东北农业大学学报41(12):11~14Dec.2010
JournalofNortheastAgriculturalUniversity
转基因抗旱大豆对土壤酶活性的影响
乔琦1，丁伟1*，李新海2，马有志2，王振华1，李文滨1
（1.东北农业大学农学院，哈尔滨150030；2.中国农业科学院作物科学研究所，北京
100081）
摘要：采用盆栽试验，在正常水分管理和干旱胁迫条件下研究了转DREB基因抗旱大豆对土壤脲酶、纤维素酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性的影响。结果表明，转基因抗旱大豆和非转基因大豆在正常土壤水分管理下，根际土壤中脲酶、纤维素酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性在大豆VE、R1、R4期无显著差异。在干旱胁迫下，转基因抗旱大豆和非转基因大豆在VE和R1期土壤脲酶活性显著降低，R1和R4期土壤纤维素酶活性显著降低，R1期土壤磷酸酶活性分别呈显著增高和显著降低趋势，VE和R4期磷酸酶活性分别表现显著降低和无影响的作用，对土壤过氧化氢酶活性无显著影响。
关键词：转基因抗旱大豆；脲酶；纤维素酶；磷酸酶；过氧化氢酶中图分类号：S565.1
文献标志码：A
文章编号：1005-9369（2010）12－0011－04
Effectoftransgenicdroughtresistantsoybeanonsoilenzymeactivity/
QIAOQi1,DINGWei1,LIXinhai2,MAYouzhi2,WANGZhenhua1,LIWenbin1(1.CollegeofAgriculture,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China;2.InstituteofCropScience,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China)
Abstract:Potculturemethodwasusedtostudytheeffectofthetransgenicdroughtresistantsoybean
(TDRS)andnonetransgenicsoybean(NTS)onsoilurease,cellulose,phosphataseandhydrogenper-oxidaseactivity.TheresultsshowedthatTDRSandNTShadnoeffectsonsoilurease,cellulose,phosphataseandhydrogenperoxidaseactivityinrhizosphereatVE,R1andR4growthstageunderthenormalsoilwatercondition.UnderwaterstressconditionureaseactivitywassignificantlydecreasedatVEandR1growthstage,andcelluloseactivitywasalsosignificantlydecreasedatR1andR4growthstagesinbothTDRSandNTSrhizospheresoil.AtR1growthstagephosphataseactivitywassignificantlyincreasedinTDRSrhizosphereanddecreasedinNTSrhizosphere.PhosphataseactivitywassignificantlydecreasedinTDRSrhizosphereandnoeffectsinNTSrhizosphereatVEandR4growthstage.TDRSandNTShavenoeffectsonsoilhydrogenperoxidaseactivity.
Keywords:transgenicdroughtresistantsoybean;urease;cellulase;phosphatase;hydrogenpero-xidase
1983年，世界上第一例转基因烟草诞生，自此转基因技术被广泛应用于人类的生产和生活中[1]。2003年以来，世界转基因作物种植面积保持2位数增长，达到6770万hm2[2]。在转基因作物中
收稿日期：2010-09-04
大豆面积占转基因作物面积的60%，转基因大豆《自然》杂志已成为世界大豆生产的主要品种[3]。而
报道了抗虫转基因（Bt）玉米花粉对美国的“国蝶”君王斑蝶幼虫的毒害作用[4]，转基因生物安全问题引
基金项目：国家转基因生物新品种培育重大专项（2008ZX08011-003）；国家转基因生物新品种培育重点项目（2009ZX08011-023B）作者简介：乔琦（1986-），硕士研究生，研究方向为农药生态安全评价。E-mail:orangeclose@163.com
*通讯作者：丁伟，副教授，研究方向为农药生态安全评价与农药作用原理研究。E-mail:dingweing@yahoo.com.cn
·12·东北农业大学学报第41卷
起了全球广泛的关注。美国等许多国家都投入了大量资金来研究转基因大豆的环境安全问题[5]。
植物在自然环境中生长发育，受到各种环境胁迫的影响，干旱、低温以及高盐是植物所面临的重要逆境因子[6]，且干旱胁迫是植物逆境最普遍的形式。植物抗逆性状是由多基因控制的，与逆境胁迫相关转录因子的研究已成为植物分子生物学研究的热点[7]，其中DREB转录因子是重要的转录因子之一，它特异性地与DRE顺式元件结合，可以调节植物的多个抗逆基因，使植物产生抗逆性[8]。土壤酶主要来自于土壤微生物、植物及土壤动物的残体及分泌物[9]，它参与土壤中的各种代谢过程和能量转化，土壤中的一切生化过程都是在其参与下进行和完成的，是土壤生物化学特征的重要组成部分，也是评价土壤肥力的一项重要指标[10-12]。因此，以土壤酶活性为指标评价转基因植物对土壤环境的安全性具有重要的实际意义。
本文以土壤脲酶、纤维素酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性为指标，对东北农业大学大豆生物学教育部重点实验室培育的转DREB基因抗旱大豆进行土壤安全性评价，为转DREB基因抗旱大豆进入商业化种植提供土壤环境安全性评价方法和依据。
1
材料与方法
1.1
供试材料
试验于2010年在东北农业大学转基因试验基
地进行，采用盆栽试验方法，设4个处理，20次重复，各处理结果见表1。
表1试验处理方法
Table1Methodsofexperimenttreatment
处理
方法Treatment
Method
1转DREB3基因抗旱大豆东农50正常水分管理2非转基因大豆东农50正常水分管理
3转DREB3基因抗旱大豆东农50分别在VE、R1、R4干旱胁迫
4
非转基因大豆东农50分别在VE、R1、R4干旱胁迫
在旱棚内对转DREB3基因抗旱大豆东农50和非转基因大豆东农50进行正常水分管理和干旱胁迫，分别在大豆VE、R1、R4期，以非转基因大豆出现暂时萎蔫时为指标，取根际土壤进行土壤酶
活性测定。
DREB3基因由中国农业科学院作物科学研究所赠予，转DREB3基因抗旱大豆东农50和非转基因大豆东农50由东北农业大学大豆生物学教育部重点实验室提供。1.2
土壤酶活性测定方法
土壤脲酶活性采用靛酚比色法，纤维素酶活性采用蒽酮比色法，磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法，过氧化氢酶活性测定采用高锰酸钾滴定法[13]。每处理5次重复。1.3
数据处理方法
采用Excel软件进行原始数据的处理，应用SAS软件进行方差分析，采用Duacan's测验方法进行5%水平差异显著性分析。
2结果与分析
2.1转基因抗旱大豆东农50对土壤脲酶活性的影
响
转基因抗旱大豆和非转基因大豆在正常土壤水分管理下，根际土壤脲酶活性在大豆VE、R1、R4期无显著差异。干旱胁迫下，两个大豆品种在VE和R1期土壤脲酶活性均显著降低，且转基因大豆土壤脲酶活性显著低于非转基因大豆，但转基因大豆在R4期土壤脲酶活性显著高于其他处理（见表2
）。干旱胁迫下转基因大豆和非转基因大豆土壤脲酶活性的降低显然与土壤含水量降低有直接关系，此时转基因大豆根际土壤脲酶活性显著低于非转基因大豆，可能由于在干旱条件下转基因大豆根系分泌物减少造成的。
表2转基因抗旱大豆对土壤脲酶活性的影响Table2
Effectoftransgenicdroughtresistantsoybeanonsoilureaseactivity
处理
土壤脲酶活性（mg·g-1，37℃，3h）Soilureaseactivity
Treatment
VER1R416.173a11.725a8.896bc25.738a10.324ab9.259b32.554c5.969c9.960a4
3.645b
9.020b
8.656c
注：同一列小写字母表示5%水平差异显著，以下同。Note:Smalllettersofthesamecolumnrepresentedsignificantdiffe-renceat0.05level.Thesameasbelow.
第12期乔琦等：转基因抗旱大豆对土壤酶活性的影响·13·
2.2转基因抗旱大豆东农50对土壤纤维素酶活性的影响
转基因抗旱大豆和非转基因大豆在正常土壤水
分管理下，根际土壤纤维素酶活性在大豆VE、R1、R4期无显著差异。干旱胁迫下，除了非转基因大豆在VE期纤维素酶活性与正常水分管理无差异外，两个大豆品种在R1和R4期土壤纤维素酶活性均显著降低，且转基因大豆纤维素酶活性显著低于非转基因大豆（见表3）。从试验结果可以看出，干旱造成了转基因和非转基因大豆根际土壤纤维素酶活性的降低，而转基因抗旱大豆根际土壤纤维素酶活性显著低于非转基因大豆的可能原因是来自于根系分泌物量的变化对干旱胁迫的反应。
表3
转基因抗旱大豆对土壤纤维素酶活性的影响
Table3Effectoftransgenicdroughtresistant
soybeanonsoilcellulaseactivity
土壤纤维素酶活性（mg·10g-1
，37℃，72h）
处理Treatment
SoilcellulaseactivityVER1R4115.133a13.010a22.398a213.990a12.888a22.031a34.398b4.337c14.378c4
14.684a
7.296b
18.153b
2.3转基因抗旱大豆东农50对土壤磷酸酶活性的影响
转基因抗旱大豆和非转基因大豆在正常土壤
水分管理下，根际土壤磷酸酶活性在大豆VE、R1、R4期无显著差异。干旱胁迫下，转基因抗旱大豆除R1期土壤磷酸酶活性显著增高外，VE和R4期磷酸酶活性显著低于正常水分管理，而非转基因大豆除R1期磷酸酶活性显著低于正常水分管理外，VE和R4期磷酸酶活性与正常水分管理相比无显著差异（见表4）。可见在控制土壤水分条件下，土壤磷酸酶活性会由于种植转基因大豆而产生显著降低-增高-降低的变化趋势。2.4
转基因抗旱大豆东农50对土壤过氧化氢酶活性的影响
转基因抗旱大豆和非转基因大豆在正常土壤水分管理下，根际土壤过氧化氢酶活性在大豆VE、R1及R4期无显著差异。干旱胁迫下，转基因抗旱大豆和非转基因大豆际土壤过氧化氢酶活性在大豆VE、R1及R4期无显著差异。VE期与正常水分管理相比，转基因抗旱大豆根际土壤过氧化氢酶活性显著增高；R4期，两个大豆品种根际过氧化氢酶活性均显著降低（见表5）。
表4
转基因抗旱大豆对土壤磷酸酶活性的影响
Table4
Effectoftransgenicdroughtresistant
soybeanonsoilphosphataseactivity
土壤磷酸酶活性（mg·100g-1，37℃，2h）
处理
SoilphosphataseactivityTreatment
VER1R41644.491a359.391c289.334a2607.795a361.443c281.251a3455.750b430.345a266.752b4
595.477a
376.455b
286.255a
表5转基因抗旱大豆对土壤过氧化氢酶活性的影响
Table5
Effectoftransgenicdroughtresistant
soybeanonsoilhydrogenperoxidaseactivity
土壤过氧化氢酶活性（mL·g-1，20min）处理SoilhydrogenperoxidaseactivityTreatment
VER1R4167.28bc61.34a44.20a265.91c61.05a42.53a368.86ab61.27a39.60b4
68.44b
61.25a
39.12b
3讨论
转基因在植物中的表达产物可以通过植物残体或根系分泌物进入土壤，从而对土壤微生物及理化性质产生影响。此外，转基因也因其在植物体中的导入或表达影响植物的其他性状，从而影响土壤生态系统。其中根分泌物成分的改变被认为是影响土壤微生物的重要原因[14]。Sun等发现含有Bt毒素的棉花组织施入土壤对土壤脲酶、纤维素酶、酸性磷酸酶等活性有促进作用，而对芳基硫酸酯酶有抑制作用，认为土壤酶的变化可能是由于转基因棉花组织施入土壤影响了土壤微生物群落结构所致[15]。孙彩霞等的研究表明[16]，转Bt基因棉花在苗期通过根系分泌物向土壤中导入Bt毒素的含量明显高于生长发育后期。
土壤中脲酶、纤维素酶和磷酸酶分别是催化尿素水解、纤维素水解和有机磷酯水解有关的酶，其
·14·东北农业大学学报
第41卷
活性变化与土壤氮素状况、有机质分解、有机磷转化为无机磷以及土壤理化性状有关[17-19]。过氧化氢酶在土壤中分布最广泛，其作用是分解土壤中对植物有害的过氧化氢[20]，主要来自植物的根系[13]。在正常水分管理条件下，转基因抗旱大豆和非转基因大豆根际土壤中脲酶、磷酸酶、纤维素酶和过氧化氢酶活性均无显著差异。然而干旱胁迫下转基因大豆和非转基因大豆土壤脲酶和纤维素活性与正常水分管理相比均显著降低，磷酸酶活性产生显著降低-增高-降低的变化，土壤过氧化氢酶活性VE期均显著降低，R4期均显著增高。转基因和非转基因大豆在干旱胁迫下根际土壤酶活性的变化可能与大豆自身的生理调节和根系分泌物进入土壤的量有关，这需要在室内控制一定根系分泌物施入量做进一步验证。
4结论
转基因抗旱大豆在正常土壤水分管理下，对根际土壤中脲酶、纤维素酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性无显著影响。干旱胁迫下，转基因抗旱大豆和非转基因大豆相比，土壤中过氧化氢酶活性无显著差异，转基因抗旱大豆对土壤脲酶、纤维素酶和磷酸酶活性的影响与干旱胁迫有直接关系。
[
参考文
献
]
[1]金钟明,徐敏华,王雷杰,等.转基因技术与农产品安全[J].杭州
农业科技,2006(6):31-32.
[2]朱行.世界转基因作物发展近况[J].粮食与油脂,2004(9):39.[3]叶汉英,杨伟华.转基因大豆的发展及其安全性评价[J].油脂工
程,2007(4):45-48.
[4]LoseyJE,RayorLS,CarterME.Transgenicpollenharmsmonarch
larvae[J].Nature,1999,399:214.
[5]王琴芳.转基因作物生物安全性评价与监管体系的分析与对策
[D].北京:中国农业科学院,2000:1-4.
[6]刘春,麻浩.拟南芥非生物胁迫应答基因表达的调节子研究概
况[J].生物技术通讯,2009,20(2):273-278.
[7]徐莎,胡军,陈宇红,等.DREB转录因子研究进展[J].农业生物
技术学报,2008,16(4):706-713.
[8]高峰,熊爱生,彭日荷,等.抗逆相关DREB转录因子的研究进
展及应用[J].上海农业学报,2008,24(1):118-123.
[9]曹慧,孙辉,杨浩,等.土壤酶活性及其对土壤质量的指示研究
进展[J].应用与环境生物学报,2003,9(1):105-109.
[10]曾玲玲,张兴梅,洪音,等.长期施肥与耕作方式对土壤酶活性
的影响[J].中国土壤与肥料,2008(2):27-30,60.
[11]PaulEA,ClackFE.Soilmicrobiologyandbiochemistry[M].Boston:
AcademicPress,Inc,1989:104-109.
[12]FranceEA,BinkleyD,ValentineD.Soilchemistrychangesafter
27yearsandfourtreespeciesinsouthernOntario[J].CanJforRes,1989,19(12):1648-1650.
[13]关松荫．土壤酶及其研究法[M]．北京:农业出版社,1986:260-344.
[14]LiuB,ZengQ,YanFM,etal.Effectsoftransgenicmicroorganisms
[J].PlantandSoil,2005,27(1):1-13.
[15]SunCX,ChenLJ,WuZJ,etal.SoilpersistenceofBacillusthur-ingiensis(Bt)toxinfromtransgenicBtcottontissuesanditseffectonsoilenzymeactivities[J].BiolFertilSoils,2007,43:617-620.[16]孙彩霞,陈利军,武志杰,等.Bt杀虫晶体蛋白的土壤残留及其
对土壤磷酸酶活性的影响[J].土壤学报,2004,41(5):761-765.[17]李良树．不同菜地土壤酶活性与土壤养分相关性研究[J].现代
农业科技,2008(12)：28.
[18]黄玉梓,樊后保,李艳艳,等.氮沉降对杉木人工林土壤呼吸与
土壤纤维素酶活性的影响[J].福建林学院学报,2009,29(2):97-102.
[19]王俊华,尹睿,张华勇,等.长期定位施肥对农田土壤酶活性及
其相关因素的影响[J].生态环境,2007,16(1):191-196.[20]戴伟,白红英.土壤过氧化氢酶活度及其动力学特征与土壤性
质的关系[J].北京林业大学学报,1995,17(1):37-41.
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容