基于根际与凋落物际评价转Bt水稻对土壤线虫群落的影响

转基因作物在商业化推广前,有必要评价其对非靶标土壤生物的生态影响。根系和凋落物与土壤的界面是代表植物直接影响土壤的两个典型活性微域,即根际和凋落物际。基于室内盆栽实验构建水稻根际和凋落物际,比较了这两个高活性微域中转Bt水稻克螟稻(KMD)与亲本水稻秀水11(XSD)对土壤可利用资源、微生物学性质和线虫群落的影响。结果表明:转Bt水稻对土壤性质的影响依赖于水稻生育期和微域的变化。与XSD相比,KMD在苗期和拔节期显著提高了凋落物际土壤可溶性有机氮含量(P0.05);在苗期显著降低了凋落物际土壤铵态氮含量,但在成熟期显著提高了凋落物际与交互微域土壤的铵态氮含量(P0.05)。与亲本水稻相比,转Bt水稻分别在苗期和成熟期显著提高了凋落物际土壤微生物生物量碳和活性,而在拔节期和成熟期显著降低了根际土壤微生物生物量氮含量(P0.05)。微域间的交互作用显著影响土壤微生物生物量、可溶性有机碳和氮、线虫总数和各食性线虫的数量(P0.05)。转Bt水稻总体上降低了土壤线虫总数,尤其在苗期和拔节期的凋落物际土壤中达到显著水平。重复测量方差分析表明转Bt水稻显著影响土壤食细菌(P0.01)和食真菌(P0.05)线虫数量,及线虫群落的通道指数和富集指数。水稻收获后KMD秸秆的Bt蛋白含量显著高于亲本,全部KMD处理的土壤样品中Bt蛋白含量无显著变化,因而转Bt水稻对土壤生物学性质的影响可能并非来源于Bt蛋白的作用,而更可能来自于水稻生长性状和凋落物性质的差异。     

施氮水平影响蚯蚓介导的番茄生长及抗虫性

过量施用氮肥不仅导致严重的生态环境问题, 还会限制土壤生物驱动的生态系统服务功能。蚯蚓的取食和掘穴等活动可以促进土壤肥力和植物生长, 进而影响植物与病虫害的关系。了解氮肥与害虫作用下蚯蚓对植物抗虫性的影响, 有助于揭示土壤动物的生态功能调控机制。采用蚯蚓(威廉腔环蚓Metaphire guillelmi)、西花蓟马(Frankliniella occidentalis)和氮肥用量的三因子完全交互设计, 利用番茄(Lycopersicon esculentum)盆栽实验探索了不同氮水平下蚯蚓对番茄生长及对植食者抗性的影响。结果表明, 在低氮条件下蚯蚓显著降低了番茄茎叶干生物量、根系干生物量及茎叶可溶性糖含量, 而茎叶的茉莉酸和水杨酸含量分别是无蚯蚓对照的6倍和3倍, 且伴随着西花蓟马数量下降了58%。在高氮水平时, 蚯蚓未影响番茄茎叶茉莉酸、茎叶水杨酸含量及西花蓟马数量。蚯蚓介导的番茄营养物质(茎叶可溶性糖和茎叶全氮)和防御信号物质(茎叶茉莉酸和茎叶水杨酸)含量分别与西花蓟马数量呈显著的正相关和负相关。总之, 氮肥施用改变的土壤氮有效性通过改变植物资源和防御物质含量转变了蚯蚓介导的植物抗虫性响应; 全面了解土壤生物对植物生长的影响需要综合考虑土壤管理-土壤动物-植物病原物三者之间的关系。     

长期施肥对水稻生长和抗虫性的影响: 解析土壤生物的贡献

合理施肥对保障土壤质量和粮食安全具有重要作用。有机肥促进土壤生物群落的发展已被认为是其优于化肥的重要方面, 然而有机肥影响下的土壤生物群落对作物生长的贡献却了解甚少。了解土壤生物因素对作物抗虫性的贡献不仅可以揭示施肥影响土壤功能的生物调控机制, 而且有助于制定土壤-作物的综合管理措施。本研究采集长期施用有机肥和化肥的水稻土, 通过制备灭活与否的土壤悬液, 在砂培条件下探究土壤生物群落对水稻生长及其抗虫性的影响。结果显示, 土壤生物群落和施肥措施均极显著地影响了土壤养分含量(P < 0.01)。土壤生物的存在降低了土壤铵态氮含量、水稻生物量、茎叶全氮含量以及褐飞虱(Nilaparvata lugens)生物量; 增加了土壤硝态氮含量、水稻的根冠比及水稻根系全氮、可溶性糖以及酚类含量(P < 0.05); 同时, 有机肥处理的土壤生物群落还能够促进水稻茎叶可溶性糖和酚类的合成。接入褐飞虱后, 土壤生物群落的存在显著降低了水稻整体的全氮含量, 促进了酚类的合成(P < 0.05)。研究结果表明, 土壤生物群落, 尤其是有机肥处理的土壤生物群落, 主要通过改变水稻养分向地下部的分配格局、增加根冠比、促进防御性代谢物质(如酚类)的合成来提高水稻地上部对害虫的 抗性。