转Bt基因抗虫棉根分泌物对土壤N转化的影响及机制

发布时间：2020-04-17 04:46

【摘要】：随着转基因作物在全球范围内的广泛应用,转基因作物的环境安全性问题日益受到重视。开展转Bt基因作物的土壤环境效应研究,有助于转Bt基因作物的良性发展。本实验收集水培转Bt棉及其亲本常规棉根系分泌物并分析其物质组成。将收集的花蕾期两种棉花的根系分泌物、人工提纯的Bt蛋白、人工模拟的根系分泌物分别添加到红壤中进行培养,随后分析土壤的理化性质、氮形态、脲酶、羟胺还原酶、反硝化酶、硝化-反硝化速率及Bt蛋白的含量,并运用环境微生物多样性测序等技术,根据16SrRNA基因和nirK功能基因来研究其微生物的多样性,分析了Bt棉根系分泌物对土壤N循环过程的影响及作用机制。主要研究结果如下:(1)在幼苗期、苗期及花蕾期,常规棉和转Bt棉根系分泌物的pH由弱碱性转变为弱酸性;根分泌物中水溶性碳、水溶性氮、Bt蛋白、有机酸、氨基酸及可溶性总糖随着生育期的延长显著上升。相同生育时期,两种棉花根分泌物主要组成成分无差异,但是大多数组分(如水溶性碳、水溶性氮、可溶性总糖、氨基酸、有机酸等)的含量表现为常规棉转Bt棉,花蕾期转Bt棉和常规棉分泌物各组分含量差异更显著。甲酸为根分泌物中有机酸的主要成分,在幼苗期、苗期和花蕾期,转Bt棉根分泌物中甲酸占有机酸含量的54%、75%、96%;而常规棉根分泌物中甲酸占有机酸含量的74%、39%、93%,因此,转Bt棉和常规棉甲酸含量差异是引起有机酸差异的主要原因。苏氨酸是根分泌物中氨基酸的主要成分,在花蕾期,转Bt棉和常规棉根分泌物中苏氨酸含量分别占总氨基酸的42%和36%。与转Bt棉相比,常规棉根系分泌物可以为植株生长提供更为丰富的碳、氮源物质。(2)纯Bt蛋白、转Bt棉花蕾期根分泌物进入土壤后,短期内土壤Bt蛋白的降解速率较快,7天后降解速率降低,15天后Bt蛋白浓度不再降低。本实验研究Bt蛋白降解特性,用双常数模型进行了拟合,效果较好,并推算出转Bt棉和纯Bt蛋白处理Bt蛋白的DT50分别是:170和14.5天。(3)转Bt棉和常规棉花蕾期根分泌物、纯Bt蛋白及人工模拟根分泌物进入土壤后对土壤pH无显著影响。转Bt棉和常规棉根分泌物加快了土壤有机质的分解,常规棉处理后作用更明显。转Bt棉、常规棉和纯Bt蛋白处理后土壤中NH_4~+-N、NO_3~--N、NO_2~--N含量均大于CK处理,但各处理间无显著差异,NO_3~--N、NO_2~--N含量会随培养时间延长而增加;与CK处理相比较,人工模拟处理后土壤NO_3~--N、NO_2~--N含量呈下降趋势。转Bt棉、常规棉、纯Bt蛋白及人工模拟根系分泌物处理均提高了土壤脲酶和羟胺还原酶的活性,转Bt棉对提高两种酶的活性作用最强;与CK相比,其余处理均抑制了土壤硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的活性,抑制作用从强到弱的顺序为:人工模拟常规棉转Bt棉≈纯BtCK。从各处理对反硝化速率影响来看,转Bt棉和纯Bt蛋白处理促进了反硝化作用的进行,其余处理无显著作用。以上结果说明,转Bt棉根分泌物和纯Bt蛋白会加快土壤中氮素转化进程。(4)MiSeq测序分析结果表明,CK、转Bt棉和常规棉根分泌物三种处理培养7天后,与CK相比,两种棉花根系分泌物均提高了土壤中16SrRNA基因优势菌属的数量,参与有机质分解的酸杆菌(Acidobacteria)和绿弯菌(Chloroflexi)丰度均有增加,同时降低了作物根际碳沉积分解转化过程中发挥关键作用的变形菌(Proteobacteria)和放线菌(Actinobacteria)的相对丰度,常规棉根分泌物处理作用更显著。nirK基因主要分布于反硝化细菌中,其Shannon多样性指数表现为转Bt棉与CK处理差异较小,且明显高于常规棉处理,说明常规棉根分泌物降低反硝化菌的多样性。转Bt棉根分泌物使变形菌丰度显著下降,未被鉴定的细菌丰度增加,证实转Bt棉根分泌物增加了土壤中反硝化菌的多样性。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S562;S151.9

【参考文献】