镉胁迫下转基因水稻对根际土壤微生物的影响-《江苏农业科学》(2019年14期).docx

龙源版权所有 镉胁迫下转基因水稻对根际土壤微生物的影响作者：李磊 韩成 王宵宵来源：《江苏农业科学》2019年第14期 摘要：为了探究镉胁迫下转基因水稻对根际土壤微生物的影响，以抗虫转基因水稻华恢1号（HH1）及其亲本非转基因水稻明恢63（MH63）为研究材料，设置不同Cd2+浓度（0、3.5、60.0、240.0 mg/kg）胁迫进行盆栽试验。结果表明：与Cd0相比，Cd3.5处理对水稻农艺性状无显著影响;Cd240.0处理显著降低了株高、产量;与Cd0处理相比，Cd60.0和Cd240.0处理下HH1水稻根际土壤细菌群落组成中Proteobacteria（变形菌门）、Acidobacteria（酸杆菌门）、Actinobacteria（放线菌门）的相对丰度显著降低;MH63水稻中Acidobacteria的相对丰度显著升高而Bacteroidetes（拟杆菌门）的相对丰度显著降低。Cd胁迫显著降低了水稻根际土壤细菌群落丰度及多样性。环境因子分析显示，Cd胁迫后水稻根际土壤pH值、总氮含量、铵态氮含量的变化是影响根际土壤细菌群落结构的主要原因。 关键词：转基因水稻;细菌群落;根际土壤;镉胁迫 中图分类号： S154.3;Q938.1 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）14-0282-06 近年来，镉（Cd）污染愈加严重，使得农业的可持续发展与人类的生态环境受到极大影响。Cd在土壤-植物系统中具有较强的迁移能力，可在作物中富集较高浓度的Cd，经食物链传递进入人体危害人类健康[1]。调查显示，广西岩溶地区自然地理环境下土壤中的Cd浓度高达20 mg/kg，远高于国家标准，且我国西南地区土壤中Cd含量普遍较高[2]。水稻是我国重要的粮食作物，同时也是极易富集Cd的作物。近年来，转基因作物迅猛发展，2017年全球转基因作物种植面积高达1.9亿hm2[3]。来源于苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因是目前应用最为广泛的抗虫基因。转入Bt基因的抗虫转基因水稻，能够杀死鳞翅类害虫，大大降低化学杀虫剂使用量[4]。在干旱、高盐及重金属等逆境胁迫下，与亲本水稻相比，转基因水稻具有生长优势[5-8]。如在Cd及高温胁迫下，转基因水稻幼苗中抗氧化酶含量高于亲本水稻[5-6];Li等研究发现，在高浓度臭氧胁迫下，抗虫转基因水稻的光合作用、产量均高于亲本水稻[7]，且能够比亲本水稻提前适应低氮环境[8]。我国受重金属污染较严重地区土壤Cd污染的平均值达到3.5 mg/kg，转基因水稻在该浓度Cd胁迫下是否能正常生长、是否富集Cd目前尚不清楚;而在高Cd浓度胁迫下，与亲本水稻相比，转基因水稻是否具有更高的抗Cd能力也有待研究。 土壤微生物是土壤生态系统中物质和能量循环的主要参与者，其活动是衡量生态系统各种功能是否正常的一个重要方面。土壤微生物群落与土壤重金属污染之间的关系是国内外环境科学领域的一个研究热点，重金属污染能够对土壤的微生物群落产生影响，如降低土壤微生物量、可培养细菌菌落数量等[9]，同时重金属污染能明显改变土壤微生物群落结构[10]。转基因作物能通过作物残体、作物根系分泌物、作物花粉等方式改变根际土壤微环境，影响土壤生态系统。关于转基因水稻对土壤微生物群落的影响，学者们展开了大量研究，但目前尚未有统一结论，有学者通过田间试验监测了转基因水稻与其亲本的多样性，发现转基因水稻对土壤根际微生物多样性无显著影响[11]，也有研究者比较了转基因水稻和常规水稻根际细菌类群的数量和组成，发现轉基因水稻的根际土壤细菌数量少于非转基因水稻，同时发现2个品种水稻土壤微生物群落结构不同[12]。根际土壤微生物是转基因作物环境安全评价的重要指标之一，其群落丰度、组成易受根际微环境和水稻生长影响。但在Cd胁迫下，转基因水稻对根际土壤微生物的研究尚未见报道。 本研究以转基因水稻华恢1号（HH1）及其亲本非转基因水稻明恢63（MH63）为研究对象，研究不同Cd浓度胁迫下转基因水稻对根际土壤微生物的影响，为Cd污染地区水稻生长及环境安全评价提供理论依据。 1 材料与方法 1.1 供试土壤与水稻种子 供试土壤为南京师范大学仙林校区（118°55′E、32°06′N）内未经人为干扰的自然生态系统土壤，去除表面植被、落叶及颗粒物后，采集0～15 cm深度土壤，室内自然风干后研磨过筛（2 mm），混匀后备用。土壤基本理化性质如下：pH值为7.77，总氮含量为0.41 g/kg，总有机碳含量为2.7 g/kg，有机质含量为4.65 g/kg，速效磷含量为3.53 mg/kg，铵态氮含量为0.28 mg/kg，该土壤中未检测到Cd等重金属污染。供试水稻为抗虫转基因水稻华恢1号（HH1）及其非转基因亲本水稻明恢63（MH63），水稻种子由华中农业