全 文 ：第 13卷 第 1期
2 0 0 5年 1月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco·Agriculture
Vo1．13 NO．1
Jan．， 2005
转几丁质酶基因水稻对土壤化学性状及酶活性的影响研究*
袁红旭 郭建夫 杨毓峰 张建中 许新萍
(湛江海洋大学农学院 湛江 524088) (中山大学生物工程中心 广州 510275)
摘 要 对种植转几丁质酶基因水稻“竹转68”农田土壤化学性状的变化研究结果表明，当年种植和连续2年种植
转基因水稻“竹转68”农田土壤有机质、可溶性 N、P以及过氧化氢酶、多酚氧化酶、蔗糖酶和脲酶活性与非转基因
水稻对照相比无显著差异，且其叶片的化感作用大于非转基因水稻对照，但其腐殖过程化感效应及残体腐殖速度
均小于非转基因水稻对照；经过冬季腐殖过程 2种水稻土壤腐殖化程度基本一致，表明种植转基因水稻“竹转 68”
对水稻生产不会产生不利影响。
关键词 转基因水稻 土壤化学性状 酶活性
Influence of transgenic rice expressing modifed chitinease gene on some chemical characteristics and enzymes activity of
soil．YUAN Hong-Xu，GUO Jian—Fu，YANG Yu—Feng，ZHANG Jian—Zhong(Colege of Agronomy，Zha~iang Ocean Uni—
versity，Zha~iang 524088)，XU Xin—Ping(Biotechnology Research Center，Zhongshan University，Guangzhou 510275)，
CJEA，2005，13(1)：98～100
Abstract The analygs on chemical characteristics and some enzymes activity of soil in the isolated field after growing
transgenic rice“Zhuzhuan 68”which is geneticaly modified by a chitinase gene show that there are no remarkable difer—
ences in the concentrations of soil organic matter，soluble N，P，and the activities of the polyphenol oxidase，hydrogen per—
oxidase．sucrase and urease after 1～ 2 Y growing between “Zhuzhuan 68”and the non—transgenic control，“Zhuxian B”．
The leaves of transgenic rice have more alelopathic effect than those of the non—transgenic contro1．During rotting，the
transgenic rice has less aUelopathic effect and rotting speed，but the rotting degree in the soil is the same as the control af—
tea"rotting for a winter，showing that“Zhuzhuan 68”has no significant detrimental effect on the rice growth．
Key words Transgenic rice，Soi1 chemica1 characteristics，Enzyme activity
水稻真菌性病害如稻瘟病和纹枯病给农业生产造成严重损失，成为水稻生产持续发展的主要限制因素
之一。转基因技术在推动农业快速发展的同时，也存在生物安全性问题，其中包括对生态环境的潜在影响，
如基因逃匿、产生新的有害生物、对非靶标生物造成伤害、杂草化风险和对土壤微生物及土壤环境的潜在影
响等-1．2 J。我国中山大学和湛江海洋大学等单位合作研究的转基因抗病水稻“竹转 68”是通过基因枪法将抗
真菌基因水稻碱性几丁质酶基因(RC24)导入籼稻“竹籼 B”中，经多代(R8代)选育，证实外源基因能稳定遗
传并对稻瘟病和纹枯病具有优良抗性的转抗真菌基因水稻新品系-3 J，且转基因水稻根区真菌及细菌群落与
非转基因对照有显著差异，主要表现在转基因水稻根内生真菌数量减少和细菌数量增加，且其根表微生物
群落也有变化-4 J。外源抗真菌基因的进入可能导致生态系统中微生物生态的变化，并可能由此引起一系列
土壤生态过程的变化，最终影响土壤肥力。本试验研究了转基因水稻“竹转 68”种植后土壤部分酶活性和营
养元素构成变化、植株及残体腐殖过程的化感作用，评价了“竹转 68”种植后部分土壤生态效应。
1 试验材料与方法
供试水稻品种(系)为转几丁质酶基因水稻“竹转 68”、非转基因籼稻“竹籼 B”和“七丝软粘”(对照)，其
中“竹籼 B’为非转基因阴性对照。于隔离试验区选择水肥条件一致的稻田制成 12个试验小区，每小区面积
为 2m×4m，将各小区0～20cm表层土壤充分翻耕混合后再铺于稻 田表层 ，使各小区 0～20cm土层均匀一
致，该 土层 有机碳 含量 为 16．3g／kg，全 N 1．2g／kg，速效 氮 189．6mg／kg，全 P 373．8mg／kg，速 效磷
49．9mg／kg。水稻种子经催芽播于秧 田，将 4叶期秧苗插入试验小区，每品种 3个小区重复，随机排列，按大
*国家高技术发展(863)计划项目(10101—02—02)、广东省教育厅自然科学基金项目(200040)和湛江海洋大学自然科学基金项目(2001—8)共同资助
收穰日期：2003—12—22 改回日期：2004—02—16
第 1期 袁红旭等：转几丁质酶基因水稻对土壤化学性状及酶活性的影响研究 99
田常规管理，施人尿素 225kg／hm 、P205 105kg／hm 和 K2O 105kg／hm 。将 0～20cm表层土中水稻根围
lcm内土壤作为根区土壤，于水稻抽穗期每小区中部随机取 30样株水稻根区土壤充分混合，用高锰酸钾滴
定法测定过氧化氢酶活性，以邻苯三酚比色法测定多酚氧化酶活性 ，用磷钼酸比色法测定蔗糖酶活性，以奈
氏比色法测定脲酶活性_5 J，用重铬酸钾法测定有机碳含量 ，以高氯酸一硫酸消化法测定全 N含量 ，用扩散吸
收法测定可溶性 N含量，以氢氧化钠碱熔·钼锑抗比色法测定全 P含量，用碳酸氢钠法测定速效磷含量。水
稻收获后田间残体自然腐殖化(头年 11月～翌年 4月)，翌年 1月 15日始每隔 15d于每小区中部大 5点各
取 1～20cm表层 lkg土样混合过200目筛，用焦磷酸钠提取一重铬酸钾法测定腐殖酸含量。水稻灌浆期取倒
3叶叶片和叶鞘(每小区30样株)。粉碎后用蒸馏水浸泡，叶片与水重量比分别为 1：8、1：16和 1：32，其相应
浸提液浓度分别为 125g／kg、63g／kg和 31g／kg。取常规稻(“博优 903”)置于培养皿中，每培养皿 30粒种子，
加入 5mL浸提液于28℃光照培养箱中培养 6d，清水处理为对照，每处理 3个重复，测量其根长和芽长。水
稻收割后 5点取样法分别采集各品种水稻秸秆和土壤 ，将同一品种 30g秸秆与 120g水稻土壤充分混合，置
1000mL烧杯中再加入 600mL蒸馏水 ，于 27*(3温箱中自然腐殖 20d和 35d后，离心取上清液进行水稻残体
腐殖浸提液浸种(如上法)，并测定其化感作用。
2 结果与分析
2．1 转基因水稻根区土壤酶活性、有机碳及 N、P含量变化
表 1和表 2表明转几丁 表1 不同水稻品系根区土壤酶活性变化
质酶基因水稻“竹转 68”根
区土壤除脲酶活性略高于
其他 2个非转基因对照外，
其他酶活性均居 2个非转基
因对照之间，有机碳和全 N
含量略低于对照 ，全P含量
Tab．1 Activities of some soil enzymes in the rhizosphere of different rice strains
水稻品系 过氧化氢酶活性／U·g-i．h一 多酚氧化酶活性／U·g一 ·h一 蔗糖酶活性／U·g一 ·h 脲酶活性／1u·g一 ·h
Rice strains pemxidase~-dvity Pdyphend c~hse activity Su~ase activty Urease activity
表 2 不同水稻品系根区土壤有机碳及 N、P含量变化
Tab．2 Soil organic carbon，N and P in the rhizosphere of different rice strai ns
* 为连作 2年 。
氮和速效磷含量均略高于非转基因对照“竹籼 B”，但无显著差异。
2．2 转基因水稻残体腐殖过程土壤腐殖酸含量变化
图 1表明“竹转 68”和“竹籼 B”残体腐殖化速度不同，开始“竹籼 B”残体
腐殖化速度显著高于“竹转 68”，其土壤腐殖酸含量迅速增加，至翌年 1月 10
日土壤腐殖酸含量达最高值，为 11．35g／kg，之后其腐殖酸含量开始下降，至
1月 25日后趋于稳定水平。“竹转 68”土壤腐殖酸含量的变化至 2月 8日一
直处于平稳增长趋势，之后其腐殖酸含量开始下降，至2月 25日2品种(系)
土壤腐殖酸含量无显著差异。这表明“竹转 68”残体腐殖化速度小于对照
“竹籼B’，但华南地区气象条件下经过 1个冬季其土壤腐殖酸含量与对照无
显著差异。
2．3 转基因水稻化感效应
表 3表明不同水稻品系水稻叶片化感作用不同，“竹转 68”和“七丝软
粘”叶片浸提液存在一定化感效应。31g／kg浓度叶片浸提液对“竹转 68”
水稻根和芽产生显著作用，且随叶片浸提液浓度的增加而“竹转 68”化感
T
咖
钿
键
锻
懊
照；
略高于对照，而速效氮和
速效磷含量则居 2对照之
间，且方差分析表 明供试
3个水稻品系根区土壤酶
活性、有机碳及 N、P含量
间无显著差异。连续2年
种植转几丁质酶基 因水
稻“竹转 68”后根区土壤
有机碳、全 N、全 P、速效
16
12
8
4
0
2 喜 2 二
8
0 0 0
冕 蔑 蕊
时间(年一月一日)
图 1 转基因水稻残体腐殖过程
土壤腐殖酸含量变化
Fig．1 Humic acid contents in soil
during the rotting of transgenic rice
100 中 国 生 态 农 业 学 报 第 13卷
作用显著增加，当 63g／kg和 125g／kg浓度叶片浸提液处理时其水稻根长和芽长显著低于“竹籼 B”及清水对
照处理，但与“七丝软粘”的化感作用无显著差异。表 4表明“竹籼 B”和“七丝软粘”腐殖 20d时其土壤残体
腐殖浸提液显著抑制水稻根生长，至 36d时其化感效应已不明显；而“竹转 68”土壤残体腐
裹 3 不同水稻品系叶片浸提液处理水稻根长与芽长比较
Tab．3 Length 0{root and shout 0{de after treated by leave dipping-extracting liquid 0{different flee strfli~
水稻品系 浸提液浓度／g‘kg Concentrail。n of extracting liquid
31 63 125
Ri 根长／cm 芽长／cm 根长／cm 芽长／cm 根长／cm 芽长／cm
strains R∞t kngth Sh0ut length R∞t length Shout length Root length Shout length
殖浸提液并未对其生长产生显
著影响，无明显化感效应。本研
究结果表明“竹转 68”转几丁质
酶基因水稻生长过程 中化感作
用虽大于转基因阴性对照“竹籼
B，’，但与“七丝软粘”相近，且其
腐殖化过程化感效应小于非转
基因对照，故对下茬水稻不会产
生显著影响。
*均处理7d，室温 280C；大写字母表示 P<0．01差异显著性(最小极差法)，下同。
3 小结与讨论 表 不同水稻品系残体腐殖浸提液处理水稻根长与芽长比较
转基因植物种植对土壤潜在影响的核
心内容是其可能影响土壤的生态过程。Jep—
son P．C．-6 J提出转 Bt基因作物可能对土壤
酶活性、微生物 区系和下茬植物等产生影
响。一些研究证明转基因植物种植后确实
引起土壤微生物群落和土壤酶活性甚至土
壤营养特性的变化 ，如转甘露碱基因烟根际
Tab．4 L朗g【Il of root and shout of rice after treated by decomp0dng liquid of diferent rice strains
水稻品系 腐殖时间／d Time。f decompositi。n
20 36
Rice 根长／cm 芽长／cm 根长／cm 芽长／cm
。t in。 R00t length Shout length R00t length Shout length
土壤以甘露碱为底物的细菌数量增加 80倍 ， 表示与对照差异显著。
转 Bt基因棉花土壤微生物种类和种群与非转基因常规棉差异显著-7 J，转几丁质酶基因马铃薯土壤脱氢酶活
性增加-6 J。但也有报道认为转基因植物对土壤未产生显著影响-2， 。转基因植物对土壤的影响除与导人外
源基因密切相关外，不同转基因个体因外源基因导入位点和拷贝数等不同所造成的变异不同，其产生的生
态效应也有所差异。本研究结果表明，当年种植和连续 2年种植转几丁质酶基因水稻“竹转 68”后其土壤有
机碳、可溶性 N、P含量以及土壤部分酶活性指标与非转基因对照无显著差异；“竹转 68”叶片化感作用大于
非转基因对照，但其腐殖过程化感效应小于对照，且“竹转 68”残体腐殖速度小于非转基因对照，经冬季腐殖
过程 2品种(系)水稻土壤腐殖化程度基本一致，初步表明转几丁质酶基因水稻“竹转 68”部分土壤生化过程
与非转基因对照存在差异，但华南地区短期种植对水稻生产不会产生不利影响。如何针对不同转基因植物
确定合理的评价内容和评价尺度以及采用科学准确的研究方法将成为今后该方面研究的重点。
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