轉(zhuǎn)基因玉米對土壤酶活性的影響

范巧蘭 ，王 慧 ，李永山 ，劉 凱 ，賈崢嶸 ，郝佳麗 ，席吉龍 ，張建誠

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運(yùn)城044000；2.山西大學(xué)生物工程學(xué)院，山西太原030006）

土壤微生物是土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的動力，土壤酶參與多種土壤生化過程，其活性反映了土壤中各種生物化學(xué)過程的強(qiáng)度和方向[1]，是評價土壤肥力、土壤健康狀況的重要指標(biāo)[2-3]。因此，開展轉(zhuǎn)基因作物對土壤酶活性影響研究，對評價轉(zhuǎn)基因作物對土壤生態(tài)系統(tǒng)安全風(fēng)險具有重要意義。

Bt玉米是全球商品化程度最快的抗蟲轉(zhuǎn)基因作物之一。2017年全球種植轉(zhuǎn)基因玉米0.597億hm2，占玉米總面積的33%[4]。雖然我國轉(zhuǎn)基因玉米還沒有進(jìn)入商業(yè)化階段，但轉(zhuǎn)基因玉米的環(huán)境釋放正在進(jìn)行。轉(zhuǎn)Bt基因作物大規(guī)模商品化種植的潛在生態(tài)風(fēng)險是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的問題[5-6]。轉(zhuǎn)Bt基因玉米的長期種植與秸稈還田，可能使Bt蛋白在土壤生態(tài)系統(tǒng)中富集，影響土壤的特異生物種群、功能類群以及土壤生物多樣性和土壤生態(tài)學(xué)過程[7-9]。轉(zhuǎn)基因玉米對土壤生態(tài)環(huán)境的評價成為研究熱點(diǎn)。目前，Bt玉米對土壤生態(tài)系統(tǒng)影響的研究主要集中在對土壤微生物種類及數(shù)量的影響方面[10-20]，以及轉(zhuǎn)基因玉米對土壤酶活性的研究[21-23]。由于土壤環(huán)境和試材不一樣，結(jié)果不一致。

筆者以1個轉(zhuǎn)基因玉米品種和1個非轉(zhuǎn)基因品種為試材進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，以探討轉(zhuǎn)基因玉米不同生育期土壤酶活性的變化，為轉(zhuǎn)基因作物生態(tài)安全評價提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為轉(zhuǎn)Bt基因玉米品種P1498（Cry1Ab）與非轉(zhuǎn)基因玉米品種Non-Bt P1498。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所網(wǎng)棚中進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)3個土壤處理：轉(zhuǎn)基因Bt玉米品種P1498（Cry1Ab）土壤及其常規(guī)非轉(zhuǎn)基因玉米親本品種Non-Bt P1498土壤、空白對照（不種植任何植物）。每盆裝過篩、未種植轉(zhuǎn)基因植物的土壤7 kg，每個品種種植12盆。6月21日播種，每盆3粒種子，出苗后3片葉子定苗，每盆留1苗。在生長期內(nèi)，每14d盆子換位，定期澆水。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

于苗期8片葉子（7月）、抽穗期（8月）、成熟期（10月）取土樣。每處理隨機(jī)取3盆，每盆取3鉆頭土樣混合為1次重復(fù)。冰箱中土樣風(fēng)干后測定土壤酶活性。土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定[2]；土壤磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定[2]；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定[2]；土壤轉(zhuǎn)化酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法[2]測定。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

測定數(shù)據(jù)采用MicrosoftExcel2003和SPSS18.0進(jìn)行處理和分析，平均數(shù)比較采用LSD法進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)基因玉米對土壤脲酶活性的影響

脲酶活性的高低在一定程度上反映了土壤供氮水平的狀況。轉(zhuǎn)基因玉米對土壤脲酶活性有影響。在苗期，轉(zhuǎn)基因玉米脲酶活性比非轉(zhuǎn)基因的降低14.30%，比空白對照提高15.02%，三者之間差異顯著。在玉米抽穗期，轉(zhuǎn)基因玉米與非轉(zhuǎn)基因玉米的脲酶活性沒有差異，但與空白對照差異顯著。成熟期，轉(zhuǎn)基因玉米土壤脲酶活性分別比非轉(zhuǎn)基因和空白對照的提高63.34%和33.98%，3個處理間差異顯著（圖 1）。

2.2 轉(zhuǎn)基因玉米對土壤堿性磷酸酶活性的影響

土壤磷酸酶可影響土壤有機(jī)磷的分解，在一定程度上反映了土壤環(huán)境中磷的存在狀況。結(jié)果表明，在不同生育期，轉(zhuǎn)基因玉米對土壤堿性磷酸酶活性沒有影響（圖2）。

2.3 轉(zhuǎn)基因玉米對土壤轉(zhuǎn)化酶的影響

在苗期轉(zhuǎn)基因玉米、非轉(zhuǎn)基因玉米和對照的土壤轉(zhuǎn)化酶活性沒有顯著差異；在抽穗期，轉(zhuǎn)基因玉米和非轉(zhuǎn)基因玉米的土壤轉(zhuǎn)化酶活性分別比空白對照提高16.88%和28.56%，3個處理間差異達(dá)到顯著水平；成熟期轉(zhuǎn)基因玉米和非轉(zhuǎn)基因玉米的土壤轉(zhuǎn)化酶活性分別比空白對照提高4.49%和14.46%，轉(zhuǎn)基因玉米與非轉(zhuǎn)基因玉米之間差異顯著，轉(zhuǎn)基因玉米與空白對照間差異不顯著（圖3）。

2.4 轉(zhuǎn)基因玉米對土壤過氧化氫酶活性的影響

轉(zhuǎn)基因玉米能提高土壤過氧化氫酶活性，在苗期和成熟期轉(zhuǎn)基因玉米顯著提高過氧化氫酶活性，分別比非轉(zhuǎn)基因玉米提高28.01%和8.01%，在抽穗期轉(zhuǎn)基因玉米與非轉(zhuǎn)基因玉米的酶活性之間沒有差異（圖 4）。

3 結(jié)論與討論

酶系統(tǒng)是土壤中最活躍的部分，土壤酶和土壤微生物一起共同推動土壤的代謝過程。脲酶、堿性磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶和過氧化氫酶在土壤氮、磷、碳等養(yǎng)分的循環(huán)和轉(zhuǎn)化過程中起著十分重要的作用。范巧蘭等[24]研究表明，轉(zhuǎn)基因棉花不同生育期對土壤酶活性有一定的影響；SHEN等[25]研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因棉花對土壤脲酶、堿性磷酸酶、蛋白酶等活性沒有影響。FLORES等[26]研究表明，轉(zhuǎn)基因玉米對土壤酶活性沒有影響。ICOZ等[27]研究表明，連續(xù)4 a種植轉(zhuǎn)基因玉米對土壤酶活性沒有顯著影響；劉玲等[21]研究表明，轉(zhuǎn)Bt玉米對土壤過氧化氫酶活性沒有影響，對脲酶和堿性磷酸酶在個別生育期影響顯著。王建武等[23]研究表明，轉(zhuǎn)Bt基因玉米沒有改變土壤生物活性和土壤肥力。本研究表明，轉(zhuǎn)Bt基因玉米對土壤酶活性有一定的影響。種植Bt玉米對土壤酶活性的影響，一方面可能是根系分泌的Bt蛋白影響土壤微生物多樣性而導(dǎo)致微生物活性的變化，另一方面可能是外源Bt基因?qū)牒笠鹗荏w作物秸稈以及根系分泌物化學(xué)成分的差異[28]。由于不同研究者所用材料、土壤類型、試驗(yàn)條件（盆栽、大田）等不同，造成土壤微生物群體結(jié)構(gòu)和功能不同，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不相一致，還有待于進(jìn)一步深入研究。