全 文 ：第 51 卷 第 11 期
2 0 1 5 年 11 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 11
Nov．，2 0 1 5
doi:10．11707 / j．1001-7488．20151109
收稿日期: 2014 － 04 － 10; 修回日期: 2014 － 06 － 06。
基金项目: 国家高技术研究发展计划项目(2011AA100201) ; 国家林业公益性行业科研专项经费重大项目 (201004004)。
* 苏晓华为通讯作者。
转多基因库安托杨对土壤微生物群落功能的影响*
朱文旭 张冰玉 黄秦军 褚延广 丁昌俊 张伟溪 苏晓华
(林木遗传育种国家重点实验室 中国林业科学研究院林业研究所 北京 100091)
摘 要: 【目的】研究转基因库安托杨和非转基因库安托杨根际土壤微生物的碳源利用水平，为揭示转多基因库
安托杨对土壤微生物系统的影响提供科学依据。【方法】在北京市房山区韩村河东营苗圃，取转基因库安托杨 5
个无性系(D5-9，D5-19，D5-20，D5-21 和 D5-24)、非转基因库安托杨(CK)根际土壤以及无植物种植土壤(NP)。通
过 Biolog 生态板培养土壤微生物，用多功能酶标仪读数，计算碳源利用能力、丰富度指数、优势度指数和均匀度指
数。【结果】温育 24 h 后，土壤微生物逐渐适应了 Biolog 微平板基质环境，随后进入对数增长期，平均颜色变化率
(AWCD)快速增加直至 96 h，此时微生物活性旺盛，碳源开始被明显利用，随后缓慢增长，直至趋于稳定。各培养
阶段的 AWCD 均为 D5-24 的根际土最高，表明其微生物群落碳源利用量最多，代谢活性最强，CK 根际土次之，而
NP 土微生物代谢最慢，活性最弱。说明栽植杨树的根际土壤丰富了碳源，从而促进微生物的代谢活性。土壤微生
物对胺类、酚酸类、羧酸类、多聚物、氨基酸和碳水化合物的利用强度存在差异，微生物对碳水化合物和氨基酸的代
谢比较旺盛而对酚酸类和胺类的代谢较弱。对 72 h 的数据进行主成分( PCA)分析，31 个主成分因子中前 20 个的
方差贡献率达 100%，其中主成分 1 的方差贡献率为 42. 31%，主成分 2 为 13. 57%，第 3 ～ 20 主成分贡献率较小，为
1. 32% ～ 11. 64%。PC1 和 PC2 的累积贡献率高达 55. 88%，相关性分析表明，与 PC1 正相关程度最高的碳源为
D －纤维二糖(0. 900)，负相关的碳源为衣康酸( － 0. 266); 与 PC2 正相关程度最高的碳源为苯乙胺(0. 668)，负相
关的碳源为 α －丁酮酸( － 0. 631)。NP 和 CK 分别分布在最小和最大两端。在 PC2 轴上 NP 和 D5-9 分布在正向，
D5-20和 D5-24 分布在负向，CK、D5-19 和 D5-21 两边均有分布，NP 与其他无性系之间的分布区域有明显差异。
【结论】转多基因库安托杨对土壤微生物系统没有明显的影响。不同转基因无性系之间的差别可能是由于外源基
因插入位置、拷贝数等差异导致植株的生理生化及代谢特性发生变化，而非基因表达产物本身的影响。不论栽植
非转基因杨树还是转基因杨树都会增加根际土壤微生物的代谢活性。
关键词: 转多基因杨树; 土壤微生物; Biolog
中图分类号: S718. 46 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2015)11 － 0069 － 07
Effects of Multi-Gene Transgenic Populus × euramericana
‘Guariento’on the Function of Microbial Population in the Ｒhizosphere Soil
Zhu Wenxu Zhang Bingyu Huang Qinjun Chu Yanguang Ding Changjun Zhang Weixi Su Xiaohua
( State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding Ｒesearch Institute of Forestry，CAF Beijing 100091)
Abstract: 【Objective】This paper aims at studying the carbon utilization level of the rhizosphere microbials of transgenic
poplars (Populus × euramericana‘Guariento’) and non-transgenic poplars，and the results would be helpful in the
prediction whether the transgenic poplars have significant adverse effects on the soil microorganism system． 【Method】The
rhizosphere soil was collected from three different lands: land planted with five strains of transgenic poplars ( D5-9，
D5-19，D5-20，D5-21 and D5-24)，land planted with non-transgenic poplars (CK) and land without any plants(NP) at
Hancunhe Dongying nursery in Fangshan District． The ecological plate culture method was used to cultivate soil microbes，
multifunction microtiter plate reader was used to calculate the carbon utilization，and the collected data were analyzed with
Shannon index，Simpson index and Mclntosh index． 【Ｒesults】After 24 h incubation，soil microbes gradually adapted to
the ecological plate environment，and then entered the logarithmic growth phase，and the arerage well color development
(AWCD) rapidly increased until 96 h． A strong microbial activity was observed at this time，and carbon sources began to
be obviously used，and then followed by slow growth until stabilized． At each culture stage， the AWCD of D5-24
林 业 科 学 51 卷
rhizosphere soil was highest，showing that the amount of carbon source used in the microbial community was the most，and
the metabolic activity was the strongest． The non-transgenic rhizosphere was second; and the NP soil microbial had the
slowest metabolism and the weakest activity． The result indicated that the rhizosphere soil of poplars was rich in carbon
sources，and hence promoted metabolic activity of microorganisms． There were differences in utilization on amines，
phenolic acids，carboxylic acids，polymers，amino acids and carbohydrates by soil microorganisms． The carbohydrates and
amino acid metabolism were relatively strong while acids and amines utilization was weak． The principal component
analysis ( PCA ) for 72 h data indicated that contribution rate of the first 20 factors was 100% in the 31 principal
components of variance． The first main component of a variance had 42． 31% contribution rate，the principal component
2 had contribution rate of 13． 57 percent，and the third to 20 th principal components had smaller contribution，with
1． 32% － 11． 64% ． Cumulative contribution rate from PC1 and PC2 was up to 55． 88% ． Correlation analysis showed that
D-cellobiose，the carbon source，had the highest correlation with PC1 (0． 900)，and the carbon source that formed a
negative correlation with PC1 was itaconic acid ( － 0． 266) ． The carbon source that formed the highest positive correlation
with PC2 was phenylethylamine (0． 668)，and the carbon source formed a negative correlation was α-D acid ( － 0． 631) ．
NP and CK were distributed in the minimum and maximum ends，respectively． In the PC2 axis，NP and D5-9 were
located in the positive，D5-20 and D5-24 were distributed in the negative，and CK，D5-19 and D5-21 were distributed on
both sides． There were significant differences in distribution regions between NP and other clones． 【Conclusion】The
multi-gene transgenic poplar was not found having significant adverse effects on the soil microorganism system． Differences
between genetically clones could be due to the inserted position of exogenous genes，copy number and other differences
which lead to changes in physiological and biochemical characteristics of plants and metabolism，not due to the effect of
gene expression product itself． Ｒegardless of planting non-transgenic poplar or transgenic poplars can increase the
metabolic activity of rhizosphere soil microbes．
Key words: multi-gene transgenic poplar; soil microorganism; Biolog
自 1983 年世界上培植出第 1 株转基因植物以
来，国际上对转基因生物技术的安全问题一直存在
争论。在林木方面，通过转基因手段已获得了耐盐
(杨 春 霞 等， 2009 )、抗 虫 ( Zhang et al．， 2011;
Génissel et al．，2003)、抗除草剂(Confalonieri et al．，
2000)、降低木质素含量(Eriksson et al．，2000)、增加
生长量(Shani et al．，2004)等转基因树木，为林木遗
传改良提供了新途径。但是，随着转基因产品的推
广，人们对转基因产品安全性的质疑逐渐显现，转基
因植物在实际推广之前必须进行安全性评估。
目前，转基因植物风险评估(Wolfenbarger et al．，
2000)主要集中在转基因植物与近缘物种的外源基
因的转移(顾立江等，2009)、目标害虫的抗性(郭
文娟等，2012)，以及转基因植物对非目标生物的多
样性和生态系统的影响(Zhang et al．，2011)等方面。
土壤是农业生产中物质转化与能量交换的重要场
所，在农业生态系统中处于核心地位 (李鑫等，
2012)。外源基因的表达可引起植物生理代谢发生
改变，同时外源基因的表达产物(如 Bt 毒蛋白)通
过根系分泌等途径进入土壤生态系统后可能会对根
际微生物群落产生潜在影响。因此，转基因植物对
土壤生态环境、土壤微生物群落结构和多样性的影
响是转基因植物生态评价中的重要内容。
国内外关于转基因植物对土壤生态系统的研究
较多，且多集中在棉花(Gossypium spp． )、玉米(Zea
mays)等 1 年生农作物上(Oliveiraa et al．，2008; Li
et al．，2013;)，关于转基因林木对土壤微生物多样
性影响的研究报道很少，而且研究方法主要以传统
的培养法为主 (侯英杰等，2009; 魏冰等，2009; 胡
建军等，2004)。本研究以转 5 个基因的杨树为研
究对象，前期已经对转多基因库安托杨 (Populus ×
euramericana‘Guariento’)在稳定性、抗虫、抗水淹、
盐胁迫等方面进行了研究，抗逆效果都比较好 ( Su
et al．，2011; 李环等，2010)，而且发现转多基因库
安托杨在调查的 2 年内并未对种植地内的土壤微
生物数量造成影响(侯英杰，2008)。因此，本研究
选择在微生物数量最多的 7 月份利用 Biolog 生态
板，从根际土壤微生物群落利用碳源能力出发，探讨
不同转基因杨树无性系对根际土壤微生物多样性的
影响，为转基因杨树安全性评估提供参考。
1 材料与方法
1. 1 试验林概况
试验地位于北京市房山区韩村河东营苗圃，试
验品种为库安托杨，于 2006 年春季造林，造林面积
07
第 11 期 朱文旭等: 转多基因库安托杨对土壤微生物群落功能的影响
为 0. 66 hm2。每个无性系按正方形种植 100 株(行
列各 10 株)，造林密度为 2 m × 2 m。试验地的地
势、地貌、气温、降雨、植被、栽培管理等自然条件和
人为管理均一致，在整个试验阶段林地不做任何肥
水及喷施农药管理。
1. 2 试验材料与处理
本研究以转枯草杆菌果聚糖蔗糖酶 基因
(SacB)、透明颤菌血红蛋白基因(Vgb)、双价抗蛀干
害虫基因(BtCry3A + OC-Ⅰ )及调节基因 JEＲF36 #等
5 个外源基因，经 PCＲ、Southern 杂交和 BtCryA
ELISA 等分子检测，其中有 5 个无性系同时含有上
述 5 个基因 (Wang et al．，2007)，无性系编号为依次
D5-9，D5-19，D5-20，D5-21 和 D5-24，非转基因编号
为 CK，无植物种植的土壤编号为 NP(No plant)。于
2013 年 7 月树木生长旺盛期，每个无性系各选取
3 株，在每株树木主干周围 50 cm 范围内，将深度
15 ～ 30 cm土层内的根系挖出，采集根上附着的土
壤，混合均匀，空白土壤样品取自相同深度的无植物
种植的土壤。剔除石砾和植物残根等杂物的土样用
无菌的封口袋包扎密封，置于冰盒中带回实验室，研
碎混匀，过 2 mm 筛，然后进行 Biolog 测定。
1. 3 Biolog-ECO 试验测定
Biolog 生态板(美国 BIOLOG 公司)上包含用于
微生物群落分析最常用的 31 种碳源。每块板上有
96 孔，分为 3 组，每组有 31 种碳源和 1 个阴性对
照。每块板上加入同一样品后，可以获得 3 组平行
数据。参考 Classen(2003)的方法，首先将土壤样品
在 25 ℃培养箱内活化 24 h，称取相当于 10 g 烘干
质量的新鲜土壤于 250 mL 三角瓶中，加入 90 mL 灭
菌的 NaCl (0. 154 mol·L － 1 )溶液，将三角瓶在漩涡
振荡器上震荡 1 min，然后置于冰水浴中1 min，反复
3 次。静置 2 min 后用灭菌的 NaCl 溶液配置成 10 － 3
(V∶ V)土壤悬浮液。用八通道移液器向 ECO 板每
孔中加入 150 μL 的土壤悬浮液，将接种好的生态板
放在 25 ℃恒温培养，每个处理重复 3 次。每隔 24 h
在 Molecular Devices 多 功 能 酶 标 仪 ( SpectraMax
Paradigm，USA)上测定波长为 590 nm 处的吸光度
值，即 平 均 颜 色 变 化 率 ( average well colour
development，AWCD)，连续测定 11 天。
1. 4 数据统计分析
采用培养 72 h OD 值表征 BIOLOG 板中微生物
代谢功能多样性特征，并利用 Shannon-Wiener 指数
(H)、Simpson 指数 (D)、McIntoch 指数 (U) 计算其
多样性，其公式分别为:
H = －∑(Pi lnPi)，
D = 1 －∑Pi
2
，
U = ∑n2槡 i。
式中，Pi 为有培养基的孔与对照孔的吸光度值差与
整板总差的比值，ni 是第 i 孔的相对吸光值。
数据经 Excel 2003 整理后，采用 SPSS17. 0 统计
分析软件进行单因素方差(One-way ANOVA)分析、
相关性分析和主成分分析。
2 结果与分析
2. 1 土壤微生物利用总碳源的动力学特征
如图 1 所示，随着培养时间的延长，不同无性系
根际土壤微生物利用碳源的总量均呈逐渐增加的趋
势。培养起始的 24 h 为土壤微生物的滞后期，
AWCD 较小，且变化趋于平缓，说明碳源基本未被
利用。温育 24 h 后，土壤微生物逐渐适应了 Biolog
微平板基质环境，随后进入对数增长期，AWCD 快
速增加，直至 96 h，此时微生物活性旺盛，碳源开始
被明显利用，随后缓慢增长，直至趋于稳定。不同无
性系根际微生物对单一碳源利用程度存在差异:
D5-24 ＞ CK ＞ D5-20 ＞ D5-9 ＞ D5-21 ＞ D5-19 ＞ NP。
其中:各培养阶段 D5-24 根际土的 AWCD 均最高，
表明其微生物群落的碳源利用量最多，代谢活性最
强; CK 根际土次之; 而 NP 土微生物代谢最慢，活
性最弱。这说明栽植杨树后根际土壤碳源丰富，从
而促进了微生物的代谢活性。从表 2 可知，微生物
培养 72 h 各无性系根际土壤微生物的 AWCD 在
0. 29 ～ 1. 04 之间，差异达显著水平(P ＜ 0. 05)。
图 1 土壤微生物群落 AWCD 随培养时间变化
Fig． 1 AWCD changes with incubation time of different treatments
2. 2 土壤微生物群落多样性指数分析
土壤微生物群落对不同碳源的利用情况可以用
多样性指数表示。土壤微生物培养 72 h 的丰富度
指数、优势度指数和均匀度指数如表 2 所示，其中，
D5-24 各项指数最高，而 NP 最低。
17
林 业 科 学 51 卷
2. 3 土壤微生物对 6 大类碳源的利用强度
通过检测 6 大类碳源的利用强度(图 2)可以看
出，土壤微生物对胺类、酚酸类、羧酸类、多聚物、氨
基酸和碳水化合物的利用强度存在差异。NP 和
D5-19的根际土壤微生物对碳源的利用表现为碳水
化合物 ＞ 氨基酸 ＞ 多聚物 ＞ 羧酸类 ＞ 酚酸类 ＞ 胺
类; CK，D5-9，D5-20 和 D5-21 的根际土壤微生物对
碳源的利用表现为碳水化合物 ＞氨基酸 ＞多聚物 ＞
羧酸类 ＞胺类 ＞酚酸类; D5-24 根际土壤微生物对
碳源的利用表现为: 碳水化合物 ＞氨基酸 ＞羧酸类
＞多聚物 ＞酚酸类 ＞胺类。可见微生物对碳水化合
物和氨基酸的代谢比较旺盛而对酚酸类和胺类的代
谢较弱，转基因和非转基因与 NP 之间无明显差异。
表 2 土壤微生物群落 72 h AWCD 和多样性指数①
Tab. 2 AWCD of 72 h for soil microbial communities and diversity indices
处理 Treatments 72 h AWCD H D U
NP 0. 285 9 ± 0. 016 9dD 2. 822 7 ± 0. 029 3cCD 0. 924 6 ± 0. 002 1cdeBC 2. 431 5 ± 0. 110 4dC
CK 0. 799 8 ± 0. 095 7bcAB 2. 799 3 ± 0. 050 7cCD 0. 922 1 ± 0. 007 3deBC 2. 984 5 ± 0. 235 8cdC
D5-9 0. 449 3 ± 0. 046 1dCD 2. 881 6 ± 0. 143 3cBC 0. 929 3 ± 0. 012 3cdBC 3. 681 8 ± 0. 296 1cBC
D5-19 0. 374 5 ± 0. 034 8dD 2. 611 8 ± 0. 107 4dD 0. 912 0 ± 0. 009 4eC 3. 432 6 ± 0. 218 1cC
D5-20 0. 932 1 ± 0. 071 4abA 3. 092 5 ± 0. 047 8abAB 0. 950 2 ± 0. 003 1abA 6. 436 4 ± 0. 330 2aA
D5-21 0. 641 9 ± 0. 215 8cBC 2. 940 2 ± 0. 111 9bcBC 0. 937 4 ± 0. 010 1bcAB 4. 890 1 ± 1. 374 7bB
D5-24 1. 043 4 ± 0. 059 9aA 3. 195 7 ± 0. 063 2aA 0. 955 1 ± 0. 003 3aA 6. 838 8 ± 0. 145 5aA
① 表中数据为均值 ±标准差，不同大、小写字母分别表示不同处理间的差异极显著(P ＜ 0. 01)和显著( P ＜ 0. 05)。Data are mean ± SE，
different capital and lowercase letters in the same column mean significant difference among treatments at 0. 01 and 0. 05 levels，respectively．
图 2 不同转基因无性系对土壤微生物利用
不同碳源类型的影响
Fig． 2 Effect of different transgenic poplars on utilization of
different types of carbon sources by microbes
2. 4 土壤微生物对碳源利用多样性的主成分分析
主成分分析是处理数学降维的一种方法，即将
不同样本的多元向量变换为互不相关的主元向量，
在降维后的主元向量空间中可以用点的位置直观地
反映不同样本微生物群落的代谢特征，用于解释微
生物利用碳源的多样性。对土壤微生物群落培养
72 h 利用 6 类碳源的情况作主成分(PCA)分析(图
3)，结果表明，31 个主成分因子中前 20 个的方差贡
献率达 100%，其中主成分 1( principal component 1，
PC1)的方差贡献率为 42. 31%，主成分 2 ( PC2) 为
13. 57%，第 3 － 20 主成分贡献率较小，为 1. 32% ～
11. 64%。PC1 和 PC2 的累积贡献率高达 55. 88%，
是变异的主要来源，可以解释变量的绝大部分信息。
分析结果(表 3)显示:对 PC1 贡献大的碳源有 24 种，
包括碳水化合物(11 种)、氨基酸占(6 种)、羧酸类(3
种)、酚酸类(2 种)、胺类(1 种)、多聚物(1 种);对
PC2 贡献大的碳源有 6 种，包括氨基酸(2 种)、胺类
(1 种)、羧酸类(1 种)、多聚物(1 种)、酚酸类(1 种)。
相关性分析表明:与 PC1 正相关程度最高的碳源为
D －纤维二糖 ( 0. 900 )，负相关的碳源为衣康酸
( － 0. 266); 与 PC2 正相关程度最高的碳源为苯乙胺
(0. 668)，负相关的碳源为 α －丁酮酸( － 0. 631)。
图 3 31 种主成分的方差贡献率
Fig． 3 Variance percent of 31 principal components
分析结果(图 4)表明:不同无性系在 PC1 轴上
都在正向分布，NP 和 CK 分别分布在最小和最大两
端。在 PC2 轴上 NP 和 D5-9 分布在正向，D5-20 和
D5-24分布在负向，CK，D5-19 和 D5-21 两边均有分
27
第 11 期 朱文旭等: 转多基因库安托杨对土壤微生物群落功能的影响
布，NP 与其他无性系之间的分布区域有明显差异， 而转基因与非转基因之间分布区域差异不明显。
表 3 31 种碳源的主成分载荷因子
Tab. 3 Loading factors of principle components of 31 sole-carbon sources
碳源化学类别
Chemical guild
碳源类型
Carbon source
第 1 主成分
PC1
第 2 主成分
PC2
碳水化合物
Carbohydrates
D －半乳糖酸 － γ －内脂 D-galactonic acid γ-lactone 0. 587 － 0. 312
β －甲基 － D －葡萄糖苷 β-methyl-D-glucoside 0. 883 － 0. 301
D －纤维二糖 D-cellobiose 0. 900 － 0. 132
α － D －乳糖 α-D-lactose 0. 735 0. 035
i －赤藓糖醇 i-erythritol 0. 767 － 0. 035
α － D －葡萄糖 － 1 －磷酸 α-D-glucose-1-phosphate 0. 895 － 0. 372
D －木糖 D-xylose 0. 876 － 0. 181
D －甘露醇 D-mannitol 0. 841 － 0. 244
N －乙酰 － D －葡萄糖胺 N-acetyl-D-glucosamine 0. 867 － 0. 250
D，L － α －磷酸甘油 D，L-α-glycerol phosphate 0. 528 － 0. 346
D －半乳糖醛酸 D-galacturonic acid 0. 493 － 0. 244
D －葡萄糖胺酸 D-glucosaminic acid 0. 670 － 0. 063
氨基酸 Amino acids
L －天门冬酰胺 L-asparagine 0. 533 0. 285
L －苯基丙氨酸 L-phenylalanine 0. 72 － 0. 496
L －精氨酸 L-arginine 0. 631 0. 564
L －丝氨酸 L-serine 0. 705 0. 299
L －苏氨酸 L-threonine 0. 516 0. 556
甘氨酰 － L －谷氨酸 glycyl-L-glutamic acid 0. 669 0. 294
羧酸类
Carboxylic acids
γ －羟基丁酸 γ-hydroxybutyric acid 0. 602 0. 150
衣康酸 Itaconic acid － 0. 266 0. 505
α －丁酮酸 α-ketobutyric acid 0. 181 － 0. 631
D －苹果酸 D-malic acid 0. 726 0. 476
丙酮酸甲酯 Pyruvic acid methyl ester 0. 511 0. 313
多聚物
Polymer
α －环式糊精 α-cyclodextrin 0. 490 0. 563
肝糖 Glycogen 0. 436 － 0. 430
吐温 40 Tween 40 0. 421 0. 190
吐温 80 Tween 80 0. 584 － 0. 240
酚酸类
Phenolic acids
2 －羟基苯甲酸 2-hydroxybenzoic acid 0. 661 0. 530
4 －羟基苯甲酸 4-hydroxybenzoic acid 0. 723 0. 100
胺类
Amine
苯乙胺 Phenylethylamine 0. 464 0. 668
腐胺 Putrescine 0. 521 － 0. 243
图 4 土壤微生物群落碳源利用图谱主成分分析
Fig． 4 Principal components analysis of carbon utilization
3 讨论与结论
3. 1 讨论
自转基因作物商业化种植以来，其对环境的影
响一直备受关注。转基因植物在田间种植可通过根
茬、残枝落叶、根系分泌物等途径，将外源基因及其
表达产物带入土壤生态系统，从而可能对土壤微生
物数量和生物多样性及土壤养分的释放和有效性等
产生影响(Dunfield et al．，2004; Wang et al．，2004)。
但这些改变也同时受田间土壤性质、季节变化和评
估方法等的影响(唐影等，2007)。目前关于转基因
作物对土壤微生物组成和种类的影响研究结果不尽
相同。Dunfield 等(2001)研究了 4 种转除草剂基因
的油菜(Brassica napus)和 4 种常规油菜品种对根际
微生物多样性的影响，结果发现转基因油菜的根际
微生物群落对一些脂肪酸的利用与常规油菜品种相
比显著增多，表明其微生物群落组成发生了变化。
而陈国华等 ( 2013 ) 在研究转基因黄瓜 ( Cucumis
sativus)时发现未对根际土壤细菌群落产生明显影
响。在林业方面通过可培养微生物方法研究认为转
37
林 业 科 学 51 卷
基因欧洲黑杨 ( P． nigra )、转基因银腺杂种杨
(P． alba × P． glandulosa) 和 转 基 因 毛 白 杨 杂 种
［(P． tomentosa × P． bolleana) × P． tomentosa］( 侯 英
杰等，2009; 魏冰等，2009; 胡建军等，2004)等转
基因树木对土壤微生物也没有显著影响。本研究对
转多基因的库安托杨 5 个无性系 ( D5-9，D5-19，
D5-20，D5-21 和 D5-24)、非转基因无性系(CK)的根
际土壤，以及无植物种植(NP) 的土壤微生物进行
Biolog 分析，通过对转基因杨树与非转基因杨树和
无植物种植的 AWCD 值、Shannon 指数、Simpson 指
数和 Mclntosh 指数变化进行比较分析，发现转基因
无性系 D5-24 的所有指标都是最高，而转基因无性
系(D5-9，D5-19)的 AWCD 值有所降低但都高于对
照(无植物种植)。不同转基因无性系之间的差别
可能是由于外源基因插入位置、拷贝数等差异导致
植株的生理生化及代谢特性发生变化，而非基因表
达产物本身的影响。但是不论栽植非转基因杨树还
是转基因杨树都会增加根际土壤微生物的代谢活
性。主成分分析解释了不同无性系根际土壤微生物
碳源利用存在的差异，不同无性系在 PC1 轴上都呈
正向分布无明显差异。在 PC2 轴上 NP 和 D5-9 分
布在正向，D5-20 和 D5-24 分布在负向，CK、D5-19
和 D5-21 两边均有分布，NP 分布独立于其他无性
系，可见转基因与非转基因之间分布界线不明显。
该结论与金凌波等(2012)和阮妙鸿等(2008)应用
Biolog 方法在转基因作物领域的研究结果类似。
3. 2 结论
本试验通过 Biolog 生态板，对转基因杨树根部
土壤中微生物的碳代谢进行了比较系统的研究，结
果表明，SacB 等 5 个外源基因的转入对于杨树根部
土壤微生物系统未发现明显影响。对于田间生态安
全性评价，由于立地条件等各项生态影响因子很难
控制，给检测增加了难度，所观察到的转基因植物对
土壤微生物的影响常是不稳定的，因此对转基因林
木生态安全性的了解还需要进行长期、深入、系统的
研究。本研究为转基因库安托杨的商业化种植提供
了一定的依据和参考。但是由于技术的局限性，仅
采用此技术还不能完整地反映土壤微生物群落功能
多样性变化规律，随着研究的深入和测试技术的改
进，结合其他土壤微生物研究方法，如磷酸脂肪酸
(phospholipid fatty acid，PLFA)谱图分析法、分子生
物学技术(如 PCＲ-DGGE)，可更全面、客观地评价
转基因杨树对土壤微生物群落的影响。
参 考 文 献
陈国华，弭宝彬，李 莹，等 ． 2013． 转 mapk 双链 ＲNA 干扰表达载
体黄瓜对根际土壤细菌多样性的影响 ． 生态学报，33 ( 4 ) :
1091 － 1097．
(Chen G H，Mi B B，Li Y，et al． 2013． The effect of transgenic
cucumber with double strands ＲNA of mapk on diversity of
rhizosphere bacteria． Acta Ecologica Sinica，33(4) : 1091 － 1097．
［in Chinese］)
顾立江，李燕玲，杜克久 ． 2009． 转基因毛白杨外源基因转移的环
境风险分析 ． 环境化学，28(6) : 838 － 841．
(Gu L J，Li Y L，Du K J． 2009． The environmental risk assay of a
foreign genetransfer from transgenic Populus tomentosa carr to
microorganisms． Environmental Chemistry，28(6) : 838 － 841． ［in
Chinese］)
郭文娟，陆驰宇，熊应强，等 ． 2012． 转 cry1Ab / cry1Ac 基因水稻对大
螟幼虫体内三种保护酶活性的影响 ． 昆虫学报，55(8) : 958 －
963．
(Guo W J，Lu C Y，Xiong Y Q，et al． 2012． Effects of transgenic
cry1Ab / cry1Ac rice on the activities of three protective enzymes in
larvae of Sesamia inferens ( Lepidoptera: Noctuidae ) ． Acta
Entomologica Sinica，55(8) : 958 － 963． ［in Chinese］)
侯英杰 ． 2008． 转基因杨树生态安全性评价初步研究 ． 北京:中国林
业科学研究院博士学位论文 ．
(Hou Y J． 2008． Preliminary study on the ecological risks value of
transgenic poplar． Beijing: PhD thesis of Chinese Academy of
Forestry． ［in Chinese］)
侯英杰，苏晓华，焦如珍，等 ． 2009． 转基因银腺杂种杨对土壤微生
物的影响 ． 林业科学，45(5) : 148 － 152．
(Hou Y J，Su X H，Jiao Ｒ Z，et al． 2009． Effects of transgenic Populus
alba × P． glandulosa on soil microorganism． Scientic Silvae
Sinicae，45(5) : 148 － 152． ［in Chinese］)
胡建军，张蕴哲，卢孟柱，等 ． 2004． 欧洲黑杨转基因稳定性及对土
壤微生物的影响 ． 林业科学，40(5) : 105 － 109．
(Hu J J，Zhang Y Z，Lu M Z，et al． 2004． Transgene stability of
transgenic Populus nigra and its effects on soil microorganism．
Scientic Silvae Sinicae，40(5) : 105 － 109． ［in Chinese］)
金凌波，周 峰，姚 涓，等 ． 2012． 磷高效转基因大豆对根际微生
物群落的影响 ． 生态学报，32(7) : 2082 － 2090．
( Jin L B，Zhou F，Yao J，et al． 2012． Effects of P-efficient transgenic
soybean on rhizosphere microbial community． Acta Ecologica
Sinica，32(7) : 2082 － 2090． ［in Chinese］)
李 环，丁昌俊，苏晓华，等 ． 2010． 涝渍胁迫对转多基因库安托杨
生长及生理性状的影响 ． 林业科学研究，23(1) : 44 － 52．
( Li H，Ding C J，Su X H，et al． 2010． Effects of waterlogging stress on
growth and physiological characters in multiple transgenic Populus ×
euramericana‘Guariento’． Acta Ecologica Sinica，23 ( 1 ) : 44 －
52． ［in Chinese］)
李 鑫，张会慧，岳冰冰，等 ． 2012． 高羊茅草对盐碱地原油污染土
壤微生物的影响 ． 应用生态学报，23(12) :3414 － 3420．
( Li X， Zhang H H， Yue B B， et al． 2012． Effects of Festuca
arundinacea on the microbial community in crude oil-contaminated
saline-alkaline soil． Chinese Journal of Applied Ecology，23 (1 ) :
44 － 52． ［in Chinese］)
钱迎清，马克平 ． 1998． 经遗传修饰生物体的研究进展及其释放后
对环境的影响 ． 生态学报，18(1) : 1 － 9．
47
第 11 期 朱文旭等: 转多基因库安托杨对土壤微生物群落功能的影响
(Qian Y Q，Ma K P． 1998． Progress in the studies on genetically
modified organisms，and the impact of its release on environment．
Acta Ecologica Sinica，18(1) : 1 － 9． ［in Chinese］)
阮妙鸿，许 燕，郑 瑶，等 ． 2008． 转 ScMV-CP 基因甘蔗对土壤微
生物的影响 ． 热带作物学报，29(2) : 187 － 191．
(Ｒuan M H，Xu Y，Zheng Y， et al． 2008． Effects of transgenic
sugarcane of ScMV-CP gene on the soil microbe． Chinese Journal of
Tropical Crops，129(2) : 187 － 191． ［in Chinese］)
唐 影，李世东，缪作清 ． 2007． 转基因作物对土壤微生物的影响 ．
中国生物防治，23(4) : 383 － 390．
( Tang Y，Li S D，Miao Z Q，et al． 2007． Impact of transgenic crops on
soil microbial community． Chinese Journal of Biological Control，
23(4) : 383 － 390． ［in Chinese］)
魏 冰，李 云，杜宁霞，等 ． 2009． 毛白杨杂种外源基因稳定性及
其对土壤微生物的影响 ． 核农学报，23(6) : 1054 － 1059．
(Wei B，Li Y，Du N X，et al． 2009． Transgene stability of transgenic
hybrid of Populus ( Populus tomentosa × P． bolleana ) ×
P． tomentosa］ and its effect on soil microorganisms． Journal of
Nuclear Agricultural Sciences， 23 ( 6 ) : 1054 － 1059． ［in
Chinese］)
杨春霞，李火根，程 强，等 ． 2009． 南林 895 杨抗旱耐盐基因
DＲEB1C 的转化 ． 林业科学，45(2) : 17 － 21．
(Yang C X，Li H G，Cheng Q，et al． Transformation of drought and salt
resistant gene ( DＲEB1C ) in Populus × euramericana cv．
Nanlin895． Scientia Silvae Sinicae， 45 ( 2 ) : 17 － 21． ［in
Chinese］)
Classen A T，Boyle S I，Haskins K E，et al． 2003． Community-level
physiological profiles of bacteria and fungi: plate type and incubation
temperature influences on contrasting soils． FEMS Microbiology
Ecology，44(3) : 319 － 328．
Confalonieri M，Belenghi B，Balestrazzi A，et al． 2000． Transformation
of elite white poplar ( Populus alba L． cv． ‘Villafranca’) and
evaluation of herbicide resistance． Plant Cell Ｒep，19(10) : 978 －
982．
Dunfield K E，Germida J J． 2001． Diversity of bacterial communities in
the rhizosphere and root interior of field-grown genetically modified
Brassica napus． FEMS Microbiology Ecology，38(1) : 1 － 9．
Dunfield K E，Germida J J． 2004． Impact of genetically modified crops
on soil- and plant-associated microbial communities． Journal of
Environmental Quality，33(3) : 806 － 815．
Eriksson M E， Israelsson M， Olsson O， et al． 2000． Increased
gibberellin biosynthesis in transgenic trees promotes growth，biomass
production and xylem fiber length． Nat Biotechnol，18(7) : 784 －
789．
Génissel A，Leplé J C，Millet N，et al． 2003． High tolerance against
Chrysomela tremulae of transgenic poplar plants expressing
a synthetic cry3Aa gene form Bacillus thuringiensis ssp． tenebrionis．
Mol Breed，11(2) : 103 － 110．
Li Y，Fu K，Gao S，et al． 2013． Impact on bacterial community in
midguts of the Asian corn borer larvae by transgenic trichoderma
strain overexpressing a heterologous chit42 gene with chitin-binding
Domain． PloS One，8(2) : 1 － 12．
Oliveiraa A P，Pampulhaa M E，Bennett J P． 2008． A two-year field
study with transgenic Bacillus thuringiensis maize: Effects on soil
microorganisms． Science of The Total Environment，405(1) : 351 －
357．
Shani Z，Dekel M，Tsabary G，et al． 2004． Growth enhancement of
transgenic poplar plants by overexpression of Arabidopsis thaliana
endo-1，4-β-glucanase( cel1) ． Mol Breed，14(3) : 321 － 330．
Su X，Chu Y，Li H，et al． 2011． Expression of multiple resistance genes
enhances tolerance to environmental stressors in transgenic poplar
( Populus × euramericana‘Guariento’) ． PloS One，6(9) : 1 － 11．
Wang H，Xu J，Xie Z． 2004． Ｒesidues of transgenic plants in soil and
impact on soil organisms． Soils，37(4) : 370 － 373．
Wang J G，Su X H，Ji L L，et al． 2007． Multiple transgenes Populus ×
euramericana‘Guariento’plants obtained by biolistic bombardment．
Chinese Science Bulletin，52(2) : 224 － 230．
Wolfenbarger L L，Phifer P Ｒ． 2000． The ecological risks and benefits of
genetically engineered plants． Science，290(5499) : 2088 － 2093．
Zhang B，Chen M，Zhang X，et al． 2011． Expression of Bt-Cry3A in
transgenic Populus alba × P． glandulosa and its effects on target
and non-target pests and the arthropod community． Transgenic
Ｒesearch，20(3) : 523 － 532．
(责任编辑 朱乾坤)
57