转多基因库安托杨生态安全性评价及非预期效应研究

发布时间：2017-07-18 16:21

  本文关键词：转多基因库安托杨生态安全性评价及非预期效应研究

  更多相关文章： 转多基因库安托杨 基因水平转移 土壤微生物 非预期效应 木材材性 代谢物

【摘要】：转基因生物技术可以从基因水平上改良林木的目的性状,克服传统技术难以解决的问题。作为模式树种,转基因技术的应用,加快了杨树良种选育过程,通过基因工程手段已获得了耐盐、抗病虫、抗除草剂、降低木质素含量和增加生长量等转基因杨树。伴随着转基因产品的推广,转基因安全问题逐渐显露出来。因此,转基因植物在实际推广之前必须进行安全性评价。目前,关于转基因生物安全的研究,在转基因作物方面研究较多,而对转基因林木的研究还很少,研究内容也集中在对转基因林木土壤微生物方面,但研究方法多使用传统的稀释平板培养计数法。转基因植物除了可能会对周围生态环境和其它植物产生影响,外源基因在导入植物基因组以后,会改变原有的正常序列,使得自身的代谢过程发生改变,可能会产生一些非预期的效应。本研究以成龄期(8年生)转多基因库安托杨(P.×euramericana‘Guariento’)(包含5个外源基因:Vgb基因,编码好氧透明颤菌血红蛋白;Sac B基因,编码果聚糖蔗糖酶,参与枯草芽孢杆菌果聚糖的生物合成;Bt Cry3A,编码来自鞘翅目苏云金芽孢杆菌的内毒素;OC-I,是一种抗虫基因,编码水稻半胱氨酸蛋白酶抑制剂;JERF36,番茄基因编码茉莉酮酸/乙烯响应因子蛋白)及未转基因库安托杨为试验材料,采用Biolog-ECO生态板和细菌16S r DNA V4区测序的方法研究了转基因林地土壤微生物的碳代谢能力、土壤细菌群落组成和结构多样性;采用液相色谱-质谱联用仪和气相色谱-质谱联用等方法研究了转基因对杨树的代谢物以及木材的性质影响。论文的主要研究结论如下:1.外源基因没有出现水平转移的现象。使用外源基因Vgb、Sac B、Bt Cry3A+OC-I和JERF36的特异性引物,对试验林内根际土壤微生物DNA和其它多种林下植物的总D NA进行了PCR检测,电泳结果显示,所有DNA样品中均未出现目的基因片段,说明本试验林地内转基因杨树的外源基因在8年内没有发生向根际土壤微生物和其它植物水平转移的现象。2.转基因杨树对土壤微生物数量和碳代谢能力没有明显影响。以5个转基因无性系、1个非转基因无性系和1个未耕作土壤对照编号为实验材料。使用稀释平板培养法研究了转基因杨树的非根际土壤中三种微生物的数量(细菌、真菌和放线菌),结果显示:转基因杨树和非转基因杨树的非根际土壤中可培养的细菌、真菌和放线菌数量在杨树的不同生长期是会出现一定的变化,但是这种变化没有明显的规律。应用Biolog方法研究转基因杨树种植对其根际土壤微生物群落功能多样性的影响,通过对土壤微生物单一碳源利用水平进行比较分析,与非转基因杨树相比转基因杨树的栽植对根际土壤微生物群落碳源利用能力、丰富度指数、优势度指数和均匀度指数的变化影响不明显;碳源利用多样性主成分分析表明,无植物种植与其它无性系根际之间分布区域存在明显差异,转基因与非转基因之间分布不明显,说明转多基因库安托杨对土壤微生物系统没有明显的影响。3.转多基因杨树对根际土壤细菌群落组成和结构多样性没有影响。本研究使用测序的方法来分析两个转基因杨树无性系(D5-20和D5-21),一个非转基因无性系(D5-0)和未耕作土壤(CK)的根际土壤细菌的16S r DNA的V4区域,来判定土壤微生物多样性和群落的结构组成。通过过滤去掉干扰数据,仍然有468 133条属于细菌的序列存在。在所有的样本中共有10优势类群(所含序列1%)。551个菌属中有241个(含量占比例的97.33%)种菌属在所有样品中都存在。维恩图显示,1 926个OUT被所有样本共享。在栽植杨树(转基因杨树和非转基因杨树)的根际土壤微生物中我们发现绿弯菌门的含量显著降低。最终结果,我们通过比较转基因杨树、非转基因杨树和未耕作土壤细菌多样性及群落结构组成没有发现统计学差异,这表明这种遗传修饰对根际细菌群落的几乎没有影响。4.转基因杨树木材的物理性质和化学性质出现广泛变异。对5个转基因无性系和1个非转基因无性系进行株高、胸径、木材的物理性质和化学性质比较分析。而且转基因无性系之间及与对照间均存在差异,与未转基因杨树相比转基因杨树的株高、综纤维素和纤维素含量均增加,株高最高增加4.57%,综纤维素最高增加6.21%,纤维素含量最高增加5.01%;总木素和酸溶木素含量均下降,总木素含量最高降低17.06%,酸溶木素含量最高降低13.99%;而胸径、纤维长、纤维宽、微纤丝角和酸不溶木素含量的变化则有增有减。所以说外源基因的导入引起了非靶目标材性性状的广泛变异。5.转基因杨树木材代谢物的含量发生变化,但是组分却没有发生改变。使用液相色谱-质谱联用仪和气相色谱-质谱联用仪对转基因杨树木材代谢组进行非靶标无偏向性的检测,在2个转基因无性系(D5-20、D5-21)和1个非转基因无性系(D5-0)的代谢物中,我们共检测出197种代谢物,发现导入基因以后没有出现代谢物种类的增加和缺失。但在进行代谢物含量的对比时,发现转基因无性系(D5-20)有52种代谢物在含量上与非转基因无性系(D5-0)出现显著差异,另一个转基因无性系(D5-21)有83种代谢物在含量上与非转基因无性系(D5-0)出现显著差异。将两个转基因无性系进行对比,却只有13种在含量上出现显著差异。PCA分析表明,转基因的两个无性系之间并没有明显差异,转基因和非转基因无性系能够通过代谢组进行区分。
【关键词】：转多基因库安托杨 基因水平转移 土壤微生物 非预期效应 木材材性 代谢物
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S792.11
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-17
• 第一章 绪论17-39
• 1.1 引言17-18
• 1.1.1 研究目的和意义17-18
• 1.1.2 项目来源与经费支持18
• 1.2 转基因植物发展史18-22
• 1.2.1 转基因植物发展的历史及其现状18-22
• 1.3 转基因植物的安全性评价22-37
• 1.3.1 转基因植物进行安全性评价问题的产生？22
• 1.3.2 转基因植物的生物安全性22-23
• 1.3.3 关于转基因植物生态安全性的评价内容23-29
• 1.3.4 土壤微生物的研究方法29-33
• 1.3.5 什么是非预期效应33-35
• 1.3.6“组学”分析技术的应用35-37
• 1.4 研究目标和主要研究内容37-38
• 1.4.1 研究目标37
• 1.4.2 主要研究内容37-38
• 1.5 试验步骤与整体安排38
• 1.6 研究技术路线38-39
• 第二章 转基因杨树外源基因转移情况监测39-48
• 2.1 材料与方法39-42
• 2.1.1 试验材料39-40
• 2.1.2 试验方法40-42
• 2.2 结果与分析42-46
• 2.2.1 外源基因整合到土壤微生物基因组中可能性分析42-44
• 2.2.2 外源基因整合到周边杂草基因组中的可能性分析44-46
• 2.3 小结46-48
• 第三章 转基因杨树对土壤微生物数量和代谢功能的影响48-60
• 3.1 材料与方法48-51
• 3.1.1 试验材料48-49
• 3.1.2 试验方法49-51
• 3.1.3 数据统计分析51
• 3.2 结果与分析51-58
• 3.2.1 北京地区2013年的平均气温和降水51-53
• 3.2.2 转基因杨树对土壤微生物数量的影响53
• 3.2.3 土壤微生物对碳源利用的动力学特征53-54
• 3.2.4 土壤微生物群落多样性指数分析54-55
• 3.2.5 土壤微生物对六大类碳源的利用能力55-56
• 3.2.6 土壤微生物对碳源利用多样性的主成分分析56-58
• 3.3 小结58-60
• 第四章 转基因杨树对土壤细菌群落结构多样性的影响60-72
• 4.1 材料与方法60-62
• 4.1.1 试验材料60
• 4.1.2 试验方法60-62
• 4.2 结果与分析62-69
• 4.2.1 根际微生物DNA样品62-63
• 4.2.2 土壤中细菌的丰富性63-66
• 4.2.3 根际土壤细菌门分类66-67
• 4.2.4 土壤样品的主坐标、热图和聚类分析67-69
• 4.3 小结69-72
• 第五章 转基因杨树的生长和木材材性的分析72-78
• 5.1 材料与方法72-74
• 5.1.1 试验材料72-73
• 5.1.2 测试方法73
• 5.1.3 数据处理和统计方法73-74
• 5.2 结果与分析74-76
• 5.2.1 转多基因杨树无性系基本生长情况分析74
• 5.2.2 转多基因杨树无性系物理性质和化学性质比较分析74-76
• 5.2.3 各选择指标的隶属度及综合评价76
• 5.3 小结76-78
• 第六章 转基因杨树木材代谢组分析78-96
• 6.1 材料与方法78-80
• 6.1.1 试验材料78
• 6.1.2 测试方法78-79
• 6.1.3 代谢物的测定和识别79
• 6.1.4 数据处理79-80
• 6.2 结果与分析80-95
• 6.3 小结95-96
• 第七章 结论与讨论96-100
• 7.1 结论96-98
• 7.2 讨论98-99
• 7.3 展望99-100
• 参考文献100-113
• 在读期间的学术研究113-114
• 致谢114

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈一峰;高亚楠;朱杰;张伟;;新疆棉花长期连作对土壤真菌群落结构组成的影响[J];中国生态农业学报;2015年01期

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本文编号：558627