您的当前位置:首页转基因抗旱大豆对土壤酶活性的影响

转基因抗旱大豆对土壤酶活性的影响

来源:小侦探旅游网
第41卷第12期 东北农业大学学报 41(12 :1 1-14 2010年12月 Journal of Northeast Agricultural University Dee.2010 转基因抗旱大豆对土壤酶活性的影响 乔 琦 ,丁 伟 ,李新海 ,马有志 ,王振华 ,李文滨 (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、R 、 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R。期土壤脲酶活性显著降低,R 和R4期土壤纤维素酶活性显著降低,R。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,时土 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:¥565.1 文献标志码:A 文章编号:1005—9369(2010)12—0011-04 Effect of transgenic drought resistant soybean on soil enzyme activity/ QIAO Qi’,DING Wei’,LI XinhaF,MA YouzhF,WANG Zhenhua’,LI Wenbin’(1.College of Agriculture, No ̄heast Agricultural University,Harbin 1 50030,China;2.Institute of Crop Science。Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 1 00081,China) Abstract:Pot culture method was used to study the effect of the transgenic drought resistant soybean (TDRS)and none transgenic soybean(NTS)on soil urease,cellulose,phosphatase and hydrogen per- oxidase activity.The results showed that TDRS and NTS had no effects on soil urease,cellulose, phosphatase and hydrogen peroxidase activity in rhizosphere at VE。R1 and growth stage under the normal soil water condition.Under water stress condition urease activiyt was signiifcantly decreased at VE and RI growth stage,and cellulose activiyt was also signiifcantly decreased at R1 and growth stages in both TDRS and NTS rhizosphere soil.At R1 growth stage phosphatase activity was signiifcantly increased in TDRS rhizosphere and decreased in NTS rhizosphere.Phosphatase activity was signiifcantly decreased in TDRS rhizosphere and no effects in NTS rhizosphere at VE and R growth stage.TDRS and NTS have no effects on soil hydrogen peroxidase activiyt. Key words:transgenic drought resistant soybean;urease;cellulase;phosphatase;hydrogen pero— xidase 1983年,世界上第一例转基因烟草诞生,自 大豆面积占转基因作物面积的60%,转基因大豆 此转基因技术被广泛应用于人类的生产和生活中『l】。 已成为世界大豆生产的主要品种[31。而《自然》杂志 2003年以来,世界转基因作物种植面积保持 报道了抗虫转基因(Bt)玉米花粉对美国的“国蝶”君 2位数增长,达到6 770万hm珥2】。在转基因作物中 王斑蝶幼虫的毒害作用[41,转基因生物安全问题引 收稿日期:2010—09—04 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(1986一),硕士研究生,研究方向为农药生态安全评价。E-mail:orangeclose@163.(30//1 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.corn.en l2・ 东北农业大学学报 第4l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【51。 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16],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 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 热点川,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[8l。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[91,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 。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 氢酶涪陛为指标,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基因抗旱大豆进人商业化 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,2O次 重复,各处理结果见表l。 表1试验处理方法 Table 1 Methods ofexperiment treatment 处理 方法 Thatment Method 1 转DREB3基因抗旱大豆东农5O正常水分管理 2 非转基因大豆东农5O正常水分管理 转DREB3基因抗旱大豆东农50分别在vE、Rl、 R4干旱胁迫 4 非转基因大豆东农5O分别在VE、R 、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、R 、凡期,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 钠比色法,过氧化氢酶活性测定采用高锰酸钾滴定 法、【 31。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5O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、R 、凡 期无显著差异。干旱胁迫下,两个大豆品种在VE 和R 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 大豆在凡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 Table 2 Effect of transgenic drought resistant soybean on osil urease activity 处理 土壤脲酶活性(r【lg‘g- ,37℃,3 h)Soil ur ̄ti.se actiVity Tre 。 VE Rl 毗 注:同一列小写字母表示5%水平差异显著,以下同。 Note:Small letters of the¥81ne cohlnln represented signiifcant di e- fence at 0.05 leve1.The same 8.8 below. 第l2期 乔琦等:转基因抗旱大豆对土壤酶活性的影响 2.2转基因抗旱大豆东农5O对土壤纤维素酶活性 的影响 在大豆VE、R 及R 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; 期,两个大豆品种根际过氧 化氢酶活性均显著降低(见表5)。 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、R 、 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R,和 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 Table 3 Effect of transgenic drought resistant soybean on soft cellulase activity 土壤纤维素酶活性(mg・10 g-',37℃,72 h) 处理 Soll cellulase activity Treatment VE Rl R4 2.3转基因抗旱大豆东农5O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、R 、 R4期无显著差异。干旱胁迫下,转基因抗旱大豆 除R。期土壤磷酸酶活性显著增高外,VE和R 期 磷酸酶活性显著低于正常水分管理,而非转基因 大豆除R。期磷酸酶活性显著低于正常水分管理外, VE和 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 低一增高一降低的变化趋势。 2.4转基因抗旱大豆东农5O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、R 及 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 表4转基因抗旱大豆对土壤磷酸酶活性的影响 Table 4 Effect of transgenic drought resistant soybean on soil phosphatase activity 土壤磷酸酶活性(mg・100 ,37℃,2 h) 处理 Soil phosphatase activity Treatment VE Rl an 表5转基因抗旱大豆对土壤过氧化氢酶活性的影响 Table 5 Effect of transgenic drought resistant soybean on soil hydrogen peroxidase actiivty 土壤过氧化氢酶活性(mL・g- ,20 arin) 处理 Soil hydrogen peroxidase activity Treatment VE R1 凡 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【14J。Sun等发现含有Bt毒素的 棉花组织施人土壤对土壤脲酶、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 棉花组织旅人土壤影响了土壤微生物群落结构所 致ll51。孙彩霞等的研究表明『l6],转 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4l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【l7—91。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I201,主要来自植物的根系【131。在 【D】.北京:中国农业科学院,2000:1---4. 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,2009,2O(2):273—278. 徐莎,胡军,陈宇红,等.DREB转录因子研究进展 .农业生物 技术学报,2008,16(4):706—713. 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 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. 曹慧,孙辉,杨浩,等.土壤酶活性及其对土壤质量的指示研究 分管理相比均显著降低,磷酸酶活性产生显著降 低一增高一降低的变化,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人土壤的量有 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。 】 】 】 】 】 Ⅲ 】 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【J1.油脂工 程.2007(4):45—48. 【4】Losey JE,RayorLS,CarterM E.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 进展们.应用与环境生物学报,2003,9(1):105—109. 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. Paul E九Clack F E.Soil microbiology and biochemistry[M].Boston: Academic Press,Inc,1989:104—109. France E A,Binkley D,Valentine D.Soil chemistry changes after 27 years and four tree species in southern Ont ̄io[J].Can J for Res, 】 】 】 】 】 】 1989,19(12):1648—1650. 关松荫.土壤酶及其研究法【M】.北京:农业出版社,1986:260— 344. Liu B,ZengQ,YanFM,eta1.Effects oftransgenicmicroorganisms fJ】.Plant nad Soil,2005,27(1):1-13. SunCX,ChenL J,WuZ J,et a1.Soil persistence ofBacillusthIll'- ingiensis(Bt)toxin form transgenie Bt cotton tissues and its effect on soil enzyme activities[J].Biol Fertil Soils,2007,43:617-620. 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. 李良树.不同菜地土壤酶活性与土壤养分相关性研究m.现代 农业科技,2008(12):28. 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. 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,l6(1):191—196. 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