转BADH基因玉米秸秆降解对土壤化学性质及微生物的影响

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:yuyu198995
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转甜菜碱醛脱氢酶(Betaine Aldehyde Dehydrogenase,BADH)基因玉米是具有抵御干旱、高盐和高渗透压等非生物胁迫功能的转基因作物,可有效应对土壤盐渍化造成的作物品质下降及减产等问题,但是随着转BADH基因玉米的大面积种植,玉米秸秆残体在土壤中的降解过程及其对土壤生态系统的影响和潜在的生态风险尚未进行研究。本研究选用了4种玉米秸秆,分别为中性土壤种植的转BADH基因玉米BZ-136的秸秆(NB)和非转基因玉米Zheng58的秸秆(NZ)以及盐碱土壤种植的转BADH基因玉米BZ-136的秸秆(AB)和非转基因玉米Zheng58的秸秆(AZ),将NB和NZ埋于中性土壤中进行降解试验后获得土壤样本SNB和SNZ,AB和AZ埋于盐碱土壤中进行降解试验后获得土壤样本SAB和SAZ。随后对秸秆的基本性质和降解速率、土壤化学性质、土壤酶活性、微生物活性及细菌和真菌群落组成进行测试和分析,分别用PICRUSt和FUNGuild对细菌和真菌的基因组进行功能预测,主要研究结果如下:(1)转BADH基因玉米秸秆与非转基因玉米秸秆基本性质的比较转BADH基因玉米秸秆AB降解速率在前期显著高于非转基因玉米秸秆(p<0.05),但是纤维素分解量与非转基因玉米秸秆没有明显差异。不同土壤中转基因玉米秸秆的碳分解速率在前期都大于非转基因玉米秸秆(p<0.05),秸秆AB的氮分解速率也显著高于秸秆AZ(p<0.05),不同秸秆的磷和钾的分解速率没有差异。无论是收获自中性土壤还是盐碱土壤的转基因玉米秸秆中甜菜碱(GB)含量都高于非转基因玉米秸秆(p<0.05),且随着时间延长呈下降趋势,最终不同玉米秸秆间GB含量的差异消失。(2)转BADH基因玉米秸秆降解对土壤化学性质的影响与非转基因玉米秸秆相比,转BADH基因玉米秸秆的降解会使土壤p H和电导率小幅下降,但是这些影响并不显著。转基因玉米秸秆不会引起土壤有机碳、全氮、速效钾和缓效钾的含量发生明显变化,但是会在降解前期使土壤碱解氮、全磷和速效磷的含量分别提高9.93mg·kg-1-14.68 mg·kg-1、0.09 g·kg-1-0.14 g·kg-1和8.02 mg·kg-1-11.58 mg·kg-1(p<0.05)。(3)转BADH基因玉米秸秆降解对土壤酶活性的影响在含转BADH基因玉米秸秆的土壤中,脲酶活性在90天、120天和150天时都显著提高(p<0.05),而蔗糖酶和碱性磷酸酶活性只在前期提高(p<0.05),纤维素酶的活性有所提高但不显著(p>0.05),蛋白酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶和中性磷酸酶的活性变化不明显。(4)转BADH基因玉米秸秆降解对土壤微生物活性的影响在转BADH基因玉米秸秆降解前期,土壤微生物量碳显著提高(p<0.05),秸秆AB还会提高微生物量氮(p<0.05)。SNB和SAB的细菌数量在30天时达到峰值,分别为5.06×107CFU·g-1和4.47×107 CFU·g-1,而后缓慢下降,在30天和60天时分别显著高于SNZ和SAZ(p<0.05)。转基因玉米秸秆处理的土壤的真菌数量变化呈先上升再缓慢下降的趋势,在前期有所提高,但是仅在90天时SAB与SAZ之间的真菌数量才存在显著差异(p<0.05)。好氧纤维素分解菌数量也有所增加但不显著(p>0.05)。(5)转BADH基因玉米秸秆降解对土壤细菌群落的影响转BADH基因玉米秸秆的降解会提高某些时期土壤细菌群落的OTUs数目,对Shannon和Chao1指数没有影响。在60天时,SNB和SAB中Proteobacteria门相对丰度分别提高了4.29%和2.96%(p<0.05),SAB中Limnobacter属和Lysobacter属相对丰度比SAZ高0.011%和3.61%(p<0.05),在90天时,前者的Bacillus属的相对丰度高于后者(p<0.05),但是主坐标分析(PCo A)结果显示不同秸秆处理的土壤的细菌群落组成在整体上是不存在明显差异的。PICRUSt分析表明SNB与SNZ中的细菌代谢功能在整个降解时期不存在明显差异,而SAB与SAZ在120天时差异显著(p<0.05)。(6)转BADH基因玉米秸秆降解对土壤真菌群落的影响转BADH基因玉米秸秆AB降解60天时,土壤真菌群落OTUs数目和Chao1指数分别显著提高127和145(p<0.05),180天时Shannon指数显著提高1.31(p<0.05)。所有处理土壤中真菌群落组成在门水平上总体相似,而在属水平上Mortierella、Bullera和Cyphellophora、Truncatella和Sebacina的相对丰度分别在30、60和90天时出现变化(p<0.05)。FUNGuild结果显示含转基因玉米秸秆土壤真菌的Endophyte-Litter Saprotroph-Soil Saprotroph-Undefined Saprotroph guild的相对丰度在30天时增加了0.63%(p<0.05),Plant Pathogen guild的相对丰度在60天时增加了11.68%(p<0.05),Ectomycorrhizal guild的相对丰度在120天时降低了0.13%(p<0.05),这些变化都是暂时的。
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