响研究,设置对照(CK)、尿素(U)、尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+I)、秸秆还田(S)、秸秆还田+尿素(S+U)、秸秆还田+尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(S+U+I)6个处理.结果表明: 与CK相比,尿素显著提高了水稻产量、N₂O和CH₄累积排放及全球增温潜势.硝化抑制剂和脲酶抑制剂与尿素配施可显著减缓N₂O的累积排放.秸秆还田显著增加了N₂O和CH₄累积排放、全球增温潜势和温室气体排放强度.S+U+I处理水稻产量最高,但温室气体排放强度也显著高于其他处理;U+I处理产量略低于S+U+I,但温室气体排放强度最小.秸秆单独还田处理作物产量与对照相比无显著差异.在东北潮棕壤发育的水田中,S+U+I和U+I是相对较优的施肥模式.     

Adaptive mechanism of Echinochloa crus-galli Beauv. var. formosensis Ohwi under salt stress: Effect of salicylic acid on salt sensitivity

Our previous study revealed that salicylic acid (SA) accumulates in salt-stressed rice (Oryza sativa L. cv. Nipponbare) seedlings, and we hypothesized that the accumulation of SA might potentiate oxidative injury in rice seedlings since the inhibition of SA synthesis alleviated the growth inhibition under high salinity. To further clarify the action of SA under salt stress, we investigated the changes in the SA content, the activities of the antioxidative enzymes, and the effects of exogenous SA on barnyardgrass (Echinochloa crus-galli Beauv. var. formosensis Ohwi), a gramineous weed which shows lower SA content and is more salt tolerant than rice. In E. crus-galli seedlings exposed to high salinity, neither free nor conjugated SA content showed any increase, while the fresh weight of the shoot and chlorophyll fluorescence (Φ_PSII) slightly decreased. When E. crus-galli seedlings were treated with salt after foliar application of SA, the absorbed SA resulted in the enhancement of the salt-induced growth inhibition and a striking reduction of the Φ_PSII value. Catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) activities of E. crus-galli seedlings were induced by the salt treatment. However, SA pre-treatment suppressed such an induction of CAT activity and further promoted SOD activity, both of which led to the elevation of the leaf hydrogen peroxide (H₂O₂) level. The present results suggested that enlargement of the cellular SA pool facilitates the generation of H₂O₂ through the suppression of CAT activity and through a remarkable promotion of SOD activity, and thereby enhances the oxidative injury caused by salt stress.