轉基因玉米對土壤酶活性的影響

范巧蘭 ，王 慧 ，李永山 ，劉 凱 ，賈崢嶸 ，郝佳麗 ，席吉龍 ，張建誠

（1.山西省農業科學院棉花研究所，山西運城044000；2.山西大學生物工程學院，山西太原030006）

土壤微生物是土壤有機質和土壤養分轉化和循環的動力，土壤酶參與多種土壤生化過程，其活性反映了土壤中各種生物化學過程的強度和方向[1]，是評價土壤肥力、土壤健康狀況的重要指標[2-3]。因此，開展轉基因作物對土壤酶活性影響研究，對評價轉基因作物對土壤生態系統安全風險具有重要意義。

Bt玉米是全球商品化程度最快的抗蟲轉基因作物之一。2017年全球種植轉基因玉米0.597億hm2，占玉米總面積的33%[4]。雖然我國轉基因玉米還沒有進入商業化階段，但轉基因玉米的環境釋放正在進行。轉Bt基因作物大規模商品化種植的潛在生態風險是國內外學者關注的問題[5-6]。轉Bt基因玉米的長期種植與秸稈還田，可能使Bt蛋白在土壤生態系統中富集，影響土壤的特異生物種群、功能類群以及土壤生物多樣性和土壤生態學過程[7-9]。轉基因玉米對土壤生態環境的評價成為研究熱點。目前，Bt玉米對土壤生態系統影響的研究主要集中在對土壤微生物種類及數量的影響方面[10-20]，以及轉基因玉米對土壤酶活性的研究[21-23]。由于土壤環境和試材不一樣，結果不一致。

筆者以1個轉基因玉米品種和1個非轉基因品種為試材進行盆栽試驗，以探討轉基因玉米不同生育期土壤酶活性的變化，為轉基因作物生態安全評價提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試玉米品種為轉Bt基因玉米品種P1498（Cry1Ab）與非轉基因玉米品種Non-Bt P1498。

1.2 試驗設計

試驗于2013年在山西省農業科學院棉花研究所網棚中進行。試驗設3個土壤處理：轉基因Bt玉米品種P1498（Cry1Ab）土壤及其常規非轉基因玉米親本品種Non-Bt P1498土壤、空白對照（不種植任何植物）。每盆裝過篩、未種植轉基因植物的土壤7 kg，每個品種種植12盆。6月21日播種，每盆3粒種子，出苗后3片葉子定苗，每盆留1苗。在生長期內，每14d盆子換位，定期澆水。

1.3 測定項目及方法

于苗期8片葉子（7月）、抽穗期（8月）、成熟期（10月）取土樣。每處理隨機取3盆，每盆取3鉆頭土樣混合為1次重復。冰箱中土樣風干后測定土壤酶活性。土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定[2]；土壤磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定[2]；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定[2]；土壤轉化酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法[2]測定。

1.4 統計分析

測定數據采用MicrosoftExcel2003和SPSS18.0進行處理和分析，平均數比較采用LSD法進行。

2 結果與分析

2.1 轉基因玉米對土壤脲酶活性的影響

脲酶活性的高低在一定程度上反映了土壤供氮水平的狀況。轉基因玉米對土壤脲酶活性有影響。在苗期，轉基因玉米脲酶活性比非轉基因的降低14.30%，比空白對照提高15.02%，三者之間差異顯著。在玉米抽穗期，轉基因玉米與非轉基因玉米的脲酶活性沒有差異，但與空白對照差異顯著。成熟期，轉基因玉米土壤脲酶活性分別比非轉基因和空白對照的提高63.34%和33.98%，3個處理間差異顯著（圖 1）。

2.2 轉基因玉米對土壤堿性磷酸酶活性的影響

土壤磷酸酶可影響土壤有機磷的分解，在一定程度上反映了土壤環境中磷的存在狀況。結果表明，在不同生育期，轉基因玉米對土壤堿性磷酸酶活性沒有影響（圖2）。

2.3 轉基因玉米對土壤轉化酶的影響

在苗期轉基因玉米、非轉基因玉米和對照的土壤轉化酶活性沒有顯著差異；在抽穗期，轉基因玉米和非轉基因玉米的土壤轉化酶活性分別比空白對照提高16.88%和28.56%，3個處理間差異達到顯著水平；成熟期轉基因玉米和非轉基因玉米的土壤轉化酶活性分別比空白對照提高4.49%和14.46%，轉基因玉米與非轉基因玉米之間差異顯著，轉基因玉米與空白對照間差異不顯著（圖3）。

2.4 轉基因玉米對土壤過氧化氫酶活性的影響

轉基因玉米能提高土壤過氧化氫酶活性，在苗期和成熟期轉基因玉米顯著提高過氧化氫酶活性，分別比非轉基因玉米提高28.01%和8.01%，在抽穗期轉基因玉米與非轉基因玉米的酶活性之間沒有差異（圖 4）。

3 結論與討論

酶系統是土壤中最活躍的部分，土壤酶和土壤微生物一起共同推動土壤的代謝過程。脲酶、堿性磷酸酶、轉化酶和過氧化氫酶在土壤氮、磷、碳等養分的循環和轉化過程中起著十分重要的作用。范巧蘭等[24]研究表明，轉基因棉花不同生育期對土壤酶活性有一定的影響；SHEN等[25]研究發現，轉基因棉花對土壤脲酶、堿性磷酸酶、蛋白酶等活性沒有影響。FLORES等[26]研究表明，轉基因玉米對土壤酶活性沒有影響。ICOZ等[27]研究表明，連續4 a種植轉基因玉米對土壤酶活性沒有顯著影響；劉玲等[21]研究表明，轉Bt玉米對土壤過氧化氫酶活性沒有影響，對脲酶和堿性磷酸酶在個別生育期影響顯著。王建武等[23]研究表明，轉Bt基因玉米沒有改變土壤生物活性和土壤肥力。本研究表明，轉Bt基因玉米對土壤酶活性有一定的影響。種植Bt玉米對土壤酶活性的影響，一方面可能是根系分泌的Bt蛋白影響土壤微生物多樣性而導致微生物活性的變化，另一方面可能是外源Bt基因導入后引起受體作物秸稈以及根系分泌物化學成分的差異[28]。由于不同研究者所用材料、土壤類型、試驗條件（盆栽、大田）等不同，造成土壤微生物群體結構和功能不同，導致試驗結果不相一致，還有待于進一步深入研究。