近地层臭氧（O3）浓度的快速上升给世界范围包括水稻(Oryza sativa L.)在内的农作物造成了严重损失。“Bt汕优63”是我国农业部2009年依法批准发放生产应用安全证书的一个转基因抗虫水稻品种，研究其在未来O3浓度升高条件下的形态结构、生理生化特性响应以及由此而波及的环境微生物的变化，对于评估我国近地表O3浓度快速增长前景下的转基因水稻生态风险具有重要的现实意义和应用价值。本研究利用中日合建的O3-FACE试验平台，模拟2030年前后我国东部近地表O3浓度，在盆栽条件下研究了抽穗期、灌浆后期和成熟期转Bt基因水稻Bt汕优63(Bt-SY63)及亲本常规水稻汕优63(SY63)的叶片表面和内部超微结构在臭氧浓度升高下（Elevated O3）和自然条件下(Ambinet O3)的变化；分蘖期、抽穗期和灌浆后期叶、茎和根各组织中的可溶性蛋白含量和可溶性总糖含量对O3浓度升高的响应；根际表层土壤（0～15cm）和叶表面可培养微生物数量、土壤总细菌数量、细菌群落结构多样性（土壤和叶面）、微生物群落代谢功能多样性(土壤和叶面)在Elevated O3和Ambinet O3下的的变化，分析了O3浓度升高下的Bt-SY63叶片中Bt基因的mRNA表达、Bt蛋白表达水平上的变化及其两者之间的相关性。主要研究结果如下：（一）Bt-SY63及SY63水稻组织生理对臭氧浓度升高的响应研究结果表明，综合Ambient和O3升高两种臭氧条件Bt-SY63水稻叶片长度和叶面积比SY63小，叶肉细胞壁厚度比SY63薄。与Ambient下相比，O3浓度升高下Bt-SY63水稻叶厚度增加，而SY63水稻叶厚度减小。O3浓度升高没有使Bt-SY63和SY63水稻叶片的长度、宽度、面积、气孔长度、气孔密度、叶肉细胞壁厚度发生显著变化。水稻叶片叶绿体超微结构的变化表明，O3浓度升高加速了两基因型水稻的衰老；对于臭氧胁迫的响应而言，Bt-SY63比SY63更敏感，受到的胁迫损伤更大。与Ambient下相比，O3浓度升高显著地增加了可溶性蛋白在Bt-SY63茎和根中的分配，而没有使其叶片中的可溶性蛋白含量显著增加。O3胁迫下的SY63叶、茎和根中可溶性蛋白含量没有显著变化。O3浓度升高对两基因型水稻叶、茎和根中的可溶性总糖含量均没有产生显著影响。（二）臭氧浓度升高下Bt-SY63水稻Bt基因的转录和蛋白表达酶联免疫吸附ELISA的检测结果表明，2010年，与Ambient下相比，O3浓度升高下的Bt-SY63根和茎中的Bt蛋白含量显著增加，而叶中的Bt蛋白含量无显著变化。随O3暴露时间的延长，Bt蛋白含量的增加在Bt-SY63水稻生长的中后期达到显著水平。2011年，与Ambient下相比，O3浓度升高下的Bt-SY63叶、茎和根中的Bt蛋白含量均无显著变化。实时荧光定量PCR（Real-time PCR）检测结果表明，与Ambient下相比，2011年O3浓度升高下的Bt-SY63叶片中Bt基因的mRNA的相对表达量没有显著差异，与同期叶片中Bt蛋白表达量变化结果一致。（三）臭氧浓度升高对Bt-SY63及SY63水稻土壤微生物群落数量和多样性的影响与Ambient下相比，O3浓度升高下的Bt-SY63水稻土壤中可培养好氧细菌数量和放线菌数量显著增加，真菌和厌氧细菌数量没有显著变化，而SY63水稻土壤中可培养好氧细菌数量显著降低，真菌、厌氧细菌数量和放线菌数量没有显著变化。Real-time PCR研究表明，与Ambient下相比，O3浓度升高下的Bt-SY63水稻土壤总细菌数量显著增加，而SY63水稻土壤总细菌数量无显著变化。PCR-DGGE研究结果显示，与Ambient下相比，O3处理条件下的Bt-SY63土壤细菌群落结构多样性指数中的丰富度、均匀度在分蘖期显著增加，在抽穗期和灌浆后期均显著下降，而各期两种臭氧浓度间的优势度差异均不显著。O3处理条件下的SY63土壤细菌群落结构的各个多样性指数变化与Bt-SY63相同，变化幅度小于Bt-SY63。土壤细菌DGGE图谱的聚类分析表明O3浓度升高影响了Bt-SY63和SY63（在中后期）两基因型水稻土壤细菌群落结构的区系组成。对DGGE图谱上的特异性条带进行序列比对后发现，与Ambient下相比，O3浓度升高下的Bt-SY63水稻土壤中出现了拟杆菌目、螺杆菌目、疣微菌门及酸杆菌门等新的细菌类群。（四）臭氧浓度升高对Bt-SY63及SY63水稻土壤微生物群落功能多样性的影响采用Biolog ECO平板测定了水稻土壤微生物群落代谢特征，结果表明，与Ambient下相比，近地层O3浓度持续升高下的Bt-SY63和SY63两基因型水稻土壤微生物总体活性有下降的趋势，但差异不显著，两基因型水稻土壤微生物群落代谢功能多样性指数也没有发生显著变化。Bt-SY63稻田土壤微生物群落碳源基质的利用由Ambient下对糖类及其衍生物具有较强的利用能力转向臭氧浓度升高下对代谢中产物和次生代谢物具有较强的利用能力，SY63灌浆后期的稻田土壤微生物群落碳源基质的利用由Ambient下对氨基酸及其衍生物、代谢中产物和次生代谢物以及脂肪酸和脂类等碳源具有相对高的利用能力转向对糖类及其衍生物具有较强的利用能力。（五）臭氧浓度升高对Bt-SY63及SY63水稻叶面微生物群落数量和多样性的影响O3浓度升高下，2010年SY63水稻叶面可培养细菌数量与Ambient下相比显著增加，而2011年两者间没有显著差异。2010年和2011年O3浓度升高下的Bt-SY63水稻叶面可培养细菌数量与Ambient下相比差异均不显著。与各自的Ambient下相比，O3浓度升高下的Bt-SY63和SY63两基因型水稻的叶面可培养真菌、放线菌数量均没有发生显著变化。PCR-DGGE图谱的聚类分析表明，与各自的Ambient下相比，O3浓度升高下的Bt-SY63和SY63两基因型水稻叶面细菌群落结构在水稻生长中后期无显著差异；相比O3浓度升高，生长期不同是引起两基因型水稻叶面细菌群落结构变化的主要原因。（六）臭氧浓度升高对Bt-SY63及SY63水稻叶面微生物群落功能多样性的影响采用Biolog ECO平板测定了水稻叶面微生物群落代谢特征，结果表明，与Ambient下相比，O3浓度升高下的Bt-SY63和SY63两基因型水稻叶面微生物群落碳源利用活性升高，而且在大多数时间里是在灌浆后期差异达显著，O3浓度升高对两基因型水稻碳源基质利用方式的影响大多数时间也是在每年的生长后期达到了显著水平，而且不同年份不同生长期碳源基质利用的种类不同。研究结果还表明，与各自的Ambient下相比，O3浓度升高下的两基因型水稻叶面微生物群落功能多样性指数没有显著差异。综上所述，在叶片表面结构、超微结构、可溶性蛋白含量、土壤和叶面可培养微生物数量、包括不可培养在内的土壤细菌总数量、土壤和叶面微生物群落结构及群落功能多样性等指标对O3浓度升高的响应方面，转Bt水稻Bt-SY63和亲本常规水稻SY63存在着不同程度的差异，这些差异预示着在未来O3浓度快速上升的气候条件下转基因水稻可能面临着与常规水稻不同的环境风险。