大田環境下轉植酸酶玉米對土壤酶活性的影響

摘要：在大田自然條件下，以轉植酸酶玉米10TPY005、非轉植酸酶親本玉米為試材，于2011年在玉米不同生育期及秸稈還田期對玉米根際土壤酶活性變化情況進行了測定。結果表明：與親本非轉植酸酶玉米相比，轉植酸酶玉米在不同生育期及秸稈還田期對土壤蔗糖酶、土壤蛋白酶及土壤脲酶活性均無顯著影響；而對土壤酸性磷酸酶活性有顯著影響，轉植酸酶玉米的土壤酸性磷酸酶活性顯著高于親本非轉植酸酶玉米，并呈現出從苗期開始逐漸上升的趨勢，而親本非轉植酸酶玉米則比較平穩無明顯變化。

關鍵詞：轉植酸酶玉米；土壤酶活性；秸稈還田期

中圖分類號：S154.2文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）04-0075-04

植酸酶（phytase）是一種能催化植酸及其鹽類水解為肌醇與磷酸（鹽）的一類酶的總稱，具有特殊的空間結構，能夠分離植酸分子中的磷，將植酸（鹽）降解為肌醇和無機磷，同時釋放出與植酸（鹽）結合的其它營養物質。植酸酶廣泛存在于植物、動物和微生物中，如玉米、小麥等高等植物，以及枯草芽孢桿菌、假單孢桿菌、乳酸桿菌、大腸桿菌等原核微生物及酵母、根霉、曲霉等真核微生物。研究表明，通過植物基因工程手段使植酸酶基因在玉米中高效表達，既能降解玉米體內的植酸、釋放無機磷，提高單胃動物對磷的利用率，降低植酸磷對環境的污染；又能減少植酸對二價陽離子、蛋白質及維生素等的絡合，提高玉米的附加值，對我國發展營養品質、商業品質、加工品質優良的優質玉米具有重要的意義。

轉植酸酶玉米在種植過程中，其表達產物可能會通過根系分泌、植株殘體分解、秸稈還田以及花粉飄落等途徑進入土壤生態系統，其含量隨作物生長時期不同而變化；表達產物的富集可能會影響土壤中特異的生物種群和土壤中生物類群的多樣性，進而影響土壤微生物活性（土壤酶活性）和土壤生態學過程的變化。因此，研究轉植酸酶玉米對土壤酶活性的影響對轉植酸酶玉米的生態風險評價有著極為重要的意義。

目前，國內外大部分轉植酸酶玉米的研究多局限于溫室內或人工培養條件下，在自然條件下研究較少。而土壤是復雜的基質，不同地域的土壤生態環境有可能對試驗結果產生不同的影響，因此溫室內或人工培養條件難以真實地反映轉植酸酶玉米與根際土壤酶活性之間的關系。本試驗于2011年在大田條件下研究了轉植酸酶玉米不同生育期及秸稈還田期對主要土壤酶活性的影響，從土壤生物學肥力方面探討了轉植酸酶玉米對土壤生態系統的影響，旨在為我國轉植酸酶玉米的土壤生態風險評價提供科學依據。

1材料與方法

11試驗材料

玉米品種為轉植酸酶玉米奧瑞金（品種為10TPY005），非轉植酸酶親本玉米（蠡玉35）及鄭單958作為對照。

供試土壤為褐土， 田間試驗位于東平試驗田內，有機質含量2119 g/kg ，堿解氮含量3342 mg/kg，速效磷含量943 mg/kg，速效鉀含量9126 mg/kg，pH為85。

12試驗設計

試驗田設轉植酸酶玉米、非轉植酸酶玉米（蠡玉35）和空白對照（鄭單958）3個處理，隨機區組設計，除空白對照外重復3次，小區面積15 m×15 m，株距20 cm，行距60 cm。玉米生育過程中不施肥不噴灑農藥，其它按常規管理。

玉米于2011年7月10日播種， 10月22日收獲。期間在玉米苗期（7月21日）、拔節期（8月17日）、喇叭口期（8月25日）、抽雄期（8月31日）、抽絲期（9月7日）、乳熟期（10月17日）分別取土樣。采用五點取樣法，每小區取接近玉米根際土樣5個。取土樣深度15 cm左右，輕輕去除2 cm表層土，將剩下的土放入滅菌封口袋中做好標記，帶回實驗室，土壤風干后過1 mm 孔徑篩，充分混勻備用。

玉米生育期結束后于2011年11月18日對其秸稈進行粉碎并還田，還田地點為山東省農業科學院植物保護研究所溫室試驗田，將粉碎的轉植酸酶玉米、親本玉米及空白對照玉米的秸稈與土壤混合均勻分別裝于10個花盆，再將花盆埋入土中。分別于還田一期（11月23日）、還田二期（11月30日）、還田三期（12月7日）、還田四期（12月14日）還田五期（12月22日）進行取樣，取樣時每組隨機取5個樣品，采集方法同上。

13測定的指標和方法

將不同生育期及秸稈還田期采集的土樣，風干、磨碎、過篩，保存。土壤蔗糖酶活性[μg/（g干土·d）]采用3，5-二硝基水楊酸法測定； 土壤脲酶活性采用尿素剩余量法測定； 土壤蛋白酶活性采用茚三酮比色法測定； 土壤酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法測定。測定步驟及方法均參照Alef[1]的方法。土壤酶活性測定全部采用過1 mm 孔徑篩的風干土壤。

14數據分析

測定的數據均為3次重復的平均值，數據經Excel整理后，采用SPSS 160軟件進行方差分析，多重比較采用鄧肯氏新復極差檢驗法（簡稱DMRT法） 。

2結果與分析

21轉植酸酶玉米對土壤蔗糖酶的影響

土壤蔗糖酶能水解蔗糖生成葡萄糖和果糖，其活性強弱能表征土壤熟化程度和肥力水平[1～3]。

3討論

土壤酶在土壤有機物分解和營養元素循環過程中起到不可或缺的作用，影響土壤生態系統中的能量轉化、土壤微生態的環境質量和作物產量； 其活性受土壤中有機物含量影響較大，可用來表征土壤中微生物的活性和土壤肥力的等級。在常溫、常壓和適宜的pH 值土壤環境條件下，土壤酶能大大加快土壤中C、H、P、S 等營養元素的循環利用，促進腐殖物質的合成和分解，以及各類有機物質的水解和轉化[4]。不同作物及秸稈還田對不同種類土壤酶的活性影響不同。

研究轉植酸酶玉米和親本玉米不同土壤酶活性的變化規律及趨勢特點，能夠為探索轉基因作物根際微生態機理和評價轉植酸酶玉米的環境釋放對土壤生態及根際微環境的影響提供理論依據。從本試驗大田環境下的研究結果可以看出，轉植酸酶玉米在不同生育期及秸稈還田期土壤蔗糖酶活性略高于親本玉米，其土壤蔗糖酶活性變化趨勢基本一致。在玉米不同生育期內，轉植酸酶玉米與親本玉米的土壤蛋白酶活性沒有顯著差異；在秸稈還田期，轉植酸酶玉米的土壤蛋白酶活性略低于親本玉米，但差異不顯著。在玉米不同生育期，轉植酸酶玉米與親本玉米的土壤脲酶活性基本一致；在秸稈還田期，轉植酸酶玉米的土壤脲酶活性略高于親本玉米，但差異也不顯著。在玉米不同生育期及秸稈還田期，轉植酸酶玉米的土壤酸性磷酸酶活性顯著高于親本玉米。這說明轉植酸酶玉米顯著提高了土壤酸性磷酸酶的活性，進而對土壤中磷酸酯的水解會起到一定的促進作用。

土壤作為生態系統中物質和能量轉化的重要場所，其構成機制較復雜，除作物種植及秸稈還田外，自然條件和農業管理措施等重要因素也會引起土壤微生態的波動[5]。目前關于轉植酸酶玉米對土壤生態系統尤其是土壤酶活性的影響尚無明確的結論，因此急需在不同地區以及不同土壤類型條件下開展長期定位觀測試驗，以研究轉植酸酶降解規律、土壤肥力變化以及土壤多樣性變化與土壤酶活性變化的關系等，從不同角度開展系統的研究，并將其與耕種方式、水肥管理等措施的影響相聯系，從而對轉植酸酶玉米的生態風險及環境安全性作出系統、全面的評價。

參考文獻：

[1]Alef K， Nannipieri P.Methods in applied soil microbiology and biochemistry[M].New York： Academic Press， 1995.

[2]Guan S Y Study way of soil enzymes[M] Beijing： China Agriculture Press，1986.

[3]Zhou L K， Zhang Z M Determination of soil enzyme activity[J].Chinese Journal of Soil Science， 1980， 11（5） ： 37-38.

[4]Liu W， Lu H H ，Wu W X ，et al.Transgenic Bt rice does not affect enzyme activities and microbial composition in the thizosphere during crop development[J].Soil Biology and Biochemistry， 2008， 40（2）： 475-486

[5]Bruinsma M， Kowalchuk G A， Van Veen J A.Effects of genetically modified plants on microbial communities and processes in soil[J].Biology and Fertility of Soils， 2003， 37（6）： 329-337