土壤是生态系统中物质循环和能量转化的重要场所,转基因作物外源基因对土壤非靶标生物的影响已经引起人们的广泛关注.我国转植酸酶基因玉米(即自交系BVLA430101)于2009年9月27日获得了生物安全证书,该转植酸酶基因玉米可提高饲料利用效率,减少动物粪便造成的环境污染.本文以转植酸酶基因玉米(简称转基因玉米)和常规对照亲本玉米(简称对照玉米)为试验材料,通过大田试验研究了转基因玉米和对照玉米种植对土壤线虫群落组成与生态指标的影响.结果表明: 转基因玉米和对照玉米大田土壤分别分离出29个属和26个属的线虫.与对照玉米相比,转基因玉米种植田食细菌线虫相对多度与数量、捕/杂食线虫数量和土壤线虫总数,以及群落多样性指数等都有升高的趋势,而植食线虫相对多度与线虫总成熟度指数呈降低趋势.重复测量方差分析表明,整个生长季节内转基因玉米与对照玉米田间不同营养类群土壤线虫相对多度与数量及生态指标均无显著差异;而T检验分析表明,玉米乳熟期转基因玉米田食细菌线虫、捕/杂食线虫数量和土壤线虫总数显著高于对照玉米田,这可能与乳熟期转基因玉米田土壤总氮含量显著升高有关.
A healthy soil ecosystem is essential for nutrient cycling and energy conversion, and the impact of exogenous genes from genetically modified crops had aroused wide concerns. Phytase transgenic corn (i.e., the inbred line BVLA430101) was issued a biosafety certificate on 27 September 2009 in China, which could improve the efficiency of feed utilization, reduce environmental pollution caused by animal manure. In this study, the abundance of trophic groups, community structure and ecological indices of soil nematodes were studied over the growing cycle of phytase transgenic corn (ab. transgenic corn) and control conventional parental corn (ab. control corn) in the field. Totally 29 and 26 nematode genera were isolated from transgenic corn and control corn fields, respectively. The abundances of bacterivores and omnivorespredators, the total number of soil nematodes, and the Shannon index (H) were significantly greater under transgenic corn than under control corn, while the opposite trend was found for the relative abundance of herbivores and the maturity index (∑MI) of soil nematodes. Repeatedmeasures analysis of variance (ANOVA) did not detect any significant effects of transgenic corn on the composition and abundance of nematode trophic groups and ecological indices of soil nematodes. Furthermore, the StudentT test showed that the abundances of bacterivores and omnivorespredators and the total number of soil nematodes during the milk-ripe stage were significant higher in the transgenic corn field than in the control corn field. The effects of transgenic corn planting on soil nematodes might be related to the increase in the nitrogen content of field soil under transgenic corn compared to control corn.
全 文 :转植酸酶基因玉米种植对土壤线虫群落的影响*
郭维维1 摇 赵宗潮1 摇 苏摇 营1 摇 牟文雅1 摇 刘满强2 摇 陈小云2 摇 陈法军1**
( 1南京农业大学植物保护学院, 南京 210095; 2南京农业大学资源与环境学院, 南京 210095)
摘摇 要摇 土壤是生态系统中物质循环和能量转化的重要场所,转基因作物外源基因对土壤非
靶标生物的影响已经引起人们的广泛关注.我国转植酸酶基因玉米(即自交系 BVLA430101)
于 2009 年 9 月 27 日获得了生物安全证书,该转植酸酶基因玉米可提高饲料利用效率,减少
动物粪便造成的环境污染.本文以转植酸酶基因玉米(简称转基因玉米)和常规对照亲本玉米
(简称对照玉米)为试验材料,通过大田试验研究了转基因玉米和对照玉米种植对土壤线虫群
落组成与生态指标的影响.结果表明: 转基因玉米和对照玉米大田土壤分别分离出 29 个属和
26 个属的线虫.与对照玉米相比,转基因玉米种植田食细菌线虫相对多度与数量、捕 /杂食线
虫数量和土壤线虫总数,以及群落多样性指数等都有升高的趋势,而植食线虫相对多度与线
虫总成熟度指数呈降低趋势.重复测量方差分析表明,整个生长季节内转基因玉米与对照玉
米田间不同营养类群土壤线虫相对多度与数量及生态指标均无显著差异;而 T 检验分析表
明,玉米乳熟期转基因玉米田食细菌线虫、捕 /杂食线虫数量和土壤线虫总数显著高于对照玉
米田,这可能与乳熟期转基因玉米田土壤总氮含量显著升高有关.
关键词摇 转基因玉米摇 土壤线虫摇 营养类群摇 生态指标
文章编号摇 1001-9332(2014)04-1107-08摇 中图分类号摇 S154. 1摇 文献标识码摇 A
Effects of phytase transgenic corn planting on soil nematode community. GUO Wei鄄wei1,
ZHAO Zong鄄chao1, SU Ying1, MOU Wen鄄ya1, LIU Man鄄qiang2, CHEN Xiao鄄yun2, CHEN Fa鄄jun1
( 1College of Plant Protection, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2College of
Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China) .
鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(4): 1107-1114.
Abstract: A healthy soil ecosystem is essential for nutrient cycling and energy conversion, and the
impact of exogenous genes from genetically modified crops had aroused wide concerns. Phytase
transgenic corn ( i. e. , the inbred line BVLA430101) was issued a bio鄄safety certificate on 27
September 2009 in China, which could improve the efficiency of feed utilization, reduce environ鄄
mental pollution caused by animal manure. In this study, the abundance of trophic groups, commu鄄
nity structure and ecological indices of soil nematodes were studied over the growing cycle of phytase
transgenic corn (ab. transgenic corn) and control conventional parental corn (ab. control corn) in
the field. Totally 29 and 26 nematode genera were isolated from transgenic corn and control corn
fields, respectively. The abundances of bacterivores and omnivores鄄predators, the total number of
soil nematodes, and the Shannon index (H) were significantly greater under transgenic corn than
under control corn, while the opposite trend was found for the relative abundance of herbivores and
the maturity index (移MI) of soil nematodes. Repeated鄄measures analysis of variance (ANOVA)
did not detect any significant effects of transgenic corn on the composition and abundance of nema鄄
tode trophic groups and ecological indices of soil nematodes. Furthermore, the Student鄄T test
showed that the abundances of bacterivores and omnivores鄄predators and the total number of soil
nematodes during the milk鄄ripe stage were significant higher in the transgenic corn field than in the
control corn field. The effects of transgenic corn planting on soil nematodes might be related to the
increase in the nitrogen content of field soil under transgenic corn compared to control corn.
Key words: transgenic corn; soil nematode; trophic group; ecological index.
*国家转基因生物新品种培育重大专项(2013ZX08012鄄005,2014ZX08012鄄005)资助.
**通讯作者. E鄄mail: fajunchen@ njau. edu. cn
2013鄄07鄄19 收稿,2014鄄01鄄21 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 4 月摇 第 25 卷摇 第 4 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, Apr. 2014, 25(4): 1107-1114
摇 摇 我国是一个农业大国,畜牧养殖在国民经济中
占有举足轻重的地位.据不完全统计,我国每年以畜
禽粪便形式损失的有机磷高达 250 万 t 之多,不仅
造成了严重的环境污染,而且造成了我国磷资源的
巨大浪费[1] .磷是动物生长、发育和繁殖所必需的
重要矿物元素.植酸磷(六磷酸肌醇及其盐类)是谷
物、豆类和油料等作物籽实中磷和肌醇的基本贮存
形式,占植物总磷的 60%以上,是饲料的重要成分.
单胃动物体内缺乏能分解植酸的酶,而植酸酶能将
植酸磷降解成肌醇和无机磷酸,同时释放出与植酸
(盐)结合的其他营养物质.它能提高植物性饲料中
磷的利用率,减少粪便中磷的排出量,对降低环境污
染、提高畜牧养殖业效益具有重要意义[2] .
玉米是我国主要的饲料作物,占饲料用量的
50%以上,每年需求量在 3000 万 t 以上.因此,在我
国研究和开发植酸酶产品具有极其重要的现实意义
和可观的经济、生态效应. 中国农业科学院于 2009
年 9 月 27 日获得了转植酸酶基因玉米的生物安全
证书.但外源基因的人工插入可能改变植物原来的
基因组序列,进而影响植物的生理生化特性和物理
化学结构;改变根分泌物的组成从而影响田间土壤
生态[3-4] .因此,转基因作物的种植及桔秆还田可能
给农田生态系统带来很大的环境安全压力.
线虫种类和数量极其丰富,是土壤生态系统中
主要的功能种群之一,并参与土壤物质分解[5-6],其
在评价干扰条件下农田生态系统变化的独特优势已
被充分阐述[7-9]:首先,线虫在所有农田系统中普遍
存在,且从土壤中将线虫分离出来较容易,分离效率
可达 97% ~99% [10];其次,线虫营养类群丰富多样,
在土壤生态系统的食物网中占据多个生态位,能够
充分反映土壤食物网结构和功能的综合性状[11];再
次,线虫对土壤物质循环和能量流动起着重要作
用[12];此外,线虫世代时间较短,可在短时间内对环
境变化做出响应[13],且线虫与外界环境直接作用,
营养级高,对干扰的响应灵敏[7,14] .
目前国内外对于转植酸酶玉米的研究较少,且
主要集中其于对鸡、猪等禽畜类的影响[15-16],同时
多数研究仅局限于温室或人工培养条件下,在自然
条件下研究较少.本文以转植酸酶基因玉米为研究
对象,通过田间环境释放试验调查研究转基因玉米
种植对土壤线虫群落的影响,以期更全面地了解转
植酸酶基因玉米大田种植对土壤生物群落的影响,
为转基因玉米的土壤生态安全评估提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究地区概况
试验于 2012 年 6—10 月在山东省德州市宁津
县转基因玉米野外试验基地(37毅64忆 N,116毅08忆 E)
进行.该区域海拔 16. 5 m,年均温 12. 9 益,年均降
水量 500 ~ 800 mm,属于温带大陆性气候.土壤类型
为蒙淤砂白土,属于潮砂土,耕作层(0 ~ 20 cm)土
壤 pH 8. 32,有机碳含量 9. 30 g·kg-1,有机质含量
16. 04 g·kg-1,全氮 0. 89 g·kg-1,碱解氮 135. 45
mg·kg-1,速效磷 23. 95 mg·kg-1,速效钾 80郾 83
mg·kg-1 .
1郾 2摇 供试材料与试验设计
供试转基 因 玉 米 为 转 植 酸 酶 基 因 玉 米
(BVLA430101)及其常规对照亲本(蠡玉 35),两者
均为黄色籽粒(由北京奥瑞金种业股份有限公司提
供,已签署转基因玉米种子使用协议);常规玉米
(海玉 1 号,白色籽粒)由山东登海种业有限公司提
供,作为转植酸酶基因玉米大田隔离带使用.试验所
用 3 种玉米均为中熟品系,夏播生育期 100 d 左右.
大田试验采用严格的“隔离带冶和“缓冲区冶设置,即
试验地周边种植 5 m宽高粱隔离带,隔离带内侧、转
基因玉米及其对照亲本玉米之间分别种植 40 m 常
规玉米海玉 1 号作为缓冲区,转基因玉米和对照亲
本玉米种植面积分别为 50 m伊40 m(东西伊南北).
于 6 月 24 日播种,10 月 7 日收获,期间进行常规田
间水肥管理.
1郾 3摇 土壤线虫分离与鉴定
分别于 6 月 23 日(玉米播种前)、7 月 24 日(拔
节期)、8 月 24 日(扬花期)及 9 月 24 日(乳熟期)进
行 4 次土壤样品采集.采样时,用 200 cm3土钻在玉
米植株间靠近植株 5 cm 处钻取 0 ~ 20 cm 耕土层,
每个玉米品种设置 3 个小区(10 m伊10 m),每小区
采用五点取样,土样带回室内剔除土壤根系及有机
残体后分离土壤线虫.线虫分离采用 Baermann 浅盘
法[17],置于室温条件下分离,48 h后用 500 目(孔径
25 滋m)的筛网收集线虫,并用 4%的甲醛保存.
线虫在体视显微镜下计数. 每个样本随机取
100 条线虫,参考《中国土壤动物图鉴》 [18]进行属种
鉴定,对于线虫头数少于 100 的样本,对全部线虫进
行鉴定.根据形态特征将线虫划分为植食线虫、食细
菌线虫、食真菌线虫和捕 /杂食线虫等 4 个营养类
群,并根据生活史特征赋予范围为 1 ~ 5 的 c鄄p
8011 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
值[12] .
1郾 4摇 线虫生态指标计算
线虫总数以每 100 cm3干土中线虫总数表示.线
虫数量多度划分的标准为:个体数占线虫总数的百
分比>10%为优势属;1% ~ 10%为常见属;<1%为
稀有属[19] .营养类群相对丰度分别为植食者、食细
菌者、食真菌者、捕 /杂食者占线虫总数的百分比.
Shannon 多样性指数 (H)计算式:H = -移P i
lnP i .式中,P i为第 i 个分类单元中个体占线虫总数
比例.线虫通道指数(NCR)为食细菌线虫与食微线
虫(食细菌+食真菌)数量之比.
总成熟度指数(移MI)计算式:移MI =移vi f i . 式
中:vi为依据自由生活和植物寄生类型线虫在生态
演替中不同生活史对策分别赋予的 c鄄p 值;f i为某一
科 /属( i)在线虫总数中所占比重[20] .
1郾 5摇 土壤理化性质测定
分别于 7 月 24 日(拔节期)和 9 月 24 日(乳熟
期)进行土壤样品采集,土壤采集方法同1. 3,每个
玉米品种设置 3 个小区(10 m伊10 m),每小区采用
五点取样法各采集 1 土钻合并混匀作为一个样品.
土样带回室内剔除土壤根系及有机残体后过 40 目
筛,用于测定土壤有机碳含量( g·kg-1)、有机质含
量(g·kg-1)、全氮(g·kg-1)、碱解氮(mg·kg-1)、
速效磷(mg·kg-1)和速效钾(mg·kg-1),以研究转
基因玉米及对照亲本种植对土壤理化性质的影响,
测定方法详见鲁如坤[21]的方法.
1郾 6摇 数据处理
试验数据的统计分析采用 SPSS 16. 0 进行. 每
次调查(2012 年 6 月 23 日、7 月 24 日、8 月 24 日和
9月24日)转基因玉米和对照亲本玉米大田土壤线
表 1摇 转基因玉米田和对照亲本玉米田土壤线虫属类组成
Table 1摇 Generic composition of soil nematodes in the fields of phytase transgenic corn and control parental corn
营养级
Trophic group
属组成
Genus
c鄄p 7 月 July
T C
8 月 August
T C
9 月 September
T C
10 月 October
T C
植食者 丝尾垫刃属 Filenchus 2 ** ** ** ** ** ** ** **
Herbivores 垫刃属 Tylenchus 2 - - - * * - - -
短体属 Pratylenchus 3 *** *** *** *** *** *** *** ***
矮化属 Tylenchorhychus 2 ** ** ** ** ** ** * **
盘旋属 Rotylenchus 3 - ** * ** ** ** ** **
裸矛属 Psilenchus 2 - - - - - - * -
散香属 Beleodorus 2 ** ** ** ** ** * * *
螺旋属 Helicotylenchus 3 * ** ** * ** - ** *
食细菌者 棱咽属 Prismatolaimus 3 * * * * ** * ** **
Bacterivores 绕线属 Plectus 1 - - - * * - - -
盆咽属 Panagrolaimus 1 - - - - - - * -
丽突属 Acrobeles 2 * * - ** * * * *
拟丽突属 Acrobeloides 2 *** *** *** *** ** ** ** **
板唇属 Chiloplacus 2 ** ** *** ** *** ** ** **
头叶属 Cephalobus 2 *** *** *** *** *** *** *** ***
真头叶属 Eucephalobus 2 ** ** ** ** ** ** *** ***
小杆属 Rhabdistis 1 ** ** * * * ** * *
中杆属 Mesorhabdistis 1 ** ** * - * - * **
原杆属 Protorhabdistis 1 * ** ** ** ** ** ** **
无咽属 Alaimus 4 * - * - * * * *
双胃属 Diplogaster 1 - - - - - - *** -
钩唇属 Diploscapter 1 ** ** ** ** - * * *
畸头叶属 Metateratocephalus 3 ** * ** ** ** ** ** -
食真菌者 真滑刃属 Aphelenchus 2 ** ** ** ** ** ** ** **
Fungivores 长尾滑刃属 Seinura 2 * * * * ** * * **
滑刃属 Aphelenchoides 2 ** ** ** ** ** ** ** **
垫咽属 Tylencholaimus 4 * - - - * - - -
细齿属 Leptonchus 4 - - * - - - - *
捕 /杂食者 真矛线属 Eudorylaimus 4 - * - - - - - *
Omnivores鄄predators 孔咽属 Aporcelaimus 5 ** ** ** ** ** ** ** **
T: 转基因玉米 Phytase transgenic corn; C: 对照亲本玉米 Control parental corn. *** 优势属 Dominant genus; ** 常见属 Frequent genus; *
稀有属 Rare genus; - 没有出现 Not detected.
90114 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 郭维维等: 转植酸酶基因玉米种植对土壤线虫群落的影响摇 摇 摇 摇 摇
图 1摇 转基因玉米田和对照亲本玉米田土壤线虫数量动态
Fig. 1摇 Dynamics of nematode abundances in soil cropped with
phytase transgenic corn and conventional corn (mean依SE).
T: 转基因玉米 Phytase transgenic corn; C: 对照亲本玉米 Control pa鄄
rental corn. *P<0. 05. 下同 The same below.
虫数量、群落多样性(H)、成熟度指数(移MI)和线
虫通道指数(NCR)以及不同营养类群(包括植食
者、食细菌者、食真菌者、捕 /杂食者)的相对多度和
绝对数量间的差异显著性比较采用学生 t 检验
(Student鄄t test, P<0. 05)进行;此外,采用重复测量
方差分析(repeated鄄measures ANOVA)检验玉米整个
生长季节 4 次调查间转基因玉米和对照亲本玉米田
土壤线虫测定指标间的差异显著性.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 土壤线虫总数及属类组成
大田试验期间,转基因玉米和对照亲本玉米种
植下分别分离出土壤线虫 29 个属和 26 个属(表
1),且转基因玉米田土壤线虫数量普遍高于对照亲
本玉米田(图 1). 其中,丝尾垫刃属(Filenchus)、短
体属(Pratylenchus)、拟丽突属(Acrobeloides)、板唇属
( Chiloplacus ) 、头叶属 ( Cephalobus ) 、真头叶属
图 2摇 转基因玉米田和对照亲本玉米田土壤线虫营养类群百分组成(A)及其数量动态(B)
Fig. 2摇 Percentage compositions (A) and abundance dynamics (B) of four trophic groups of soil nematodes in the fields of phytase
transgenic corn and control parental corn.
玉: 植食者 Herbivore nematodes; 域:食细菌者 Bacterivore nematodes; 芋:食真菌者 Fungivore nematodes; 郁:捕 /杂食者 Omnivores鄄predator nem鄄
atodes.
0111 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
(Eucephalobus)、真滑刃属 ( Aphelenchus)、滑刃属
(Aphelenchoides)和孔咽属(Aporcelaimus)是两种玉
米品种种植下的主要类群(表 1). 重复测量方差分
析显示,整个生长季节转基因玉米田和对照亲本玉
米田土壤线虫数量差异不显著(F= 1. 65, P = 0. 27,
图 1).但土壤线虫数量随玉米种植时间的延长而下
降,9 月 1 日(即灌浆期)达最低值;此后,转基因玉
米田土壤线虫数量有所上升,而对照亲本玉米田土
壤线虫数量持续下降,至 10 月 1 日(即乳熟期)转
基因玉米田和对照亲本玉米田之间土壤线虫数量差
异达显著水平(P=0. 039,图 1).
2郾 2摇 土壤线虫营养类群组成
从图 2 可以看出,转基因玉米和对照亲本玉米
大田均以食细菌者为土壤线虫群落的优势营养类群
(44. 1% ~ 67. 4% ). 在玉米的整个生长期内,植食
线虫相对多度呈增长趋势,食细菌线虫相对多度呈
降低趋势.食细菌线虫和食真菌线虫数量随玉米生
育期有下降趋势,且捕 /杂食线虫数量和植食线虫数
量动态变化一致.此外,T检验表明,玉米乳熟期(10
月 1 日)转基因玉米田食细菌线虫数量和捕 /杂食
线虫数量都显著高于对照亲本玉米田(P<0. 05).整
个生长期内,重复测量方差分析表明,转基因玉米田
和对照亲本玉米田间土壤线虫各营养类群相对多度
和数量变化差异不显著.
2郾 3摇 土壤线虫群落指数
从图 3 可以看出,与对照亲本玉米相比,随着转
基因玉米种植时间延长土壤线虫总成熟度指数
(移MI)降低,线虫通道指数(NCR)变化不大,但普
遍高于对照亲本玉米;此外,群落多样性指数(H)明
显提高,且在 10 月 1 日(即乳熟期)转基因玉米田
和对照亲本玉米田之间 H 指数差异最大 ( P <
0郾 05).玉米整个生长期内,重复测量方差分析表
明,转基因玉米田和对照亲本玉米田间土壤线虫
移MI、NCR和 H差异不显著.
2郾 4摇 土壤理化性质
从图 4 可以看出,与对照亲本玉米相比,拔节期
转基因玉米田土壤速效磷含量降低,而速效钾、碱解
氮、有机碳和有机质含量有增加的趋势,但差异不显
著;此外,土壤总氮含量无明显差异(图 5).乳熟期
转基因玉米田土壤速效磷、有机碳和有机质含量均
低于对照亲本玉米田,但处理间差异不显著;乳熟期
转基因玉米田土壤全氮含量极显著高于对照亲本玉
米田(P<0. 01).
图 3摇 转基因玉米田与对照亲本玉米田土壤线虫总成熟度
指数、通道指数和群落多样性指数
Fig. 3摇 Maturity index (移MI), nematode channel index (NCR)
and community diversity index (H) of soil nematodes in the
fields of phytase transgenic corn and control parental corn.
图 4摇 转基因玉米田与对照亲本玉米田土壤速效钾、速效
磷、碱解氮、有机碳和有机质含量
Fig. 4摇 Contents of available K, available P, alkali鄄hydrolyza鄄
ble N, organic C and organic matter of field soil of phytase
transgenic corn and control parental corn.
A: 拔节期 Shooting stage; B: 乳熟期 Milk stage. AK: 速效钾 Availa鄄
ble K (mg·kg-1); AP: 速效磷 Available P (mg·kg-1 ); AN: 碱解
氮 Alkali鄄hydrolyzable N ( mg · kg-1 ); OC: 有机碳 Organic C
(g·kg-1); OM: 有机质 Organic matter (g·kg-1) . 相同小写字母表
示差异不显著(P>0. 05) The same lowercase letters showed no signifi鄄
cant difference at 0. 05 level. 下同 The same below.
11114 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 郭维维等: 转植酸酶基因玉米种植对土壤线虫群落的影响摇 摇 摇 摇 摇
图 5摇 转基因玉米田与对照亲本玉米田土壤全氮含量
Fig. 5摇 Contents of total nitrogen (TN) of field soil of phytase
transgenic corn and control parental corn.
3摇 讨摇 摇 论
转基因植物的非靶标效应是其生态风险评价和
环境影响监测的重要组成部分[22-23] .土壤线虫群落
分析已经成为指示土壤生态系统结构和功能变化的
有力工具[11-12] .虽然尚未发现有关转植酸酶玉米对
线虫群落影响的报道,但在其他转基因作物上(如
转 Bt玉米)有相关报道:H觟ss 等[24]报道了 Bt 玉米
及其纯化蛋白对土壤中秀丽隐杆线虫(Caenorhabdi鄄
tis elegans)的繁殖率与死亡率产生显著影响;但
H觟ss等[25] 又在 2011 年的研究发现转基因玉米
(Cry3Bb1)的田间种植不会显著影响线虫数量. 本
研究表明,整个生长季内转基因玉米种植对线虫各
营养类群相对多度与数量,以及相关生态指标的影
响不显著;但在乳熟期,转植酸酶玉米和对照亲本玉
米种植下土壤食细菌线虫、捕 /杂食线虫和土壤线虫
总数差异显著(P<0郾 05).这是否与乳熟期转基因玉
米田土壤全氮含量升高有关还需要进一步的试验验
证.此外,尽管拔节期和乳熟期转基因玉米种植不会
显著影响土壤速效钾、速效磷、碱解氮、有机碳和有
机质含量,但土壤速效磷的降低伴随着碱解氮和速
效钾含量的提高是否预示着转基因玉米种植影响了
土壤氮磷钾等元素的植物利用与地化循环,也需要
进一步长期的野外试验以明确.
土壤线虫群落的营养类群分析可以有效反映土
壤食物网营养级关系及能流途径[26] . Manachini
等[27]研究发现,转 Bt 油菜的田间种植提高了土壤
食真菌线虫的比例,降低了植食线虫的比例.本研究
发现,转植酸酶基因玉米的田间种植提高了食细菌
线虫的比例,降低了植食线虫和捕 /杂食线虫的比
例.线虫的营养类群结构与土壤碎屑食物网密切相
关,常用食细菌和食真菌线虫的比值探测土壤有机
质的分解途径(即 NCR),本研究发现,与常规对照
亲本相比,转植酸酶基因玉米的线虫通道指数普遍
偏高但变化不大(主要在 0. 7 ~ 0. 9 之间波动),表
明土壤有机质的分解主要依靠细菌途径.
本研究发现,转植酸酶玉米的田间种植未对土
壤线虫的生态指标和群落结构造成直接影响,这和
George等[28]研究结果一致,转基因作物中植酸酶的
表达不会对土壤中微生物群落结构产生显著影响;
同时许多学者也认为转基因作物的种植不会对土壤
生物产生影响[29-32]或者产生较小的影响[17,33-36] .但
也有学者认为转基因作物会对生物群落中的个别种
或者对生物多样性和功能产生影响[37-41] .
相比其他转基因作物,目前关于田间条件下转
植酸酶基因玉米对土壤生态系统的风险监测的信息
还很少而且尚无明确的结论,因此急需在不同地区
及不同土壤类型条件下开展长期定位监测,以研究
植酸酶降解规律、土壤肥力变化及对土壤非靶标生
物的影响,从不同角度开展系统研究,并将其与耕作
方式、肥水管理等措施相关联,从而对转植酸酶玉米
的生态风险及环境安全性作出全面的评价.
参考文献
[1]摇 Xiong J鄄W (熊建文), Peng D (彭 摇 端), Qin X鄄J
(覃晓娟), et al. Research progress and safety evalua鄄
tion of phytase transgenic mazie. Genomics and Applied
Biology (基因组学与应用生物学), 2011, 30 (2):
251-256 (in Chinese)
[2]摇 Yao B (姚摇 斌), Fang Y鄄L (范云六). Molecular bio鄄
logy and gene engineering of phytase. Chinese Journal of
Biotechnology (生物工程学报), 2000, 16(1): 5-9
(in Chinese)
[3] 摇 L俟 H鄄H (吕豪豪). Effects of Bt Gene Transformation
in Rice on Rihzosphere and Residue Decomposed Micro鄄
bial Community. PhD Thesis. Hangzhou: Zhejiang Uni鄄
versity, 2010 (in Chinese)
[4]摇 Wei X鄄H (魏兴华), Yuan X鄄P (袁筱萍), Yu H鄄Y
(余汉勇), et al. Effects of transgenic insertion on pol鄄
len vigor and hybrid seed set of rice. Chinese Journal of
Applied Ecology (应用生态学报), 2005, 16 (1):
115-118 (in Chinese)
[5] 摇 Crecchio C, Stotzky G. Biodegradation and insecticidal
activity of the toxin from Bacillus thuringiensis subsp.
kurstaki bound on complexes of montmorillonite鄄humic
acids鄄Al hydroxypolymers. Soil Biology and Biochemis鄄
try, 2001, 33: 573-581
[6]摇 Chen X鄄Y (陈晓云), Liu M鄄Q (刘满强), Hu F (胡
锋), et al. Contributions of soil micro鄄fauna ( protozoa
and nematodes) to rhizosphere ecological functions. Ac鄄
2111 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
ta Ecologica Sinica (生态学报), 2007, 27(8): 3132-
3143 (in Chinese)
[7]摇 Neher DA. Role of nematodes in soil health and their
use as indicators. Journal of Nematology, 2001, 33:
161-168
[8]摇 Fiscus DA, Neher DA. Distinguishing sensitivity of free鄄
living soil nematode genera to physical and chemical dis鄄
turbances. Ecological Applications, 2002, 12: 565-575
[9]摇 Ferris H, Bongers T. Nematode indicators of organic en鄄
richment. Journal of Nematology, 2006, 38: 3-12
[10]摇 Li Y鄄J (李玉娟), Wu J鄄H (吴纪华), Chen H鄄L (陈
慧丽), et al. Nematodes as bioindicator of soil health:
Methods and application. Chinese Journal of Applied
Ecology (应用生态学报), 2005, 16(8): 1541-1546
(in Chinese)
[11]摇 Ferris H, Bongers T, de Goede RGM. A framework for
soil food web diagnostics extension of the nematode fau鄄
nal analysis concept. Applied Soil Ecology, 2001, 18:
13-29
[12]摇 Bongers T. The maturity index: An ecological measure
of environmental disturbance based on nematode species
composition. Oecologia, 1990, 83: 14-19
[13]摇 Bongers T, Bongers M. Functional diversity of nema鄄
todes. Applied Soil Ecology, 1998, 10: 239-251
[14]摇 Sochova I, Hofman J, Holoubek I. Using nematodes in
soil ecotoxicology. Environment International, 2006,
32: 374-383
[15]摇 Wang XQ, Wang S, Zhang JM, et al. The effect of di鄄
etary supplementation with phytase transgenic corn on
growth performance, phosphorus utilization and excretion
in growing pigs ( Sus scrofa). Agricultural Sciences in
China, 2011, 10: 769-776
[16]摇 Ma QG, Gao CQ, Zhang JY, et al. Detection of trans鄄
genic and endogenous plant DNA fragments and proteins
in the digesta, blood, tissues, and eggs of laying hens
fed with phytase transgenic corn. PLoS One, 2013, 8:
e61138, doi:10. 1371 / journal. pone. 0061138
[17]摇 Li X鄄Q (李修强), Chen F鄄J (陈法军), Liu M鄄Q (刘
满强), et al. Effects of two years planting transgenic Bt
rice (Bt SY63) on soil nematode community. Chinese
Journal of Applied Ecology (应用生态学报), 2012, 23
(11): 3065-3071 (in Chinese)
[18]摇 Yin W鄄Y (尹文英), Song D鄄X (宋大祥), Tang J (唐
觉). Pictorical Keys to Soil Animals of China. Beijing:
Science Press, 1998 (in Chinese)
[19]摇 Liang W鄄J (梁文举), Zhang W鄄M (张万民), Li W鄄G
(李维光), et al. Effect of chemical fertilizer on nema鄄
tode community composition and diversity in the black
soil region. Biodiversity Science (生物多样性), 2001,
9(3): 237-240 (in Chinese)
[20]摇 Liu M鄄Q (刘满强), Huang J鄄H (黄菁华), Chen X鄄Y
(陈小云), et al. Aboveground herbivory by the brown
planthopper (Nilaparvata lugens) affects soil nematode
community under different rice varieties. Biodiversity
Science (生物多样性), 2009, 17(5): 431-439 ( in
Chinese)
[21]摇 Lu R鄄K (鲁如坤). Analysis Method of Soil and Agro鄄
chemistry. Beijing: Chinese Agricultural Science and
Technology Press, 2000 (in Chinese)
[22]摇 Greaf F, Z俟qhart W, Hommel B, et al. Methodological
scheme for designing the monitoring of genetically modi鄄
fied crops at the regional scale. Environmental Monito鄄
ring and Assessment, 2005, 111: 1-26
[23]摇 Sanvido O, Widmer F, Winzeler M, et al. A conceptual
frame work for the design of environmental post market
monitoring of genetically modified plants. Environment
Biosafety Research, 2005, 4: 13-27
[24] 摇 H觟ss S, Arndt M, Baumgarte S. Effects of transgenic
corn and Cry1Ab protein on the nematode, Caenorhabdi鄄
tis elegans. Ecotoxicology and Environmental Safety,
2008, 70: 334-340
[25]摇 H觟ss S, Nguyen HT, Menzel R, et al. Assessing the
risk posed to free鄄living soil nematodes by a genetically
modified maize expressing the insecticidal Cry3Bb1 pro鄄
tein. Science of the Total Environment, 2011, 409:
2674-2684
[26]摇 Yeates GW. Nematodes as soil indicators: Functional
and biodiversity aspects. Biology and Fertility of Soils,
2003, 37: 199-210
[27]摇 Manachini B, Landi S, Flore MC, et al. First investiga鄄
tions on the effects of Bt鄄transgenic Brassica napus L. on
the trophic structure of the nematofauna. IOBC鄄WPRS
Bulletin, 2004, 27: 103-108
[28]摇 George TS, Richardson AE, Li SS, et al. Extracellular
release of a heterologous phytase from roots of transgenic
plants: Does manipulation of rhizosphere biochemistry
impact microbial community structure. FEMS Microbiol鄄
ogy Ecology, 2009, 70: 433-445
[29] 摇 Icoz I, Saxena D, Andow D, et al. Microbial popula鄄
tions and enzyme activities in soil in situ under transgen鄄
ic corn expressing Cry proteins from Bacillus thuringien鄄
sis. Journal of Environmental Quality, 2008, 37: 647-
662
[30]摇 Li C鄄L (李长林), Zhang X (张摇 欣), Wu J鄄B (吴建
波), et al. Effect of transgenic cotton on microbial com鄄
munity diversity in rhizosphere soil. Journal of Agro鄄
Enviroment Science (农业环境科学学报), 2008, 27
(5): 1857-1859 (in Chinese)
[31]摇 Saxena D, Stotzky G. Bacillus thuringiensis (Bt) toxin
released from root exudates and biomass of Bt鄄corn has
31114 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 郭维维等: 转植酸酶基因玉米种植对土壤线虫群落的影响摇 摇 摇 摇 摇
no apparent effect on earthworms, nematodes, protozoa,
bacteria, and fungi in soil. Soil Biology and Biochemis鄄
try, 200l, 33: 1225-1230
[32]摇 Manachini B, Lozzia GC. First investigations into the
effects of Bt corn crop on nematofauna. Bollettino di
Zoologia Agraria e di Bachicoltura Series II, 2002, 34:
85-96
[33]摇 Oliverira AP, Pampulha ME, Bennett JP. A two鄄year
field study with transgenic Bacillus thuringiensis maize:
Effects on soil microorganisms. Science of the Total En鄄
vironment, 2008, 405: 353-357
[34]摇 Li X鄄G (李孝刚), Liu B (刘摇 标), Xu W鄄H (徐文
华), et al. Effects of transgenic Bt cotton biodiversity of
soil microbial community. Journal of Ecology and Rural
Environment (生态与农村环境学报), 2011, 27(1):
17-22 (in Chinese)
[35]摇 Zeilinger AR, Andow DA, Zwahlen C, et al. Earth鄄
worm populations in a northern U. S. cornbelt soil are
not affected by long鄄term cultivation of Bt maize express鄄
ing Cry1Ab and Cry3Bb1 proteins. Soil Biology and Bio鄄
chemistry, 2010, 42: 1284-1292
[36]摇 Debeljak M, Cortet J, Demsar D, et al. Hierarchical
classification of environmental factors and agricultural
practices affecting soil fauna under cropping systems
using Bt maize. Pedobiologia, 2007, 51: 229-238
[37]摇 Wu W鄄X (吴伟祥), Ye Q鄄F (叶庆福), Min H (闵
行). Enzyme activities variation in flooded soils amen鄄
ded with Bt transgenic rice straws at different stages of
plant development. Acta Ecologica Sinica (生态学报),
2003, 23(11): 2353-2358 (in Chinese)
[38]摇 Castaldini M, Turrini A, Sbrana C, et al. Impact of Bt
corn on rhizospheric and soil eubacterial communities
and on beneficial mycorrhizal symbiosis in experimental
microcosms. Applied Environmental Microbiology, 2005,
71: 6719-6729
[39]摇 Trevors JT, Kuikman P, Watson B. Transgenic plants
and biochemical cycles. Molecular Ecology, 1994, 3:
57-64
[40]摇 Zwahlen C, Hilbeck A, Howald R, et al. Effects of
transgenic Bt corn litter on the earthworm Lumbricus ter鄄
restris. Molecular Ecology. 2003, 12: 1077-1086
[41]摇 Liu W (刘 摇 微), Wang S鄄T (王树涛), Chen Y鄄X
(陈英旭), et al. Microbial diversity in rhizosphere soil
of transgenic Bt rice based on the characterization of
phospholipids fatty acids. Chinese Journal of Applied
Ecology (应用生态学报), 2011, 22 (3): 727 -733
(in Chinese)
作者简介摇 郭维维,女,1988 年生,硕士研究生.主要从事转
基因作物的生态安全评估研究. E鄄mail: guoweiwei4037@
126. com
责任编辑摇 肖摇 红
4111 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