导语：抗虫耐除草剂转基因玉米种植

抗虫耐除草剂转基因玉米种植可以吗

文/纵观人间事

编辑/纵观人间事

前言

复合性状转基因作物含有多个异源基因，这些异源基因之间或它们与原来的植株基因之间可能会存在关联、非关联和代谢等效应。

这些效应会使蛋白的表达水平发生变化，从而对机体造成不良的影响，从而增加了复合性状转基因作物对农田生态系统的潜在风险。

姜伟丽等人的前期工作表明，在抗虫基因型的棉田中，刺吸昆虫的数目明显少于Bt型的棉田。

在转基因植物的发育进程中，其外源基因的表达量以植物的残体及根的分泌形式存在于土壤中。

随着植株的全生长期的延长，其所产生的外源基因的表达物质会与根际土发生直接的作用，进而通过与粘土颗粒、腐殖质和无机复合物等的相互作用，在不同的条件下，对土壤中的微生物种群产生重要的作用。

江帆等研究发现，抗虫耐除草剂转基因玉米雄穗的CP4EPSPS蛋白表达量，比耐除草剂玉米显著高31.6%。

且在抗虫性的玉米中，Cry1Ac的表达量没有明显变化，很明显，基因改造农作物的发展会给土地的生态环境带来一定的冲击。

土壤总DNA提取及微生物丰度测定

在对受试的泥土进行填装之前，要使用风干、粉碎、机械研磨和机械混合的方法来保证泥土的均匀性。

并且使用四分法抽取4个泥土，对其进行基本的物理化学特性测定，并将其储存在-20℃的环境中。

测定了不同类型的土样在不同条件下的理化性质、微生物活性和菌落总数，其变化率在0.3%-4.8%之间，说明不同类型的土样均具有良好的均匀性。

按照w（土）:V（水）=1∶2.5的比例对土壤pH进行摇动并保持静止，然后进行测量；用小苏打浸提-钼锑抗光谱方法检测了土壤中的速效磷素。

用醋酸铵-AAS方法检测了土壤有效钾的含量；用凯氏蒸煮方法进行了土壤总N的测定；利用TOC自动分析仪对不同类型的土壤进行了测试。

以新鲜土样0.5g为单位，用盒子法进行DNA的测定。用NanoDrop2000光谱仪检测其含量及纯度，并在-80℃下贮存，以待测量。

同时，通过对不同种类的微生物进行16SrRNA和ITS的分析，揭示不同种类微生物多样性的影响。

试验利用515F/926R、ITS1F/ITS2R技术，获得了细菌16SrRNA的V4+V5区域、真菌ITS1区域，并由广东美格生物技术股份有限公司进行了高通量的序列测定。

采用类群、Chao1、Shannon指数等指标来描述其alpha型多样性。通过Bray-Curtis距离及多元统计的主坐标分析，对各样本的菌群组成进行了对比。

本项目选择了在门属水平上，相对丰度在1%以上的微生物和真菌，进行了群落结构研究。

利用SPSS18.0对土壤理化性质、微生物活性、丰度及群落结构等指标进行了统计分析，并对土壤理化性质、微生物活性及群落结构等指标进行了研究。

通过二因子变异数分析，探讨了不同种类和不同生长阶段的转基因作物，对不同土壤理化性质和微生物群落活性的影响。

对不同类型和不同生长阶段的不同菌株进行了t检验，并对不同菌株间菌群结构进行了比较。

抗虫耐除草剂转基因玉米对根际土壤的影响

单因子变异数分析结果表明，在不同的根际土壤中，淀粉酶活性、细菌16SrRNA及霉菌ITS的含量没有明显的变化。

二因子方差分析结果表明，在不同的生长阶段对细菌16SrRNA基因的丰度有明显的影响，而FDA水解酶活力和真菌ITS基因的丰度则没有明显的变化（表1）。

其中，各门级的有效种群数目为27-29，各属级的有效种群数目为251-264。

单因素方差分析显示，CK处理S1时期细菌群落门、属水平上的数量均显著高于GM处理S2时期。

在GM的作用下，S1期的香农系数明显大于对照S2期，不同处理的菌群中的有机碳含量没有明显的变化。

单因子变异数分析结果表明，在不同的处理下，不同种类和不同的类群中，菌根的种类数量、菌根的Chao_1和Shannon的数量、菌根的种类和数量没有明显的变化。

二因子方差分析结果表明，在不同的品种或不同的生长阶段，真菌群落在不同的门级和属级上的数量、Chao1指数和Shannon指数都不存在明显的差异（表2）。

在图1（a）中示出了菌群PCoA的分析。

结果表明第1个主坐标解释率为55.27%，第2个主坐标解释率为13.59%；

按第1个主坐标顺序将样本分为两个群体，在GM处理S1和CK处理S1时期各群体。

两个群体的Bray-Curtis相似性系数为0.178、0.180，表明两个群体之间的种群组成基本一致。

在图1（b）中示出了真菌群落的PCoA，一共获得了12个门水平上相对丰度超过1%的细菌类群，其中包括了奇古菌门、变形菌门、放线菌门、拟杆菌门和酸杆菌门这5个主要的菌群(图2)，它们在整个菌群中所占据的比例超过了80%。

在所有种类中，以奇古菌为多，其数量约为13.9%-44.6%。其次为变型菌，在整个微生物种群中所占比例为17.9%-31.0%。

二因子变异数分析结果表明，不同的品种和不同的生长阶段对不同的放线菌种类影响有较大的差异。

其中，奇古菌门、变形菌门和酸杆菌门在不同的生长期下表现出明显的相互独立作用。

在3个门级的分类体系中，分离到了约1%以上的菌种，在所有的菌种中，子囊菌种的数量在38%-73%之间。

二因子变异数分析结果表明，不同的品种和不同的生长阶段对子囊菌门和担子菌门的影响不明显，接合体的形成受到不同种类、不同生长阶段等因素的交互作用。

在细菌属水平上选择了相对丰度超过1%，并且变化量绝对值之和位于前10位的物种，来进行独立样本检验分析（表3）。

表3表明，与对照相比，在S1期GM的作用下，假丝酵母菌的相对丰度明显减少了0.98%；与对照相比，在S2期，假丝酵母菌的丰度在GM的作用下明显下降了6.02%。

在这些真菌中，Marmoricola的丰度差异最为显著，GM的S1、S2较对照提高了1.46%、1.03%，但GM的作用机制尚不清楚。

与S1相比，CK胁迫S2阶段CandidatusNitrocosmicus和CandidatusNitrososphaera的丰度较S1阶段明显增加20.76%和6.09%。

但CK胁迫S2阶段MND1、Sphingomonas和Flavisolibacter的丰度较S1阶段明显降低。

与S1相比，GM的S2阶段，根瘤菌的Nitrocosmicus和Nitrososphaera的丰度明显增加了23.33%和1.05%，而在S2阶段MND1和Ramlibacter的丰度则明显降低。

在各属级中，选择了各类群中的相对丰度在1%以上的种类作为独立样本进行了t检验。

抗虫耐除草剂转基因玉米对根际土壤微生物的影响

食品中的淀粉水解酶是一个非常有价值的生物标志物，它可以很好的反应土壤中的微生物的活动情况。

试验者在前期工作中，通过对转基因玉米进行遗传转化，发现其根际土的物理化学特性及蛋白酶活力没有明显变化，但成熟期根际土的可溶性C及总N的浓度明显升高（图1）。

孙彩霞等人在短时期内对Bt基因转入的水稻和棉田进行了试验，并发现转基因植株对土壤全碳、全氮和有效P的变化不明显，本项目申请人的前期工作也取得了类似的成果。

景小鹏等人的前期工作表明，转入Bt基因的玉米对根际土中的总N没有明显的影响，而对根际土中的其它物理化学特性产生了明显的变化。

作者通过对田间试验结果的分析，提出了不同施肥方式对不同生长阶段根系周围可溶性C、N的影响。

作为最大的微生物类群，其数量最多可达到90%，在土壤环境中发挥着重要的功能。

作物品种、植株生长阶段、农艺措施等都会对植物根际菌群产生显著的影响。

前期的工作表明，在不同的生长阶段对根际微生物的数量及多样性没有明显的变化（表1）。

刘凯等人的试验结果表明，转入Bt的玉米对根际土壤细菌、氨化细菌及好氧固氮菌的数量没有明显的变化。

BARRIUSO等人研究表明，含Bt基因的玉米与其亲本根际土壤中的细菌数量没有明显的差别，且其对土壤中的细菌数量的影响不大。

GRIFFITHS等人的研究表明，Bt基因过表达的玉米会对土壤中的微生物产生一定的作用。

但这种作用会受到土壤类型以及植物生长阶段的影响，这很有可能是由于不同的玉米品种之间存在着天然的差异，作者的研究也得到了类似的结论。

申请者前期工作表明，该菌群主要由奇古菌门、变形菌门、放线菌门、拟杆菌门和酸杆菌门组成，且该菌门具有明显的抗性（图2）。

放线菌是一类普遍分布的微生物，对土壤有机质的矿化具有非常重要的影响。在作者的研究中，GM处理后的两个阶段，土壤样本中的总有机碳含量都比CK处理要高，尤其在S1阶段，更是达到了极高的程度。

通过对同一时间内各处理各属间的对比研究，发现两个阶段内，假单胞菌的丰度较对照明显降低了0.98%,6.02%。

而马氏菌的丰度较对照，则提高了1.46%,1.03%（图3)，表明它们是引起放线菌种类分化的重要原因。

本课题组前期发现，在S2阶段，不同培养条件下，根际水解液中DOC的浓度较S1明显升高，这与S2阶段两种培养方式下的放线菌门类相对丰富程度较高有关。

BARRIUSO等人在4年的时间里，对Bt转基因的玉米进行了长期的栽培，并对其进行了初步的分析。

其中，以氨氧化菌为主的奇古菌与土壤中的硝化反应关系最为紧密。

结论

随着GFP的大量使用和取代，GFP的生态安全问题日益受到人们的重视。

作者对转基因玉米进行了试验，结果表明，在植物的不同发育阶段，对植物根际的微生物群落没有明显的变化，而对细菌群落产生了不同的变化。

然而，由于转基因植物涉及到的基因类型较多，且缺乏统一的安全评价方法。

因此，转基因植物亟待开展相关的环境效应分析，以明确转基因植物的环境效应。

参考文献：

［1］刘柳，向钱，李宁，等《复合性状转基因植物安全性评价》

［2］姜伟丽，马艳，马小艳，等《转基因抗草甘膦抗虫棉对棉田冠层节肢动物群落的影响》

［3］江帆，刘凯强，张天涛，等《转基因抗虫耐除草剂(Cry1Ac+EPSPS)玉米对草甘膦耐受性研究》

［4］李孝刚，刘标，刘蔸蔸，等《转基因抗虫棉根系分泌物对棉花黄萎病菌生长的影响》