转基因烟草连作对紫色土根际微生态环境的影响

发布时间：2017-08-21 17:22

  本文关键词：转基因烟草连作对紫色土根际微生态环境的影响

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【摘要】：转基因作物于1986年开始进入田间试验,因其巨大的社会和经济效益而快速发展,全球转基因作物面积从174万公顷增加到2014年的1.851亿公顷,但由此引发的转基因作物生物安全性问题,也日益引起了广泛的关注。土壤是生物与外界环境进行能量转化、物质循环、信息交流的主要场所,土壤的健康程度与整个生态系统的功能息息相关,转基因作物的种植是否会影响土壤生态系统的结构和功能?关于这一问题的研究十分必要。本论文以烟草作为研究对象,通过三年的盆栽连作试验,以野生型烟草(Nt-X)作为对照,研究紫色土中的转几丁质酶基因烟草(T-Chit)连作对根际微生物环境的影响。试验包括以下内容：野生型烟草(Nt-X)和转几丁质酶基因烟草连作三年不同生育期根际土壤酶活性、土壤理化性质、土壤微生物数量和群落结构的变化；提取转几丁质酶基因烟草和野生型烟草残茬期根际土壤浸提液,并利用GC-MS检测其中的代谢物种类和含量,分析差异代谢物的分离趋势,探讨转基因烟草连作对根系分泌物的影响因素和影响程度；提取种植三年烟草根际土壤DNA,检测转基因烟草目的基因是否转移到土壤中,进而研究转几丁质酶基因烟草种植三年对土壤微生态系统的影响,以及连作过程中烟草根系代谢物的变化,为转基因作物的生态安全性评价提供理论依据,结果如下：(1)盆栽连作条件下,Nt-X和T-Chit处理间烟草农艺性状无显著差异,种植三年转基因烟草和野生型对照变化趋势一致。受连作障碍影响,二者在种植第一年时,株高均大于后两年；叶片数、地上部和地下部生物量均是第二年小于其他两年,主要原因是环境因素(高温)影响了烟草的长势。(2)Nt-X和T-Chit在连作三年的不同生育期间,处理间的根际土壤酶活性总体差异不显著,Nt-X处理过氧化氢酶活性在烟草团棵期时较低,花期升高,这与烟草的生长呈现出一致的趋势,T-Chit处理的过氧化氢酶活性与Nt-X差异不显著且变化趋势一致；两处理的土壤脲酶活性均在花期最低,残茬期升高,连作的第二年脲酶活性大于其他两年；烟草生长周期内土壤蛋白酶活性比较稳定,Nt-X和T-Chit土壤蛋白酶活性在不同生育期变化不大,处理间差异不显著。(3)盆栽烟草连作三年条件下,Nt-X处理的种植第一年中,根际土壤有机质、全K、pH大于后两年,其中K的含量显著高于其后两年,这是因为烟草是高K植物,连作可能发生K亏缺现象。同样,烟草在生长过程中对养分需求较高,盆栽连作条件下土壤有机质会逐渐消耗。N和P在第一年时含量低,随着种植时间延长逐渐升高,第三年的含量显著高于第一年；T-Chit处理的根际土壤理化性质与Nt-X变化趋势相同,T-Chit根际土壤全P和pH高于Nt-X。(4)烟草根际可培养细菌数量随烟草不同生育期发生显著变化。连作期间,Nt-X和T-Chit处理的根际可培养细菌均在花期显著增加、残茬期显著减少。T-Chit根际细菌数量在第二年和第三年所有生育期低于Nt-X,且在第二年的花期和残茬期显著低于Nt-X。在同一生育期内,Nt-X和T-Chit处理的烟草根际土壤真菌数量变化并不显著差异；T-Chit在第一年和第二年花期的根际真菌数量显著高于Nt-X,第三年的残茬期,Nt-X和T-Chit根际真菌数量分别是3.29×105cfu.g-1, 3.46×105cfu.g-1,表明转几丁质酶基因烟草连作对土壤根际真菌数量无显著影响。(5)两种烟草连作后,根际土壤中PLFA总量随连作年限增加而升高。T-Chit种植后两年与第一年相比,根际土壤中PLFA标记的微生物多样性和优势种数量增加,均匀度降低,说明连作会增加烟草根际土壤中微生物总量和多样性；而Nt-X所有三个多样性指数(Shannon's, Simpson's, Pielou)均低于T-Chit,但所有生育期内二者差异不显著：主成分分析表明,原始土壤与植烟土壤PLFA在两个主成分上均明显区别于其他样品,但Nt-X和T-Chit之间离散较小,说明烟草根际土壤微生物数量和群落结构与种植时间相关。(6)从烟草残茬期根际土壤浸提液中共检测到烷烃类、脂类、酸类、糖类、醚类、胺类、酚类、醇类等八类物质,Nt-X检测出55种,T-Chit49种；二者代谢物中意糖类、酸类、脂类物质为主,其中十八烷酸被报道可能为化感物质,其相对含量在Nt-X连作三年中分别是0.70,2.16,2.63,T-Chit中分别是2.46,0.71,3.07,可见盆栽烟草连作后,其根系代谢物中化感物质含量会增加；PCA分析表明,烟草代谢差异物的种类和含量主要与种植年限相关,转基因与非转基因之间分离不明显。(7)转基因烟草种植三年后,提取转基因烟草根际土壤总DNA,并未检测出目的基因(Mcchitl)向土壤微生物发生种间漂移。
【关键词】：转基因烟草 连作 根际土壤 微生物数量和群落结构
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S572;S154.3
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 缩略词11-12
• 第1章 文献综述12-20
• 1.1 转基因植物12-15
• 1.1.1 转基因作物12-13
• 1.1.2 转几丁质酶基因作物13
• 1.1.3 转基因作物的生态安全性13-15
• 1.2 连作15-20
• 1.2.1 连作障碍15
• 1.2.2 连作障碍的危害15-16
• 1.2.3 化感作用16-20
• 第2章 研究背景、内容和技术路线20-24
• 2.1 研究背景20
• 2.2 研究内容20-21
• 2.3 研究目的21-22
• 2.4 技术路线22-24
• 第3章 材料与方法24-32
• 3.1 试验材料24
• 3.2 试验设计24-25
• 3.3 试验方法25-30
• 3.3.1 土壤酶活性分析25-27
• 3.3.2 土壤理化性质测定27
• 3.3.3 土壤中可培养微生物计数27
• 3.3.4 PFLA分析27-28
• 3.3.5 土壤微生物多样性指数计算28
• 3.3.6 转基因烟草根系代谢物分析28-29
• 3.3.7 土壤总DNA提取29-30
• 3.3.8 目的基因检测30
• 3.4 数据分析30-32
• 第4章 结果与分析32-62
• 4.1 烟草连作对紫色土根际微生态环境的影响32-40
• 4.1.1 连作烟草植株生物量变化32
• 4.1.2 连作烟草根际土壤酶活性变化32-34
• 4.1.3 连作烟草根际土壤理化性质变化34
• 4.1.4 连作烟草根际土壤可培养微生物变化34-36
• 4.1.5 连作烟草根际土壤微生物群落变化36-40
• 4.2 转几丁质酶基因烟草连作对紫色土根际微生态环境的影响40-50
• 4.2.1 连作转几丁质酶基因烟草植株生物量变化40
• 4.2.2 连作转几丁质酶基因烟草根际土壤酶活性变化40-42
• 4.2.3 连作转几丁质酶基因烟草根际土壤理化性质变化42-43
• 4.2.4 连作转几丁质酶基因烟草根际土壤可培养微生物变化43-45
• 4.2.5 连作转几丁质酶基因烟草根际土壤微生物群落变化45-50
• 4.3 两种烟草根际土壤浸提液中物质的种类和含量50-53
• 4.3.1 试验最佳土壤用量的确定50-52
• 4.3.2 两种烟草根际土壤浸提液中物质类别和含量52-53
• 4.4 连作烟草根际土壤浸提液中物质分析53-56
• 4.4.1 连作烟草根际土壤浸提液中物质的相对含量53-56
• 4.4.2 PCA分析烟草根际土壤浸提液中差异物的分离趋势56
• 4.5 连作转基因烟草根际土壤浸提液中物质分析56-60
• 4.5.1 连作转基因烟草根际土壤浸提液中物质的相对含量56-59
• 4.5.2 PCA分析转基因烟草根际土壤浸提液中差异物的分离趋势59-60
• 4.6 土壤中转基因烟草目的基因漂移的检测60-62
• 第5章 讨论62-66
• 5.1 烟草连作对紫色土根际微生态环境的影响62
• 5.2 转基因烟草连作对紫色土根际微生态环境的影响62-63
• 5.3 转基因烟草根系代谢物分析63-64
• 5.4 土壤中转基因烟草目的基因漂移的检测64-66
• 第6章 结论与展望66-70
• 6.1 结论66-67
• 6.2 展望67-70
• 参考文献70-80
• 致谢80-82
• 个人简介82
• 主要教育经历82
• 发表论文82

【参考文献】

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1 高俊山,林毅,叶兴国,马传喜;植物转基因技术和方法概述[J];安徽农业科学;2003年05期

2 刘华山,张玉丰,韩锦峰,孟凡庭,王方;烟草花叶病防治研究进展[J];安徽农业科学;2005年08期

3 顾丽红;张树珍;杨本鹏;蔡文伟;黄东杰;王文治;李娇;;几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶基因导入甘蔗[J];分子植物育种;2008年02期

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本文编号：714159