利用根箱法解析转双价(Bt+CpTI)基因棉花对土壤微生物数量及细菌多样性的影响

利用根箱法对棉花根部土壤进行分区采集,并采用传统平板培养和DGGE克隆测序技术相结合的方法,对转双价基因棉和常规棉3个生长时期(播种后40 d、50 d和60 d)不同根区土壤细菌、放线菌和真菌数量及细菌多样性进行对比分析。平板培养结果表明,与常规棉相比,转双价基因棉S1根区土壤细菌、放线菌的数量显著降低,而S2根区土壤细菌、放线菌、真菌和S3根区土壤细菌、真菌的数量显著增加(P<0.05);DGGE图谱分析表明,在棉花生长的3个时期内,转双价基因棉和常规棉根区土壤细菌多样性指数、均匀度和条带数均无显著差异(P>0.05),2种棉花处理间有着很强的相似性,不受转双价基因棉种植的影响。转双价基因棉种植仅改变了根区土壤可培养微生物数量,对细菌多样性无显著影响。

种植转双价基因(Bt＋CpTI)棉对主要土壤养分和酶活性的影响

采用灭菌盆栽试验,以转双价棉品种sGK321及其亲本常规棉品种石远321为研究对象,对4个生长时期(苗期、蕾期、花铃期、吐絮期)根际土壤养分(全氮、全磷、速效磷和有机质)含量及某些酶(脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶)活性变化进行了对比分析。结果表明,在观测期间,与同源常规棉相比,转双价棉根际土壤全磷含量和速效磷含量在同一时期均无显著差异,不同生育期差异明显,根际土壤全氮含量、有机质含量、酶活性在一些时期则明显不同,其变化随棉花品种、生育期不同而不同。转双价棉蕾期根际土壤全氮含量和苗期根际土壤过氧化氢酶活性以及苗期、蕾期的碱性磷酸酶活性显著高于常规棉(P<0.05),而蕾期根际土壤有机质含量、根际土壤过氧化氢酶活性和苗期、花铃期根际土壤脲酶活性以及苗期碱性磷酸酶活性则显著低于常规棉(P<0.05)。聚类分析表明,土壤养分和酶活性变化主要受生长时期的影响,转双价棉种植对其影响是非常有限的。

转基因抗虫棉花重组DNA在土壤中分布的实时定量PCR分析

根据转基因抗虫棉花35S启动子与Cry1A(c)基因以及35S启动子与nptⅡ基因之间的构建特异性序列分别设计引物和探针,建立荧光定量PCR检测方法,并对采集于3个生长时期(播种后40、50d和60d)的不同根区(根表、根际和非根际)土壤中35S-Cry1A和35S-nptⅡ片段进行定量分析。结果表明,所建立的荧光定量PCR方法最低能够检测到10个拷贝数的外源重组DNA片段,定量标准曲线相关系数均达到0.998以上,具有很好的重复性。实时定量PCR分析表明,同一生长时期不同根区土壤中35S-Cry1A和35S-nptⅡ片段拷贝数变化情况均为根表土>根际土>非根际土,即转基因抗虫棉花重组DNA片段主要分布于根表土壤中,其次为根际土壤和非根际土壤。在60d生长期内,土壤中35S-Cry1A和35S-nptⅡ片段的拷贝数随生长时期的推进均呈现上升趋势,其分布范围逐渐扩大。土壤中35S-nptⅡ片段拷贝数均高于同一生长时期相应根区中35S-Cry1A片段的拷贝数。转基因抗虫棉花对环境可能存在潜在影响。

中国粮食作物秸秆焚烧释放碳量的估算

生物质燃烧对全球大气环境和气候系统会产生重要的影响,根据1999—2008年中国的粮食产量、谷草比,估算了主要粮食作物的秸秆产量,结合秸秆露天焚烧比例计算了中国1999—2008年主要粮食作物秸秆露天焚烧量,进一步依据相关排放因子得出CO和CO2的排放量及碳排放总量。结果发现,中国主要粮食作物年平均秸秆产量达到4.9×108t,粮食秸秆露天焚烧量平均为0.94×108t,约占粮食作物秸秆总量的19,其中稻谷秸秆露天焚烧量占到粮食秸秆露天焚烧量的43.1;粮食作物秸秆露天焚烧排放的CO和CO2总量平均每年分别为9.19×106t和1.07×108t;排放的总碳量平均每年为3.32×107t,其中稻谷、小麦、玉米、豆类秸秆露天焚烧释放的总碳量分别为9.88×106、9.93×106、11.14×106、2.22×106t。

转双价(Bt＋CpTI)棉种植对土壤速效养分和酶活性的影响

本研究利用三室根箱对棉花根部土壤进行分区采集,以转双价棉SGK321及其亲本常规棉石远321为研究对象,对3个生长时期(播种后40、50 d和60 d)不同根区(S1、S2和S3)土壤速效养分(硝态氮、铵态氮和速效磷)含量及酶(脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶)活性变化进行了对比分析。研究结果表明,与常规棉相比,转双价棉的种植促进了S2根区土壤中磷素向有效态的转化,使S2和S3根区土壤硝态氮含量下降,而对各根区土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性及土壤铵态氮无显著影响。主成分分析结果表明,土壤速效养分和酶活性变化主要受生长时期的影响,转双价棉种植对其影响是非常有限的。

不同耕作方式对玉米田土壤有机碳含量的影响

在华北夏玉米生产体系中,采用田间试验,研究了撂荒、翻耕、免耕和旋耕4种耕作方式下,玉米4个生育期（苗期、拔节期、灌浆期、成熟期）耕层（0~20 cm）土壤总有机碳质量分数、活性有机碳质量分数和碳库管理指数的变化。结果表明：在观测期间,玉米不同生育期（0~20 cm）土层有机碳质量分数和活性有机碳质量分数均呈明显的动态变化,就3种耕作方式来讲,土壤总有机碳和活性有机碳均表现为免耕最高,翻耕和旋耕次之;成熟期免耕、旋耕、翻耕3种处理的土壤碳库管理指数比撂荒分别提高了47.38%、30.43%、27.00%;土壤活性有机碳与总有机碳、碳库管理指数均存在显著相关关系,玉米产量与土壤总有机碳质量分数存在显著相关性,与土壤活性有机碳质量分数和土壤碳库管理指数无明显相关性。综合考虑以上因素,免耕有利于提高土壤有机碳质量分数和土壤碳库管理指数,改善土壤质量,提高土壤肥力。

肥料配施方式对棉花根际土壤酶活性和养分含量的影响

在田间试验条件下,以转双价(Bt+CpTI)基因抗虫棉sGK321及其亲本常规棉石远321为研究对象,设置了6个不同的施肥处理,比较分析转双价(Bt+CpTI)基因抗虫棉和非转基因亲本棉根际土壤酶活性(脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶)及速效养分(硝态氮、铵态氮和速效磷)的变化,探讨不同施肥处理对转双价(Bt+CpTI)基因抗虫棉根际土壤酶活性及养分含量的影响。结果表明,在棉花种植120 d时,与亲本常规棉相比,转双价(Bt+CpTI)基因抗虫棉根际土壤酶(脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶)活性在100%有机肥试验条件下均显著高于亲本常规棉。而在土壤硝态氮含量上,转双价(Bt+CpTI)基因抗虫棉与亲本常规棉之间的差异随着有机肥配施量的增加而减小;除了对照和50%的有机肥、50%的尿素试验条件外,其他处理转双价(Bt+CpTI)基因抗虫棉与亲本常规棉相比,根际土壤铵态氮含量无显著差异。

供氮水平和有机无机配施对麦田土壤氨挥发的影响

[目的]从提高肥料利用率出发,研究不同施氮量与不同配施方式下冬小麦田土壤氨挥发特征。[方法]采用田间通气法,于2006～2007年进行大田试验。设置4个施氮水平,每个施氮水平下再设4个有机无机肥料组合,研究不同施氮量与不同配施方式下基肥、追肥施用对华北地区冬小麦田土壤氨挥发的影响。[结果]土壤氨挥发速率、氨挥发累积量随施氮量的增大而增大;在施氮量相同的情况下,与单施有机肥或单施无机肥相比,有机无机肥料配施能够降低土壤的氨挥发损失量。基肥、追肥施肥后土壤的累计氨挥发量在5.354～8.916 kg/hm2,氨挥发损失率在1.824%～6.119%,追肥土壤的氨挥发损失量占累计氨挥发损失总量的97%以上。[结论]麦田土壤的氨挥发损失主要来自于追肥。

2种替代植物对黄顶菊入侵土壤养分及酶活性的影响

在田间条件下,采用替代试验对比研究了2种一年生草本植物——灰绿藜、反枝苋与入侵我国华北地区的1种外来植物黄顶菊根区之间土壤养分和酶活性变化。结果表明:(1)黄顶菊单独种植根区土壤铵态氮、硝态氮和有机质含量均显著高于替代组合黄顶菊和灰绿藜混种、黄顶菊和反枝苋混种群落,显著高于单种灰绿藜、反枝苋。土壤磷素养分呈现与氮素养分含量相反的趋势,即单种本地替代植物——灰绿藜、反枝苋和混合替代处理高于单种黄顶菊,且差异显著。(2)黄顶菊单独种植根区土壤脲酶活性与黄顶菊和灰绿藜混种、黄顶菊和反枝苋混种群落无显著差异,但显著高于灰绿藜、反枝苋单种。黄顶菊单种根区土壤碱性磷酸酶活性显著高于灰绿藜、反枝苋单种和混合替代处理。各处理根区多酚氧化酶活性无显著变化。说明替代植物灰绿藜、反枝苋对土壤氮素力和土壤酶活性利用能力低于黄顶菊,而且在种间竞争中不能够抑制黄顶菊对土壤有效磷的活化,不利于实现对其替代控制。

转双价基因抗虫棉对土壤微生物群落多样性的影响

采用Biolog技术,研究了不同生育期(30、60、90和120d)转双价(Bt+CpTI)基因抗虫棉SGK321及其亲本非转基因常规棉石远321根际土壤微生物群落多样性变化。结果表明,反映土壤微生物活性的平均颜色变化率(AWCD)呈现出以下变化规律:与亲本常规棉相比,整个培育过程中转双价基因抗虫棉AWCD值除30d显著高于亲本常规棉(P<0.05),其他3个时期均显著低于亲本常规棉(P<0.05)。两种棉花根际土壤微生物群落丰富度指数和优势度指数随棉花生育期的不同而有所不同,4个时期转双价基因抗虫棉均匀度指数与亲本常规棉无显著差异。主成分分析结果表明,转双价基因抗虫棉30d、亲本常规棉60、120d土壤微生物群落碳源利用方式相似,转双价基因抗虫棉60、90、120d与亲本常规棉30d土壤微生物群落碳源利用方式相似。土壤微生物利用的主要碳源为糖类、氨基酸类、羧酸类和聚合物。

转Bt基因玉米对根际土壤细菌群落结构的影响

利用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术及扩增产物序列分析方法研究了转Bt基因玉米对根际土壤细菌群落结构及系统发育的影响。结果表明:转基因玉米与其非转基因亲本根际共有的土壤细菌分别隶属于变形菌门、疣微菌门、放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门、芽单胞菌门和酸杆菌门。其中,变形菌门为主要优势类群,占43.5%。不同生育时期转基因玉米与其非转基因亲本根际土壤细菌群落结构相似度高,差异条带少。土壤细菌16S rDNA DGGE图谱的数字化结果与土壤养分指标的典范对应分析显示,转基因玉米与其非转基因亲本根际土壤中全氮、全磷和速效氮的含量与土壤细菌群落结构密切相关。主成分分析的结果表明,转基因玉米与非转基因亲本根际土壤速效养分和细菌群落组成相似性高。综上所述,种植转Bt基因玉米1年对玉米根际土壤细菌群落结构无明显影响。

利用根箱法解析转基因抗虫棉花重组DNA在土壤中的分布

利用根箱法对转基因抗虫棉花根部土壤进行分区采集,并采用新建立的土壤中转基因抗虫棉花重组DNA的半定量PCR检测方法对转基因抗虫棉花3个生长时期(播种后40、50和60d)不同根区土壤中内参磷酸果糖激酶(PFK)基因片段、35S-Cry1A构建特异性片段和35S-NPTII构建特异性片段进行分析,探索转基因抗虫棉花重组DNA在土壤中的分布特点。结果表明:播种后第40天、第50天的全部根表、根际及1个非根际土壤样品中检测到磷酸果糖激酶基因片段,第60天的全部土壤样品中检测到磷酸果糖激酶基因片段;第40天、第50天各有2个根表和1个根际土壤样品中检测到35S-Cry1A构建特异性片段,而非根际土壤样品中未检测到35S-Cry1A构建特异性片段,第60天的全部根表、根际及1个非根际土壤样品中检测到35S-Cry1A构建特异性片段,35S-Cry1A构建特异性片段相对量变化与磷酸果糖激酶基因片段基本一致;第40天、第50天和第60天全部根表土壤样品和第60天全部根际土壤样品中检测到35S-NPTII构建特异性片段,而在其他土壤样品中各有2个检测到35S-NPTII构建特异性片段,35S-NPTII构建特异性片段相对量变化与35S-Cry1A构建特异性片段基本一致;35S-Cry1A和35S-NPTII构建特异性片段与内参磷酸果糖激酶基因片段在土壤中的分布特点相似,主要分布在根表和根际土壤中,并随着棉花生长期的推进分布范围逐渐扩大。

不同生育期转双价(Bt+CpTI)基因抗虫棉根际土壤酶活性和养分含量变化

田间试验条件下,以转双价(Bt+CpTI)基因棉SGK321及其非转基因亲本常规棉石远321为研究对象,比较分析不同生育期(30、60、90、120d)转双价基因棉和亲本棉根际土壤酶活性(脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶)及速效养分(硝态氮、铵态氮和速效磷)的变化。结果表明,转双价基因棉根际土壤硝态氮、铵态氮和速效磷含量变化趋势与其亲本常规棉基本一致,但各养分的具体变化幅度因生育期不同而异。播种后30、60、120d转双价基因棉和亲本常规棉根际土壤碱性磷酸酶活性无显著差异;土壤脲酶和过氧化氢酶活性随棉花生育进程其变化趋势虽各不相同,但同一生育期转双价基因棉与亲本常规棉根际土壤脲酶和过氧化氢酶活性均无显著差异。表明,土壤酶活性和速效养分含量受转双价基因棉的影响较小,其变化主要受生育期的影响。

三种牧草植物对黄顶菊田间替代控制

在田间条件下,采用替代试验对比研究了3种1年生牧草——高丹草、紫花苜蓿和欧洲菊苣与入侵我国华北地区的一种外来植物黄顶菊之间的相对竞争表现;通过设置不同牧草与黄顶菊组合的替代比例(牧草与黄顶菊分别单种及1∶1、1.5∶1和2∶1比例混种),建立了3种牧草与黄顶菊的田间替代试验区。结果表明:随着3种牧草替代比例的增加,其盖度也逐渐上升,均对黄顶菊表现不同程度的抑制,其中高丹草出苗较黄顶菊更早且具有更强的遮阴能力,在各混种替代组合中完全抑制了黄顶菊生长,抑制率达100%;紫花苜蓿和欧洲菊苣与黄顶菊的混种种群中,黄顶菊的生物量、株高等均极显著低于对照,且在中等替代比例(1.5∶1)下对黄顶菊的抑制效果为最佳,抑制率分别为87.7%和96.2%;在与3种牧草竞争的条件下,黄顶菊相对产量均显著<1.0,表明黄顶菊种间竞争显著小于种内竞争,使该外来种生长受到有效抑制。在黄顶菊已入侵和易于入侵的生境建立牧草替代种群是进行生态重建和保持当地生物多样性的有效手段。

转双价棉丛枝菌根真菌侵染率与植株养分含量变化的研究

通过灭菌盆栽接种试验,研究接种丛枝菌根真菌Glomus caledonium对转双价(Bt+CpTI)棉和常规棉石远321的侵染率和植株养分含量的影响。结果表明,在观测期间,转双价棉与同源常规棉之间根系丛枝菌根真菌侵染率在同一时期均无显著差异,但植株氮、磷养分含量在一些时期明显不同,其变化随棉花品种、生育期不同而不同。转双价棉苗期根系全氮和蕾期、吐絮期地上部全磷以及苗期、蕾期和花铃期根系全磷含量显著高于常规棉(P<0.05),而蕾期地上部全氮和吐絮期根系全氮显著低于常规棉(P<0.05)。聚类分析表明,丛枝菌根真菌侵染率和植株养分含量变化主要受生长时期的影响,转双价棉种植对其影响是非常有限的。