轉(zhuǎn)基因毛白楊根部土壤微生物數(shù)量的季節(jié)變化

曹秀利, 馬萬路

(廊坊職業(yè)技術(shù)學院， 河北 廊坊 065000)

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轉(zhuǎn)基因毛白楊根部土壤微生物數(shù)量的季節(jié)變化

曹秀利, 馬萬路

(廊坊職業(yè)技術(shù)學院， 河北 廊坊 065000)

為了對轉(zhuǎn)基因植物的生態(tài)安全性研究提供依據(jù)，采用土壤梯度稀釋法對轉(zhuǎn)基因毛白楊和非轉(zhuǎn)基因毛白楊根部微生物數(shù)量的季節(jié)變化趨勢進行研究。結(jié)果表明：轉(zhuǎn)基因毛白楊根際、根表和根皮3個層面的根部細菌數(shù)量變化均是春季較少，夏季有不同程度的增多，秋季減少，根內(nèi)的細菌數(shù)量極少；非轉(zhuǎn)基因毛白楊根際細菌數(shù)量的變化表現(xiàn)為春季較少，夏季增多，秋季減少；根表和根皮則表現(xiàn)為春季到秋季細菌數(shù)量呈下降趨勢。轉(zhuǎn)基因毛白楊根部真菌數(shù)量變化趨勢均為春季較少，夏季有不同程度的增多，秋季減少；非轉(zhuǎn)基因毛白楊根部真菌的數(shù)量為從春季到秋季呈逐漸減少的趨勢。

根部土壤微生物； 敏感性； 種群； 數(shù)量; 季節(jié)變化; 轉(zhuǎn)基因毛白楊

轉(zhuǎn)基因作物及其產(chǎn)業(yè)化研究已取得了一定的成就[1]，到20世紀末，在美國已有30例轉(zhuǎn)基因作物被批準進行商品化生產(chǎn)，我國近年來也有多種轉(zhuǎn)基因作物被批準進行商品化生產(chǎn)[2]。隨著轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品商品化進程的逐漸加快，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品環(huán)境釋放的生態(tài)風險評估也日益被重視[3]。轉(zhuǎn)基因作物對土壤生態(tài)環(huán)境、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響等是轉(zhuǎn)基因作物生態(tài)風險評價的重要內(nèi)容[4]。由于受到多種生物與非生物因素干擾，轉(zhuǎn)基因植物對土壤微生物的影響至今尚無定論[6]。轉(zhuǎn)基因植物種植對土壤潛在影響的核心內(nèi)容是其可能影響土壤的生態(tài)過程[7]，一些研究證明，轉(zhuǎn)基因植物種植后確實引起土壤微生物群落和土壤酶活性甚至土壤營養(yǎng)特性的變化[8]。但也有研究表明，轉(zhuǎn)基因植物對土壤沒有產(chǎn)生顯著影響[7,9]。轉(zhuǎn)基因植物對土壤的影響，除與導入的外源基因密切相關(guān)外，不同的轉(zhuǎn)基因個體因為外源基因?qū)胛稽c和拷貝數(shù)等不同，造成的變異不同，其產(chǎn)生的生態(tài)效應也有所差異。因此，即使是導入同一外源基因的同類轉(zhuǎn)基因植物，其生態(tài)效應也并不完全一致[10]。近年來，部分轉(zhuǎn)基因林木已獲得商品化許可，其生態(tài)安全問題同樣也受到關(guān)注[5]。筆者研究了轉(zhuǎn)基因毛白楊植株及非轉(zhuǎn)基因毛白楊植株不同季節(jié)根際土壤微生物種類及數(shù)量的變化，以期為評價轉(zhuǎn)基因植物對環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的影響提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 植株毛細根和根際土壤的取樣

于春、夏、秋三季分別取普通毛白楊(CK)和轉(zhuǎn)基因毛白楊的1～2年生毛細根及其根際土，各取3次重復，每重復3株苗木。每株至少取10 g根際土和毛細根。取土樣和毛細根時盡量使其保持原樣，不破壞其自然狀態(tài)，并盡快帶回實驗室作適當處理。

1.2 微生物的分離

將毛細根及其根際微生物共分為4個層面。第1層面為根際，根際微生物緊密附著于根際的土壤顆粒中，當抖動植物根時，這些土粒并不脫離根部，把帶有這些土粒的根部在無菌水中振蕩一定時間后才能被洗下。第2層面為根表，根表微生物緊貼于活根表面，只有在加入一定量摩擦劑的水中振蕩后才能被洗下。第3層面為根皮，根皮微生物為經(jīng)根表微生物分析后的毛細根直接放入研缽中研碎制成懸液。第4層面為根內(nèi)，根內(nèi)微生物為經(jīng)根表微生物分析后的毛細根用升汞進行表面消毒后，放入研缽內(nèi)研碎制成懸液。當微生物懸液配制好后，分別涂于牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基和馬丁氏培養(yǎng)基上培養(yǎng)。

1.3 微生物數(shù)量統(tǒng)計及其純化

細菌培養(yǎng)36 h、真菌培養(yǎng)72 h后，肉眼觀察統(tǒng)計各培養(yǎng)皿中細菌、真菌的菌落數(shù)，取平均值。根據(jù)真菌、細菌菌落的形狀、大小、表面結(jié)構(gòu)、邊緣結(jié)構(gòu)、質(zhì)地光澤、透明度和顏色等進行分離，并用平板接種法接種。其中，細菌在28℃ YEB固體平板培養(yǎng)，真菌在20℃ PDA固體平板培養(yǎng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 細菌的季節(jié)變化

由表1和圖1看出，轉(zhuǎn)基因毛白楊和非轉(zhuǎn)基因毛白楊根部各層面細菌數(shù)量隨季節(jié)的變化不盡相同。轉(zhuǎn)基因毛白楊根際、根表和根皮的細菌數(shù)量變化均是春季較少，夏季增多，秋季減少；根內(nèi)細菌數(shù)量較少(10個/g土)，春季較多，夏季和秋季變化不大；根內(nèi)細菌數(shù)量的變化不同于其他3個層面的原因可能是：根內(nèi)細菌和根外細菌對植物體內(nèi)導入的外源基因的敏感程度不同；或是根內(nèi)和根外部環(huán)境差異較大，不同季節(jié)對細菌數(shù)量變化的影響程度也有所不同。非轉(zhuǎn)基因毛白楊根際細菌數(shù)量的變化表現(xiàn)為春季較少，夏季增多，秋季減少；根表和根皮則表現(xiàn)為隨著春、夏、秋季的推移細菌數(shù)量呈下降趨勢。轉(zhuǎn)基因毛白楊和非轉(zhuǎn)基因毛白楊根部細菌數(shù)量變化的不同，說明外源基因?qū)Ω考毦a(chǎn)生了一定程度的影響。經(jīng)方差分析，轉(zhuǎn)基因毛白楊和非轉(zhuǎn)基因毛白楊根際土壤細菌數(shù)量在春季無顯著差異，夏季和秋季均達極顯著差異；根表細菌數(shù)量在春季差異不顯著，夏季差異極顯著，秋季差異顯著；根皮細菌數(shù)量在春季和夏季均達極顯著差異，秋季差異不顯著；根內(nèi)細菌數(shù)量在春季差異不顯著，夏秋季節(jié)差異達極顯著。

表1 不同季節(jié)轉(zhuǎn)基因和普通毛白楊根部的細菌數(shù)量

注：表中不同大、小寫字母分別表示相同季節(jié)相同根部位間差異達極顯著(P<0.01)或顯著(P<0.05)(下同)。

Note: Different capital and lowercase letters indicate significance of difference at 0.01 and 0.05 level. The same below.

圖1 不同季節(jié)轉(zhuǎn)基因毛白楊和普通毛白楊 根部的細菌數(shù)量

Fig.1 Bacterial quantity around roots of transgenic and commonP.tomentosain different season

2.2 真菌的季節(jié)變化

由表2和圖2看出，轉(zhuǎn)基因毛白楊和非轉(zhuǎn)基因毛白楊根部各層面真菌數(shù)量的季節(jié)變化趨勢不同。轉(zhuǎn)基因毛白楊根部真菌數(shù)量各季節(jié)變化趨勢和細菌的基本一致，均為春季較少，夏季增多，秋季減少。非轉(zhuǎn)基因毛白楊根部真菌的數(shù)量各層面的季節(jié)變化春季到秋季均呈逐漸減少的趨勢。轉(zhuǎn)基因毛白楊和非轉(zhuǎn)基因毛白楊春季各個層面土壤真菌數(shù)量間差異均達極顯著水平，夏季差異不顯著，秋季根際和根表間差異極顯著，根皮和根內(nèi)間差異不顯著。

表2 轉(zhuǎn)基因毛白楊和普通毛白楊根部的真菌數(shù)量

圖2 不同季節(jié)轉(zhuǎn)基因毛白楊和普通毛白楊 根部的真菌數(shù)量

Fig.2 Fungal quantity around roots of transgenic and commonP.tomentosain different season

3 結(jié)論與討論

由于受到多種生物與非生物因素干擾，轉(zhuǎn)基因植物對土壤微生物的影響至今尚無定論[6]。轉(zhuǎn)基因植物種植對土壤潛在影響的核心內(nèi)容是其可能影響土壤的生態(tài)過程[7]，一些研究證明，轉(zhuǎn)基因植物種植后確實引起土壤微生物群落和土壤酶活性甚至土壤營養(yǎng)特性的變化。但也有研究表明，轉(zhuǎn)基因植物對土壤無顯著影響，轉(zhuǎn)基因植物對土壤的影響，除與導入的外源基因密切相關(guān)外，不同的轉(zhuǎn)基因個體因為外源基因?qū)胛稽c和拷貝數(shù)等不同，造成的變異不同，其產(chǎn)生的生態(tài)效應也會有所差異，因此即使是導入同一外源基因的同類轉(zhuǎn)基因植物，其生態(tài)效應也并不完全一致[10]。本研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因毛白楊根部微生物數(shù)量的季節(jié)變化趨勢與非轉(zhuǎn)基因毛白楊有明顯的差異。該結(jié)果與胡建軍等的研究結(jié)果不太一致[5，12-13]，但也證明，轉(zhuǎn)基因林木可能會對其根系周圍的土壤微生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，為進一步研究轉(zhuǎn)基因植物生態(tài)安全性提供了依據(jù)。

盡管有不少研究認為轉(zhuǎn)基因植物僅對土壤微生物有輕微的或者沒有影響[11]，隨著轉(zhuǎn)基因植物種植時間的加長以及可能的生物富集作用的不斷擴大，這種影響或風險所存在的高度不可預見性終將得到破解。因此，必須通過反復或大量試驗，從中建立生態(tài)學意義的評估方法和理論體系，評價轉(zhuǎn)基因植物對土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)的風險。當然，該領(lǐng)域的研究仍是一個長期而復雜的過程，需要從不同角度開展系統(tǒng)的研究工作。目前已有的研究還比較零散，也亟需綜合多種研究策略或開發(fā)新的研究策略來進一步闡明兩者之間的密切聯(lián)系[6]。

[1] 李 靜，李紅芳，張換樣，等.全球轉(zhuǎn)基因作物的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[J].山西農(nóng)業(yè)科學,2009,37(1):3-8.

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[12] 胡建軍，張?zhí)N哲，盧孟柱，等.歐洲黑楊轉(zhuǎn)基因穩(wěn)定性及對土壤微生物的影響[J].林業(yè)科學，2004,40(5)：105-109.

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(責任編輯： 聶克艷)

Seasonal Variation of Soil Microbial Quantity around Roots of TransgenicPopulustomentosa

CAO Xiuli, MA Wanlu

(LangfangPolytechnicInstitute,Langfang,Hebei065000,China)

The seasonal variation trend of soil microbial quantity around roots of transgenic and commonP.tomentosawas studied by soil gradient dilution method to provide the scientific basis for ecological safety of transgenic plants. The bacterial quantity of rhizosphere, root surface and root bark of transgenic and commonP.tomentosahas slight change in spring, increases to varying degrees in summer and decreases in august, and there is little bacterial quantity in endophytic root. The bacterial quantity of root surface and root bark shows a decline trend from spring to august. The fungal quantity around roots of transgenicP.tomentosahas slight change in spring, increases to varying degrees in summer and decreases in august but the fungal quantity around roots of commonP.tomentosashows a gradual decline trend.

soil microbe around roots; sensitivity; population; quantity; seasonal variation; transgenicPopulustomentosa

2014-09-17； 2015-04-22修回

曹秀利(1978-)，女，講師，博士，從事生物技術(shù)研究。E-mail：cxl_0@163.com

1001-3601(2015)05-0257-0146-03

X820.3

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