全 文 ：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*
曾摇 萍1,2,3 摇 冯远娇1,2,3 摇 张婉纯1,2,3 摇 张燕菲1,2,3 摇 董文超1,2,3 摇 王建武1,2,3**
( 1华南农业大学农学院, 广州 510642; 2华南农业大学农业部华南热带农业环境重点实验室, 广州 510642; 3华南农业大学广
东省高等学校农业生态与农村环境重点实验室, 广州 510642)
摘摇 要摇 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.
关键词摇 Bt玉米摇 Bt蛋白摇 土壤养分
*国家自然科学基金项目(41101279,31170506,31370543)、高等学校博士学科点专项科研基金项目(20094404120010,20104404110003)和华
南农业大学校级创新训练项目(101)资助.
**通讯作者. E鄄mail: wangjw@ scau. edu. cn
2013鄄10鄄12 收稿,2014鄄04鄄28 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)07-1997-07摇 中图分类号摇 S158摇 文献标识码摇 A
Change of Bt protein in soil after growing Bt corns and returning corn straws to soil and its
effects on soil nutrients. ZENG Ping1,2,3, FENG Yuan鄄jiao1,2,3, ZHANG Wan鄄chun1,2,3, ZHANG
Yan鄄fei1,2,3, DONG Wen鄄chao1,2,3, WANG Jian鄄wu1,2,3 ( 1College of Agriculture, South China Agri鄄
cultural University, Guangzhou 510642, China; 2Ministry of Agriculture Key Laboratory of Agro鄄
Environments in Tropics, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 3Key La鄄
boratory of Agroecology and Rural Environment of Guangdong Regular Higher Education Institutions,
South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25
(7): 1997-2003.
Abstract: The spatiotemporal dynamics of Bt protein in soil and the change of soil nutrients in rhi鄄
zosphere soil, root surface soil and soils at 0-20, 20-40 and 40-60 cm were measured in green鄄
house experiments. Two Bt corns, 5422Bt1 and 5422CBCL, and their near isogenic non鄄Bt variety
5422 were grown for 90 days and the crop residues were retained to soil. Results showed that 1. 59
and 2. 78 ng·g-1 Bt protein were detected in the rhizosphere soil with Bt corns 5422Bt1 and
5422CBCL immediately after harvest. However, there were only trace amounts of Bt protein (<0. 5
ng·g-1) were detected in root surface soil after 90 days and in bulk soil in the two Bt corn treat鄄
ments after 30, 60 and 90 days. When corn residues returned to soil, Bt protein declined rapidly
within 3 days and only trace amounts of Bt protein were measured after 7 days. There were no sig鄄
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 7 月摇 第 25 卷摇 第 7 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jul. 2014, 25(7): 1997-2003
nificant differences in organic matter, available nutrient (alkaline hydrolytic N, available P, availa鄄
ble K) or total nutrient (total N, total P, total K) in root surface soils and soils at 0-20 cm, 20-
40 cm and 40-60 cm among the Bt and non鄄Bt corns after 90 days. Sixty days after returning crop
residues of 5422Bt1 to soil, the contents of organic matter and total N increased and the content of
available K reduced significantly in the 0-20 cm soil depth. There were no significant differences in
any other parameter at the 0-20 cm depth, neither for any parameter in the 20-40 cm and 40-60
cm soil depths compared to those in the non鄄Bt corn 5422 treatment. There were no significant
differences in soil nutrient contents in Bt corn 5422CBCL treatment compared to those in non鄄Bt
corn 5422 treatment except that available phosphorus content was reduced in root surface soils, and
total P content increased at the 0-20 cm soil depth after 90 days. When crop residues of Bt corn
5422 CBCL were returned to soil, only available P content in the 0-20 cm soil layer was evidently
higher compared to the soil receiving crop residues of non鄄Bt corn 5422. Results suggested that Bt
protein released from root and crop residues of Bt corns would not accumulate in soil, and growing Bt
corns and returning crop residues to soil would have no significant effect on soil nutrients in general.
Key words: Bt corn; Bt protein; soil nutrient.
摇 摇 转 Bt基因作物是全球商品化程度最快、种植面
积最大的抗虫转基因作物,它通过表达土壤苏云金
芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)的 Bt蛋白基因而对
鳞翅目害虫产生杀虫活性,2012 年全球共种植 Bt
玉米 4740 万 hm2,占转基因作物总种植面积的
27% [1] .土壤是生态系统中物质循环和能量转化过
程的重要场所,Bt作物对土壤生态系统的影响是其
安全性评价的重要组成部分,受到国内外学者的广
泛关注.研究表明,Bt 作物释放的 Bt 蛋白可通过根
系分泌物[2]、花粉飘落[3]、秸秆还田[4-5]等方式进入
土壤生态系统,其中秸秆还田是最主要的途径,可大
大增加 Bt 蛋白进入土壤的量,进而有可能导致 Bt
蛋白在土壤中累积,从而影响土壤的养分含量.
目前,对 Bt玉米种植和秸秆分解过程中 Bt 蛋
白降解的报道已较多,但多为室内模拟试验[6-11],仅
有邢珍娟等[5]报道了 Bt玉米幼苗残体中 Bt蛋白的
田间降解规律. 种植 Bt 作物和还田 Bt 作物秸秆对
土壤养分含量的影响研究也多集中在 Bt 棉花[12-18]
和 Bt 水稻[19-21] 方面,对 Bt 玉米的研究相对较
少[22-26] .现有的研究都是将种植 Bt 作物和 Bt 作物
秸秆还田分开进行,尚未见种植并及时还田的报道.
因此,为了阐明大田环境下种植 Bt玉米及秸秆
还田过程中土壤 Bt 蛋白的变化及其对土壤养分含
量的影响,本文通过大棚水泥池种植玉米并秸秆还
田,研究两个 Bt 玉米(5422Bt1 和 5422CBCL)及其
同源常规玉米 5422 种植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蛋白的时空动态特征及其对土壤有机质、速效
养分(碱解氮、速效磷、速效钾)、全量养分(全氮、全
磷、全钾)含量的影响,为转 Bt基因作物的生态风险
评价和管理提供科学依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验材料
1郾 1郾 1 供试土壤摇 供试土壤取自华南农业大学农学
院教学试验农场常规玉米地,按照 0 ~ 20、20 ~ 40、
40 ~ 60 cm取土,原位填到试验用水泥池中.土壤的
理化性状见表 1.
1郾 1郾 2 供试玉米 摇 供试玉米品种为美国 Beck爷 s
Hybrids公司培育的两个不同转化事件的转 Bt 基因
玉米品种 5422Bt1 (Bt11)和 5422CBCL(Mon810),
以及它们共同的同源常规玉米品种 5422,3 个品种
均由美国普渡大学农学系 Cindy Nakatsu博士惠赠.
表 1摇 供试土壤的基本理化性状
Table 1摇 Basic physical and chemical properties of test soil
项目
Item (cm)
土层 Soil layer (cm)
0 ~20 20 ~ 40 40 ~ 60
pH 5. 35依0. 03c 6. 31依0. 08b 6. 81依0. 08a
有机质
Organic matter (g·kg-1)
23. 14依0. 21a 16. 08依0. 55b 9. 64依0. 37c
碱解氮
Alkaline hydrolytic N
(mg·kg-1)
89. 32依2. 47a 52. 85依3. 28b 30. 77依1. 23c
速效磷
Available P (mg·kg-1)
84. 06依1. 25a 27. 10依1. 70b 6. 40依0. 47c
速效钾
Available K (mg·kg-1)
125. 49依2. 66a 38. 15依0. 62c 48. 07依2. 14b
全氮
Total N (g·kg-1)
1. 14依0. 01a 0. 73依0. 01a 0. 43依0. 01a
全磷
Total P (g·kg-1)
1. 06依0. 01a 0. 64依0. 01b 0. 31依0. 02c
全钾
Total K (g·kg-1)
27. 06依0. 08a 27. 74依0. 21a 26. 20依0. 44b
同行不同字母表示差异显著(P<0. 05)Different letters in the same line
meant significant difference at 0. 05 level. 下同 The same below.
8991 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
表 2摇 秸秆的基本理化性状
Table 2 摇 Basic physical and chemical properties of test
straw
项目
Item
品种 Variety
5422 5422Bt1 5422CBCL
全碳 Total C (g·kg-1) 418. 23依3. 61a 418. 07依2. 42a 414. 24依2. 16a
全氮 Total N (g·kg-1) 15. 61依0. 58b 16. 69依0. 18a 15. 33依0. 13b
全磷 Total P (g·kg-1) 2. 87依0. 09b 3. 11依0. 02a 2. 64依0. 02c
全钾 Total K (g·kg-1) 22. 19依0. 13a 18. 88依0. 35c 20. 30依0. 37b
摇 摇 种植玉米至成熟期时收集各品种秸秆(分叶和
茎),经冻干、粉碎、过筛(1 mm),按茎叶比 2 颐 1 的
比例充分混匀,置于-40 益冰箱备用.秸秆的基本理
化性状见表 2.
1郾 2摇 试验设计及取样
在全封闭的塑料大棚水泥池中种植两个 Bt 品
种(5422Bt1 和 5422CBCL)及其同源常规品种 5422
并秸秆还田.大棚内共设有 12 个同样规格的水泥池
(100 cm伊80 cm伊80 cm).每个池内分层填充华南农
业大学农场的常规玉米种植原状土,保证原始土壤
剖面层次相同. 试验采用随机区组设计,共 4 个小
区,每个小区有 3 个水泥池,分别种植 3 个玉米品种
(5422、5422Bt1、5422CBCL),每个池内种植 4 株玉
米(2 行,株距 30 cm,行距 30 cm).试验于 2012 年 5
月 15 日播种,2012 年 8 月 13 日收获,2012 年 8 月
14 日进行秸秆还田.
播种后,分别在 30、60、90 d 用取土器从玉米根
系附近 5 cm 范围内分层采集根外土(0 ~ 20、20 ~
40、40 ~ 60 cm),玉米收获后(第 90 天),采集根围
土和根际土.根围土和根际土的采集方法如下:收集
根围土时将玉米连根拔起,放至大封口袋中,通过抖
落的方式用封口袋收集土壤,所得即根围土.收集根
际土时用手小心除去附着在根上的土粒,将根装入
灭菌塑料瓶中,加适量 0郾 85%的 NaCl 溶液,摇床振
荡清洗 20 min,将根取出,土壤浑浊液离心 5 min
(4000 r ·min-1 ),弃掉上清液,加入 1 mL NaCl
(0郾 85% ),用 Tip头混匀,全部吸入 2 mL 灭菌离心
管中,离心 2 min(14000 r·min-1),弃掉上清液,所
得即根际土.
收获后第 2 天将 576 g相应品种秸秆与相对应
水泥池的上层(0 ~ 20 cm)土壤混匀(此时秸秆还田
量是 900 g·m-2),分别在还田后 0、3、7、30、60 d 取
得秸秆分解表层土,并于第 30 和 60 天取得 20 ~ 40
和 40 ~ 60 cm土层土壤.
播种后 30、60、90 d以及还田后 0、3、7、30、60 d
的 3 层土壤(整个取样时间连起来分别为 30、60、
90、91、94、98、121、151 d)、收获时的根际土和根围
土均保存于-20 益冰箱,用于 Bt 蛋白含量的测定.
另外,将种植 90 d后的剩余根围土和 3 层根外土及
还田 60 d后的剩余 3 层土壤风干,用于土壤中有机
质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾含量的
测定.
1郾 3摇 Bt蛋白含量的测定
Bt 蛋 白 含 量 的 测 定 采 用 酶 联 免 疫 法
(ELISA) [27] . Bt鄄CrylAb酶联免疫试剂盒购买于美国
Agdia 公司. 操作步骤:称取土壤样品于离心管中,
分别加入 0. 5 mL 的 2伊PBST 蛋白提取液,混匀,静
置 30 min(期间间隔 10 min摇晃混匀 1 次),4 益离
心 10 min (12000 r·min-1),提取上清液,用 PBST
按照一定的倍数稀释后待测.将 6 个不同浓度的 Bt
标准蛋白 100 滋L及样品稀释液 100 滋L分别加入酶
标板的样品孔中,保鲜膜覆盖,置于保湿瓷盒中孵育
2 h. 去掉保鲜膜,用 PBST 缓冲液连续快速洗板 5
次,在每个样品孔中加入 100 滋L 酶标抗体,保鲜膜
覆盖,置于瓷盒中孵育 2 h.最后,用 PBST 缓冲液连
续快速洗板 5 次,在每个样品孔中加入 100 滋L TMB
酶基质(底物),保鲜膜覆盖,置于瓷盒中 20 min 后
取出,用酶标仪于 650 nm 处测定其 OD 值,根据不
同浓度梯度的标准蛋白的 OD 值做标准曲线,从而
求出各个样品中 Bt蛋白的含量.
1郾 4摇 土壤养分含量的测定
土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全
磷、全钾含量的测定参考鲍士旦[28]的方法.
1郾 5摇 数据处理
利用 SPSS 13. 0 统计分析软件对同一取样时间
同一土层 3 个品种间的数据进行多重比较(Duncan
法),差异显著性水平为 琢 = 0. 05. 图表中数据为平
均值依标准误.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 种植 Bt 玉米及秸秆还田过程中土壤 Bt 蛋白
的时空动态特征
2郾 1郾 1 根围土和根际土中 Bt 蛋白含量的变化 摇 种
植 Bt玉米和同源常规玉米 90 d 后,3 个品种的根
围土中均能检测到少量的 Bt 蛋白 (含量 < 0郾 5
ng·g-1),种植 Bt 玉米 5422Bt1 和 5422CBCL 根际
土中则可分别检测到 1. 59 和 2. 78 ng·g-1的 Bt 蛋
白(图 1).种植 Bt玉米 5422Bt1 的根围土中 Bt蛋白
含量与常规玉米 5422 相比没有显著差异,但根际土
中 Bt蛋白含量比常规玉米 5422 显著高 783. 8% ;种
99917 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 曾摇 萍等: 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摇 摇
图 1摇 种植 Bt玉米后根际土(玉)和根围土(域)中 Bt 蛋白
含量
Fig. 1摇 Content of Bt protein in rhizosphere soil (玉) and root
surface soil (域) after Bt corn planting.
不同字母表示品种差异显著(P<0. 05) Different letters meant signifi鄄
cant difference among varieties at 0. 05 level. 下同 The same below.
植另一 Bt玉米 5422CBCL 的土壤中 Bt 蛋白含量显
著高于常规玉米 5422,根围土和根际土中分别高
593郾 8%和 1449. 6% .
2郾 1郾 2 根外土中 Bt 蛋白含量的变化 摇 种植玉米过
程中,3 层根外土壤中 Bt 蛋白含量的时间动态特征
基本一致,在种植后 30、60 和 90 d 能检测到少量的
Bt蛋白,但含量均<0. 5 ng·g-1,种植 Bt 玉米和常
规玉米之间也没有显著差异(图 2). 玉米秸秆还田
初始时,加入两个 Bt 玉米秸秆后表层土壤中 Bt 蛋
白含量均显著增加,但在 3 d内即快速降解,在还田
第 7 天后只检测到少量的 Bt 蛋白(图 2A). Bt 玉米
5422Bt1 秸秆在还田后 3 和 7 d 分别降解了 50郾 6%
和 81. 1% ,另一 Bt 玉米 5422CBCL 秸秆在还田后 3
和 7 d则分别降解了 33. 7%和 83. 4% .还田 Bt玉米
秸秆后 30 和 60 d 3 层土壤中少量的 Bt蛋白与还田
常规玉米秸秆没有明显差异(图 2).
种植 Bt玉米和常规玉米及秸秆还田过程中,根
外土壤中 Bt蛋白的空间动态特征基本一致(图 2),
在种植后 30、60 和 90 d 以及秸秆还田后 30 和 60
d,0 ~ 20、20 ~ 40 和 40 ~ 60 cm 土层的 Bt 蛋白含量
有逐渐减少的趋势,均只检测到少量的 Bt 蛋白(含
量<0. 5 ng·g-1).
2郾 2摇 种植 Bt 玉米及秸秆还田对土壤养分含量的
影响
2郾 2郾 1 有机质含量摇 种植玉米 90 d后,两种 Bt玉米
5422Bt1、5422CBCL 与其同源常规玉米 5422 相比,
在 0 ~ 60 cm土层范围内,根围土和根外土中有机质
含量均没有显著差异(图 3A).还田 Bt玉米 5422Bt1
秸秆60 d后,0 ~ 20 cm土层有机质含量比还田
图 2摇 种植 Bt玉米及秸秆还田过程中根外土 Bt蛋白含量的
时空动态
Fig. 2摇 Spatiotemporal dynamics of Bt protein in bulk soil dur鄄
ing Bt corn planting and straw returning.
图 3摇 种植 Bt玉米及秸秆还田对土壤有机质含量的影响
Fig. 3摇 Effects of Bt corn planting and straw returning on soil
organic matter contents.
A: 种植玉米 90 d后 90 days after planting corn; B: 秸秆还田 60 d后
60 days after returning straw.
0002 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
5422 秸秆显著高 11. 6% ,其他土层(20 ~ 40 和 40 ~
60 cm ) 则没有明显差异; 还田另一 Bt 玉米
5422CBCL秸秆后 3 层土壤有机质含量与还田 5422
秸秆相比均没有显著差异(图 3B).
2郾 2郾 2 速效养分含量 摇 与种植同源常规玉米 5422
相比,种植两个 Bt玉米 90 d 后,根围土和 3 层根外
土(0 ~ 20、20 ~ 40 和 40 ~ 60 cm)中碱解氮和速效钾
含量均没有显著差异,但 5422 和 5422Bt1 根围土中
速效磷含量比 5422CBCL 分别显著升高 30. 3%和
28郾 8% ,5422 根围土中速效磷含量与 5422Bt1 相比
没有显著差异(表 3). Bt 玉米和常规玉米秸秆还田
60 d后,0 ~ 20 cm 土层中,还田 5422 和 5422Bt1 秸
秆后速效磷含量比还田 5422CBCL秸秆分别显著降
低 20. 4%和 17. 0% ,其余土层(20 ~ 40 和 40 ~ 60
cm)速效磷含量在 3 个品种之间均没有显著差异.
还田 5422 秸秆后,0 ~ 20 cm 土层中速效钾含量明
显比还田 5422Bt1 秸秆高 16. 9% ,其余土层(20 ~
40 和 40 ~ 60 cm)的速效钾含量在 3 个品种之间均
没有显著差异(表 4).
2郾 2郾 3 全量养分含量摇 种植两个 Bt玉米 5422Bt1 和
5422CBCL 90 d后,根围土和 3 层根外土中全氮、全
钾含量与种植同源常规玉米 5422 相比均没有显著
差异;但在 0 ~ 20 cm土层中,5422CBCL全磷含量比
5422 显著高 10. 3% ,其余土层(根围土、20 ~ 40 和
40 ~ 60 cm)的全磷含量在 3 个品种之间均没有显著
差异(表5) . 与还田常规玉米5422秸秆相比,还田
表 3摇 种植 Bt玉米及秸秆还田对土壤速效养分含量的影响
Table 3 摇 Effects of Bt corn and straw returning on soil
available nutrient contents
土层
Soil layer
品种
Variety
碱解氮
Alkaline
hydrolytic N
(mg·kg-1)
速效磷
Available P
(mg·kg-1)
速效钾
Available K
(mg·kg-1)
根围土 5422 154. 27依11. 44a 115. 10依5. 07a 174. 02依14. 22a
Root surface 5422Bt1 159. 26依20. 80a 113. 75依7. 32a 185. 23依11. 27a
soil 5422CBCL 176. 07依12. 23a 88. 32依6. 08b 200. 03依36. 47a
0 ~ 20 cm 5422 70. 09依8. 40a 109. 88依6. 54a 126. 96依7. 71a
5422Bt1 77. 78依6. 98a 120. 42依6. 12a 135. 49依6. 93a
5422CBCL 62. 39依5. 87a 107. 85依4. 68a 128. 31依11. 48a
20 ~ 40 cm 5422 95. 16依11. 40a 84. 45依24. 27a 99. 10依13. 79a
5422Bt1 91. 60依17. 90a 68. 39依21. 66a 93. 38依20. 93a
5422CBCL 137. 18依27. 30a 137. 73依42. 80a 121. 81依34. 52a
40 ~ 60 cm 5422 67. 66依7. 14a 16. 07依2. 07a 82. 97依14. 78a
5422Bt1 61. 11依4. 48a 11. 53依3. 11a 68. 73依6. 99a
5422CBCL 63. 25依13. 51a 16. 07依1. 37a 70. 32依6. 81a
同列不同字母表示品种差异显著(P <0. 05) Different letters in the
same column meant significant difference among varieties at 0. 05 level.
下同 The same below.
表 4摇 Bt玉米及秸秆还田对土壤速效养分含量的影响
Table 4摇 Effects of Bt corn straw returning on soil available
nutrient contents
土层
Soil layer
(cm)
品种
Variety
碱解氮
Alkaline
hydrolytic N
(mg·kg-1)
速效磷
Available P
(mg·kg-1)
速效钾
Available K
(mg·kg-1)
0 ~ 20 5422 68. 95依3. 96a 98. 57依5. 65b 200. 39依3. 51a
5422Bt1 63. 25依3. 16a 102. 73依3. 41b 171. 48依10. 13b
5422CBCL 67. 66依3. 47a 123. 81依8. 85a 189. 70依7. 99ab
20 ~ 40 5422 50. 14依7. 88a 108. 72依39. 67a 105. 85依9. 16a
5422Bt1 51. 57依5. 45a 93. 73依31. 60a 112. 97依9. 86a
5422CBCL 73. 36依20. 55a 176. 72依76. 39a 113. 97依20. 54a
40 ~ 60 5422 38. 75依1. 90a 14. 53依1. 75a 77. 12依2. 18a
5422Bt1 34. 76依2. 83a 17. 82依4. 78a 86. 46依11. 06a
5422CBCL 40. 03依6. 48a 13. 75依3. 29a 85. 93依15. 56a
表 5摇 种植 Bt玉米及秸秆还田对土壤全量养分含量的影响
Table 5摇 Effects of Bt corn and straw returning on soil total
nutrient contents
土层
Soil layer
品种
Variety
全氮
Total N
(g·kg-1)
全磷
Total P
(g·kg-1)
全钾
Total K
(g·kg-1)
根围土 5422 1. 15依0. 06a 1. 35依0. 07a 26. 61依0. 28a
Root surface 5422Bt1 1. 07依0. 02a 1. 30依0. 01a 26. 40依0. 24a
soil 5422CBCL 1. 15依0. 06a 1. 25依0. 11a 25. 47依0. 69a
0 ~ 20 cm 5422 1. 07依0. 04a 1. 17依0. 04b 26. 93依0. 40a
5422Bt1 1. 10依0. 03a 1. 20依0. 04ab 26. 30依0. 06a
5422CBCL 1. 09依0. 04a 1. 29依0. 02a 26. 61依0. 30a
20 ~ 40 cm 5422 0. 90依0. 09a 0. 94依0. 13a 26. 94依0. 31a
5422Bt1 0. 84依0. 09a 0. 80依0. 16a 26. 59依1. 74a
5422CBCL 1. 10依0. 23a 1. 42依0. 46a 25. 98依0. 83a
40 ~ 60 cm 5422 0. 52依0. 02a 0. 45依0. 03a 25. 17依0. 91a
5422Bt1 0. 49依0. 05a 0. 39依0. 04a 25. 56依0. 32a
5422CBCL 0. 54依0. 01a 0. 47依0. 02a 25. 51依0. 09a
Bt 玉米 5422Bt1 和 5422CBCL秸秆 60 d后 3 层土壤
的全磷和全钾含量均没有显著差异;但还田 Bt玉米
5422Bt1 秸秆后 0 ~ 20 cm 土层的全氮含量比还田
5422 秸秆显著高 6. 3% ,其余土层(20 ~ 40 和 40 ~
60 cm)的全氮含量在 3 个品种之间均没有显著差异
(表 6).
表 6摇 Bt玉米及秸秆还田对土壤全量养分含量的影响
Table 6摇 Effects of Bt corn straw returning on soil total nu鄄
trient contents
土层
Soil layer
(cm)
品种
Variety
全氮
Total N
(g·kg-1)
全磷
Total P
(g·kg-1)
全钾
Total K
(g·kg-1)
0 ~ 20 5422 1. 11依0. 02b 1. 13依0. 03a 25. 89依0. 49a
5422Bt1 1. 18依0. 02a 1. 17依0. 02a 26. 09依0. 43a
5422CBCL 1. 12依0. 02ab 1. 19依0. 03a 26. 10依0. 43a
20 ~ 40 5422 0. 91依0. 11a 1. 04依0. 19a 25. 80依0. 80a
5422Bt1 0. 81依0. 08a 0. 94依0. 15a 27. 08依0. 37a
5422CBCL 1. 07依0. 23a 1. 52依0. 49a 24. 62依1. 06a
40 ~ 60 5422 0. 50依0. 02a 0. 41依0. 02a 24. 80依0. 55a
5422Bt1 0. 51依0. 04a 0. 43依0. 05a 25. 42依0. 13a
5422CBCL 0. 48依0. 02a 0. 39依0. 02a 26. 11依0. 61a
10027 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 曾摇 萍等: 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摇 摇
3摇 讨摇 摇 论
Bt作物释放的 Bt 蛋白在大田环境中降解的主
要途径包括[29]:1)昆虫消耗,即土壤中的 Bt杀虫蛋
白进入昆虫(包括靶标昆虫和非靶标昆虫)体内后
被降解;2)太阳光的降解作用,即 Bt 杀虫蛋白在紫
外线的照射下分解而失效;3)微生物的降解和最终
的矿化作用,在地表主要以光的降解为主,在土壤中
则以土壤微生物的降解为主.本研究表明,两种不同
转化事件的 Bt玉米种植及秸秆还田过程中土壤 Bt
蛋白的时空动态特征基本一致,通过根系分泌和秸
秆还田方式进入到土壤中的 Bt蛋白均能快速降解.
种植后 90 d,两种 Bt 玉米 5422Bt1 和 5422CBCL 的
根际土中可分别检测到 1. 59 和 2. 78 ng·g-1的 Bt
蛋白,常规玉米根际土中检测不到,这与前人对 Bt
玉米的研究结果类似[22,30-31],而 Bt玉米和常规玉米
根外土、根围土中均只能检测到少量 Bt蛋白,含量<
0. 5 ng·g-1,常规玉米根外土、根围土检测到少量
Bt蛋白是由于土壤本身含有一定数量的苏云金芽
孢杆菌;秸秆还田初期,表层土壤中 Bt 蛋白含量明
显增加,继而在 3 d内快速降解,在还田第 7 天后就
只检测到少量 Bt 蛋白,已有研究结果[9-11,32-33]也表
现出类似规律.由此可见,通过根系分泌和秸秆分解
进入土壤中的 Bt蛋白能通过各种途径快速降解,不
会在土壤中累积.
土壤是生态系统中物质循环和能量转化过程的
重要场所,Bt作物的种植及秸秆还田有可能影响到
土壤的养分含量. 本研究表明,与常规玉米相比,种
植 Bt玉米 5422Bt1 后并未对根围土和 3 层根外土
中有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾
含量造成影响;还田 5422Bt1 秸秆后,0 ~ 20 cm土层
的有机质、全氮含量显著升高,而速效钾含量显著降
低,其余各土层养分指标均没有显著差异.而种植另
一 Bt玉米 5422CBCL后,根围土中速效磷含量显著
低于种植 5422,0 ~ 20 cm土层中全磷含量显著高于
5422,其他养分指标均没有显著差异;5422CBCL 秸
秆还田后,仅 0 ~ 20 cm土层的速效磷含量显著高于
5422,其余养分指标均没有显著差异. Bt 玉米
5422Bt1 秸秆还田后,土壤有机质和全氮含量有所
升高,这可能是因为 5422Bt1 秸秆中全氮和全磷含
量高于常规玉米 5422 所致(表 2). 颜世磊[25]的研
究表明,还田 Bt玉米 DK647BTY秸秆后能显著增加
土壤有机质含量. 种植 Bt 玉米 5422CBCL 至成熟
期,根围土中速效磷含量较亲本 5422 显著降低,可
能是此时土壤中酸性磷酸酶活性较低,影响了酶促
反应,进而导致速效磷含量的变化,具体原因需要进
一步研究. Bt玉米的种植或秸秆还田对土壤养分含
量的负面影响也有报道:如王建武等[23]研究表明,
Bt玉米秸秆还田后土壤速效磷和速效钾含量显著
降低;刘玲等[26]研究表明,Bt玉米种植后 60 d 根区
土壤中速效磷含量明显降低;Sarhar 等[13]研究表
明,Bt棉花生长时期根围土中速效氮和有效磷含量
有降低趋势.
由此可见,Bt 玉米 5422Bt1 和 5422CBCL 的种
植及秸秆还田对土壤养分含量的影响仅表现在个别
土层和指标上,对土壤养分大部分指标均无显著影
响,这与已有研究[22,26,29]种植 Bt玉米对土壤养分含
量基本无显著影响的结论类似. 除了 Bt 玉米,Bt 棉
花[14,16-17]、Bt水稻[19-20]的种植也表现出对土壤养分
含量无显著影响.
综上所述,转 Bt基因玉米种植并秸秆还田过程
中释放到土壤中的 Bt蛋白不会在土壤中累积,且这
个过程对土壤养分大部分指标基本没有造成影响.
由于本试验开展周期较短,且仅测定单季种植及秸
秆还田的数据,其结果不能全面地反映实际情况.前
人的研究结果显示,在试验 200 d[34]或 350 d[2]后在
土壤中仍能检测到 Bt 蛋白,那么如果连续种植 Bt
玉米及秸秆还田,土壤中的 Bt 蛋白就有可能积累,
进而影响土壤生物,从而影响土壤酶活性的变化及
养分含量.因此,后续需要经过多季反复种植及秸秆
还田试验,以进一步探明土壤中 Bt蛋白的环境行为
及对土壤养分含量的长期影响.
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作者简介摇 曾摇 萍,女,1988 年生,硕士研究生. 主要从事转
基因生物安全性评价研究. E鄄mail: 25687774@ qq. com
责任编辑摇 张凤丽
30027 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 曾摇 萍等: 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摇 摇