全 文 ：第29卷第3期
2010年6月
生态科学
EcologicalScience
29(3)：242—246
Jun．2010
谭燕华，彭存智，张树珍，王冬梅，刘恩平．转基因甘蔗对根际土壤微生物多样性的影响【J】．生态科学，2010，29(3)：242-246．
TANYan-hua,PENGCun-zhi，ZHANGShu·zhen，WANGDong-mei，LIUEn-ping．Effecto transgenicsugarcaneonmicrobial
communitydiversityinrhizospheresoil[J1．EcologicalScien e,2010，29(3)：242·246．
转基因甘蔗对根际土壤微生物多样性的影响
谭燕华1，扩，彭存智1，_，张树珍1，王冬梅1，_，刘恩平1,2
1．中国热带农业科学院热带生物技术研究所，海口571101
2．农业部转基因植物及植物用微生物环境安全监督检测中心(海口)，海口571101
【摘要】 应用Biolog法研究了转几丁质酶和13．1,3-葡聚糖酶基冈甘蔗对根际土壤微生物多样性的影响。结果表明：转基因甘
蔗根际土壤微生物利用单一碳源能力(AwCD)要高于非转基因甘蔗的根际土壤微生物；转基因甘蔗和非转基因甘蔗根际土壤
样品的Simpson指数(1／D)、Shannon．Wiener指数(H)、McIntosh指数(u)均存在差异，其中转基因甘蔗根际土壤微生物的Simpson
指数显著高于非转基因甘蔗土壤微生物，两种土壤微生物群落优势度的差别很大，其次是McIntosh指数(U)指数，丰富度的差
别不是很大。说明转基因甘蔗根系在生长期的分泌物刺激根际土壤微生物群落的生长，可能诱导了具有某些特定生理特征的微
生物群落的发展，因此转基因甘蔗对根际土壤微生态有一定的影响。
关键词：转基因甘蔗；土壤微生物：生物多样性
doi：10．3969／j．issn．1008-8873．2010．03．008中图分类号：S154，Q145文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2010)03—242-06
Effectoftransgenicsugarcaneonmicrobialcommunitydiversityinrhizospheresoil
TANYan．hual，2，PENGCun．zhil’2，ZHANGShu．zhenl，WANGDong．meil,2LIUEn-pin91，2
J．InstitueofTropicalBiotechnology,ChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences571101，China
2．EnvironmentalSafe ySupervisionandInspectionCentrefo，GeneticallyMod fiedPlantsandMicroorganismsusedinPlants,Ministry
ofAgriculture，HaiKou,571101，China
Abstract：EffectofchitinaseandB·1，3-gincanasetran genicsugarcaneonmicrobiald versityinrhizospheresoilwasstudiedbyBiolog
platesmethod．TheresultsshowedthatheAverageWellColorDevelopment(AWCD)oftransgenicsugarcanew shigherthan
non-transgenicsugarcane，indicatingthecarboutilizationcapabilityofmicrobialcommunitywashigher．TheindicesofShannon0-I)，
Smipson(1／D)andMcIntosh(LDwerecalculatedrespectivelytOshowtherichness，dominanceandeve n ssofthefunctionaldiversity
accordingly．Theresultss owedthattherhizospheresoilmicrobialdiversityindicesoftransgenicsugarcanewerallhigherthanthose
ofnon—transgenicugarcane；thedominanceofthfunctionaldiversitywasremarkablyimproved，followedbythev nness；the
differenceoftherichnessWanotsignificant．Itindicatedthatherootexudatesoftransgenicsugarcaneinthgrowingseasonhad
stimulatedthegrowthofrhizospheresoilmicrobial，whichmightaveinducedthedevelopmentofthemicrobialcommunitywithcertain
physicalcharacteristics．Thispreliminarystudshowedtransgenicsugarcanemightaffectthemicrobialcommunitycompositionn
rhizospheresoil．
Keywords：transgenicsu arcane；soilmicrobial；microbialdivers ty
收稿日期：2009-06-20收稿，2010-04．20接受
基金项目：中央级公益性科研院所基本科研费(1TBBZX0832)
‘作者简介：谭燕华(1974一)，女，助理研究员，研究方向：转基因作物环境安全评价
’通讯作者E-mail：tanyanhua518@163．corn
万方数据
3期 谭燕华，等：转基因甘蔗对根际土壤微生物多样性的影响 243
1引言(Introduction)
农业转基因作物是通过基因工程手段产生的
生物新材料、新品种，新生物体在造福于人类的同
时有可能对人类和生态环境造成潜在的危害。随着
转基因技术的飞速发展以及转基因作物的大面积
推广，转基因作物的潜在生态风险问题也越来越引
起人们的重视。转基因植物的外源基因可以通过根
系分泌物或作物残渣进入土壤生态系统中，土壤的
特异生物功能类群及土壤生物多样性就可能发生
变化ll弓J。土壤是生态系统中物质循环和能量转化
的重要场所，土壤微生物多样性与活性的保持是农
业生态系统健康、稳定的基础【4。5】，因此评价转基
因作物对土壤微生物的影响具有重要的生态学意
义f6·刀。
土壤微生物的研究方法有很多种isJ，其中以
Biolog微孔平板碳源利用为基础的定量分析方法为
土壤微生物研究提供了一种更为简单快捷的方法[91。
Biolog微平板法最初应用于纯种微生物鉴定，1991
年Garland和Mills首次将Biolog微孔板用于土壤微
生物群落的研究【loJ，该项工作引起了许多微生物生
态学研究者的广泛关注。目前采用Biolog方法评价
不同类型土壤微生物的群落特征在国内外已得到了
广泛的应用111j。
甘蔗(SaccharumsinensisRoxb．)是我国最为重
要的糖料作物，也是我国热带、亚热带地区的重要经
济作物，近年来还发展成为一种重要的能源作物。近
年来甘蔗病害日益严重，严重影响着甘蔗的产量和质
量。甘蔗黑穗病(UstilagoscitamineaSyd)被称为
甘蔗的癌症，常在蔗区大面积流行。张树珍等【12J将
含有经过修饰的烟草(Nico打anatabacumL．)I类几丁
质酶基因和I类B一1，3．葡聚糖酶基因的双价植物表
达载体pCG．II在农杆菌介导下转化甘蔗优良品种
ROCl0和ROC22，获得抗甘蔗黑穗病的转化植株，
经PCR检测并对转化植株进行Southern杂交和黑穗
病抗病性的体外抑菌实验研究，结果显示这两个基因
均已整合到部分甘蔗的基因组中，且它们对甘蔗黑穗
病的抗性均有不同程度的提高。
本研究应用非培养依赖法，在大田栽培条件
下，通过Biolog微平板法探讨转几丁质酶和B．1,3．
葡聚糖酶基因甘蔗的种植对根际土壤微生物多样
性的影响，以期为转基因甘蔗的生态安全评价提供
理论基础。
2材料与方法(MaterialsandMethods)
2．1试验时间、地点
田间试验于2008．2009年在中国热带农业科学
院热带生物技术研究所试验田中进行。
2．2材料
以转几丁质酶和8．1,3．葡聚糖酶基因甘蔗和受
体甘蔗新台糖10号为材料。每种甘蔗种植面积为10m
X10m，采取直播方式，2008年2月下旬下种，每米
下种4个芽，行距1．2m，其他田间管理同大田栽培。
2009年2月中旬在原栽培地进行第二代生长。
2．3土壤样品采集
在甘蔗第二代的伸长期采集甘蔗根际土壤，采用
对角线5点取样法每个重复取5株。取样时，将甘蔗
整株挖起，将附着在根系的土壤抖落到塑料自封袋
中；将取好的土壤样品置于冰块上运至实验室，在
4℃的冰箱内保存。Biolog实验在取样后48h内进行。
土壤样品去除植物残体后过2mm土壤筛备用。
2．4 Biolog试验方法
取相当于10g风干土重的鲜土于250mL三角
瓶中，加90mL灭菌的0．145m01．L1NaCI溶液，在
摇床上振荡(200次／min)30min；然后取混浊液10ml
于250mL三角瓶中，加入90ml灭菌的NaCl溶液，
再震荡(200次／min)30min，并按此法再重复2次，
即得到稀释至10。3的混浊液。然后用8道移液器移
取上清液接种到BiologGN2板的的微孔内，每一个
孔中接种150uL土壤悬浮液。选择土壤稀释液接种
可以减少土壤吸附的碳源和土壤颗粒对Bioiog微平
板颜色变化的影响【7J。将接种好的BiologGN2板放
至25℃的恒温培养箱中培养，每隔24h在波长为
590nm的Biolog读数器上读数【”】，培养时间共240h
(10d)。
2．5数据处理
微生物整体活性指标采用微平板每孔颜色平均
变化率(AverageWellColorDevelopment，AWCD)来
描述，Simpson指数(1／D)、Shannon．Wiener指数(H)
和McIntosh指数(U)表征土壤微生物群落代谢功能
多样性【l¨51，其计算公式如下：
万方数据
AWCD=≥：(c-尺)／甩J■■一
H=一∑ei(LnPi)
D=∑[hi(hi—x)／N(N-1)]
i=1
U=√(∑，zf2)
式中，C为每个有培养基孔的吸光值，R为对照孔的
吸光值，n为培养基孔数，GN2板n值为95。Pi为
第i孑L的相对吸光值与所有反应孔相对吸光值总和的
比值，HP．Pi=(C—R)／E(c—R)。D为1／Simpson指数，
ni为第i孔的相对吸光值(c—R)，N为所有反应孔相
对吸光值的总和∑(C．R)。
3结果与分析(ResultsandAnalysis)
3．1 Biolog平板碳源平均颜色变化率
平均颜色变化率(AWCD)表征微生物群落碳源
利用率，是土壤微生物群落利用单一碳源能力的一个
重要指标1161，反映了土壤微生物活性、微生物群落
生理功能多样性【171。连续10d每隔24h测得的AWCD
见图1，从中可以看出，AWCD随培养时间的延长而
提高，转基因甘蔗和非转基因甘蔗都表现出在开始的
24h变化不大，而在第24—72小时内快速升高，随后
持续升高直到实验结束。转基因甘蔗和非转基因甘蔗
的根际土壤微生物的AWCD曲线变化基本一致，但
转基因甘蔗的AWCD值要高于非转基因甘蔗的，说
明转基因甘蔗根际土壤微牛物利用单一碳源能力要
高于非转基因甘蔗根际土壤微生物。
2 4 6 8
时间time(d)
图l土壤微生物群落培养过程中AWCD变化
Fig．1AWEDchangesduringincubationofsoilmicrobial
community
3．2土壤微生物群落功能多样性的分析
不同的多样性指数可以用来分析土壤微生物群
落的功能多样性，其反映了土壤微生物群落多样性的
不同方面。Simpson指数较多的反映群落中最常见的
物种(优势度)，Shannon—Wiener指数主要反映了群
落中的物种丰富度，而MeIntosh指数则是群落物种
均一性的衡型18】。试验中采用接种后72h的数据，
通过Simpson、Shannon—Wiener和McIntosh多样性指
数模型计算得到底物利用多样性指数。其中Simpson
指数计算时数据扩大了1000倍，以防止出现负数ll圳。
土壤微生物多样性指数计算数据见表1。由表1可知，
转基因甘蔗和非转基因甘蔗根际土壤样品的
Simpson指数(1／D)、Shannon．Wiener指数(H)、
McIntosh指数(U)均存在差异，转基因甘蔗根际土壤
微生物群落的多样性指数均高于非转基因甘蔗根际
土壤微生物群落的多样性指数。从丰富度指数来看，
两种土壤微生物群落丰富度的差别不是很大，转基因
甘蔗土壤微生物群落中的物种丰富度只是略高于非
转基因甘蔗土壤；从最常见的物种(优势度)来看，
转基因甘蔗土壤微生物群落中的物种优势度显著高
于非转基因甘蔗土壤，两种土壤微生物群落优势度的
差别很大；从均匀性指数来看，两种土壤的均匀性也
有差别，转基因甘蔗土壤微生物群落中的均匀性也高
于非转基因甘蔗土壤。
4讨论(Discussion)
近年来，转基因作物对土壤微生物的影响的研究．
已有许多报道[20-24j，有的研究表明转基因作物对土壤
的生态环境有一定影响。在本实验中，转基因甘蔗根
际土壤和非转基因甘蔗根际土壤的AWCD值在初期
基本上处于一个水平，随着时间的推移，转基因甘蔗
根际土壤的AWCD值始终显著高于非转基因甘蔗根
际土壤，说明转基因甘蔗根际土壤微生物群落中利用
微平板中孔中不同碳源底物种类增加。对土壤微生物
群落的功能多样性进一步分析，本试验中发现转基因
甘蔗和非转基因甘蔗根际土壤的三种多样性指数均
存在差异，转基因甘蔗根际土壤的物种丰富度、优势
度、均匀度均高于非转基因甘蔗根际土壤，其中转基
因甘蔗土壤微生物群落中的物种优势度显著高于非
转基因甘蔗土壤，两种土壤微生物群落优势度的差别
很犬，其次是均匀性指数，而两种土壤微生物群落丰
富度的差别不是很大；这说明微生物群落功能受根系
他
”
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啦
¨
02乏
万方数据
3期 谭燕华，等：转基因甘蔗对根际十壤微生物多样性的影响 245
表1 土壤微生物群落功能多样性
!垒垒!竺!望!!!竖!垒璺望坚!!!望竺塑!竺坐!墅!垒!!堕!型!翌垒!璺!!竺翼里!!望!壁
土壤样品 Shannon指数 Simpson指数 McIntosh指数
墨旦!!!兰里仑!! 墨堕璺坚翌旦翌i翌垒!堡! 墨垫里巳翌旦垫垒i竖! 坚!!翌!Q!!!翌皇!堡!
鬻罂篡嚣竺～啪。喊n 3胧㈨㈣ 33．352㈦2凹， 5细m㈣
分泌物影响很大，转基因甘蔗根系在生长期的分泌物
刺激根际微生物群落的生长，可能诱导了具有某些特
定生理特征的微生物群落的发展，因此两种土壤微生
物群落优势度的差别很大，均匀性也提高。Lottmann
等【25J发现转基因作物根系分泌物对土壤微生物有选
择刺激作用；Oger纠261发现表达冠瘿碱转摹因植物
根际可利用冠瘿碱的细菌群体的数量是相应非转基
因植物的80倍，转基冈植物根系分泌物改变了根际
微环境，导致细菌群落结构发生了变化。本研究未对
根际土壤微生物种类予以确认，哪些生理类群发生了
变化需做进一步的研究。
Saxena等【27J研究表明长期种植转基因作物代谢
会改变根际土壤微生物的代谢从而对土壤的性状、结
构和功能产生影响。本实验所用的试验材料属于第二
代生长，种植时间较长，培育的抗黑穗病的转基因甘
蔗新品种在长期的种植过程，可能已经通过根系分泌
物或作物残渣进入土壤生态系统中，因此提高了土壤
微生物群落的微生物活性，增强了土壤中微生物代谢
功能多样性。
总之，转基因甘蔗对根际土壤微生态有一定的影
响。但本研究中采用的Biolog微孔板法本身存在一
些问删28I，如选择培养问题，只有能够利用Biolog
微孔板上碳源的微生物才能反映出来，这种代谢多样
性类型只代表了整个微生物群落的一部分，不一定反
映整个土壤微生物群落的功能多样性129删】；另外本试
验只是在甘蔗的伸长期对少数指标进行了初步研究，
而土壤微生态本身具有多样性和复杂性，作物不同品
种及外界的环境条件也常造成显著差异，因此长期种
植转基因甘蔗对土壤微生物种类和数量的影响以及
对农业生产造成何种影响有待进一步展开和长期跟
踪研究。
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万方数据
转基因甘蔗对根际土壤微生物多样性的影响
作者： 谭燕华， 彭存智， 张树珍， 王冬梅， 刘恩平， TAN Yan-hua， PENG Cun-zhi， ZHANG
Shu-zhen， WANG Dong-mei， LIU En-ping
作者单位： 谭燕华,彭存智,王冬梅,刘恩平,TAN Yan-hua,PENG Cun-zhi,WANG Dong-mei,LIU En-
ping(中国热带农业科学院热带生物技术研究所,海口,571101;农业部转基因植物及植物用微
生物环境安全监督检测中心(海口),海口,571101)， 张树珍,ZHANG Shu-zhen(中国热带农业
科学院热带生物技术研究所,海口,571101)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2010,29(3)

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