磷高效轉(zhuǎn)基因水稻連續(xù)種植對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響

陳靜怡，劉瑞華，王麗麗，李靜,3，李剛，楊殿林，趙建寧,通信作者

磷高效轉(zhuǎn)基因水稻連續(xù)種植對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響

陳靜怡1,2，劉瑞華1,2，王麗麗2，李靜2,3，李剛2，楊殿林2，趙建寧2,通信作者

（1. 天津農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300384；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所，天津 300191；3. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030）

為評(píng)價(jià)磷高效轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響，以磷高效轉(zhuǎn)基因水稻OsPT4為研究對(duì)象，設(shè)施磷和不施磷兩種處理，基于Biolog生態(tài)平板法，分析比較了4個(gè)生育時(shí)期的OsPT4及其親本‘日本晴’對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響。結(jié)果顯示：OsPT4和‘日本晴’的土壤微生物群落平均吸光值均隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，但不同生育時(shí)期最大值和生長(zhǎng)趨勢(shì)有所不同。土壤微生物多樣性指數(shù)分析結(jié)果顯示，OsPT4和‘日本晴’的Shannon多樣性指數(shù)和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)在全生育時(shí)期均表現(xiàn)為施磷處理高于不施磷處理；OsPT4的Shannon指數(shù)在分蘗期和拔節(jié)期差異顯著，抽穗揚(yáng)花期和成熟期則差異不顯著，Simpson指數(shù)則表現(xiàn)為前3個(gè)生育時(shí)期差異不顯著，而在成熟期出現(xiàn)顯著差異；OsPT4和‘日本晴’的McIntosh均勻度指數(shù)均在分蘗期最大，且遠(yuǎn)高于其他3個(gè)生育時(shí)期；OsPT4的McIntosh指數(shù)在全生育時(shí)期均無顯著差異。不同類型碳源利用顯示，OsPT4和‘日本晴’均以糖類、羧酸類和氨基酸類為主要碳源。主成分分析顯示，‘日本晴’呈聚集分布，OsPT4呈分散分布，表明二者在土壤微生物群落碳源的代謝利用上存在差異。綜上所述，OsPT4與非轉(zhuǎn)基因水稻相比，不同施磷條件和不同生育時(shí)期對(duì)土壤微生物群落活性、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和碳源主成分分布有所影響。

水稻；磷高效；轉(zhuǎn)基因；土壤微生物；Biolog生態(tài)平板法

轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展取得了令全球矚目的成就，為未來可持續(xù)發(fā)展和短時(shí)間內(nèi)解決饑餓與營(yíng)養(yǎng)問題提供了一條新途徑[1]。2016年，轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化進(jìn)入第21年，據(jù)國(guó)際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織（ISAAA）統(tǒng)計(jì)，2016年轉(zhuǎn)基因作物全球種植面積已達(dá)1.85億hm2，比上年增加了3%，是1996年的110倍[1]。但隨著轉(zhuǎn)基因作物的大面積種植，其潛在的風(fēng)險(xiǎn)性和安全性，引起了人們的擔(dān)憂和爭(zhēng)議[2]。

轉(zhuǎn)基因作物直接或間接地對(duì)土壤微生物產(chǎn)生影響[3]。直接影響是外源基因表達(dá)產(chǎn)物如作物殘?bào)w和根系分泌物等對(duì)非靶標(biāo)土壤微生物作用而產(chǎn)生影響[4]；間接影響是外源基因通過基因漂移水平轉(zhuǎn)移到土壤微生物群落基因組中，從而對(duì)其功能結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響[4]。土壤微生物是土壤生態(tài)環(huán)境中的重要組成部分，許多物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量交換等過程都離不開土壤微生物參與[5-7]。研究發(fā)現(xiàn)，保持土壤微生物群落多樣性有利于維持生態(tài)系統(tǒng)的多功能性，進(jìn)而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展具有重大意義[8-9]。因此，轉(zhuǎn)基因作物對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境尤其是對(duì)土壤微生物群落多樣性產(chǎn)生的影響成為研究的熱點(diǎn)[10]。

目前，利用生物技術(shù)培育養(yǎng)分高效型轉(zhuǎn)基因作物是應(yīng)對(duì)我國(guó)施肥量不斷增加、肥料利用率不高等問題的有效途徑[11]。養(yǎng)分高效型作物可以有效改善和提高作物對(duì)土壤養(yǎng)分的利用[12]。如磷高效轉(zhuǎn)基因水稻，就是通過生物技術(shù)手段培育出的可以提高水稻對(duì)磷素利用的新材料，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，與常規(guī)水稻相比，磷高效轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)磷的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)效率均有顯著提升，可使水稻在低磷濃度情況下仍能獲得大量磷素而滿足自身生長(zhǎng)發(fā)育的需要[13-14]。已有一些關(guān)于磷高效轉(zhuǎn)基因作物對(duì)土壤微生物影響的研究，如金凌波等[15]認(rèn)為磷高效轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)土壤微生物群落的數(shù)量及結(jié)構(gòu)均沒有顯著影響；臧懷敏等[16]對(duì)磷高效轉(zhuǎn)基因水稻進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，水稻在個(gè)別生育時(shí)期對(duì)土壤微生物的香農(nóng)-威納指數(shù)（Shannon-Wiener index）、豐富度和均勻度均有顯著影響。

為繼續(xù)探明磷高效轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)土壤微生物群落的影響，本研究以連續(xù)種植4年的磷高效轉(zhuǎn)基因水稻OsPT4為研究對(duì)象，采用含有31種不同碳源的Biolog生態(tài)微平板分析法，分析碳源平均顏色變化率（）、微生物Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)和Mclntosh多樣性指數(shù)、6類碳源利用率、因子荷載值和主成分分析，研究OsPT4對(duì)土壤微生物生長(zhǎng)活性、碳源代謝強(qiáng)度及功能利用多樣性等的影響，以期為磷高效轉(zhuǎn)基因水稻的生態(tài)環(huán)境安全評(píng)價(jià)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)地概況

供試材料為磷高效轉(zhuǎn)基因水稻OsPT4及其非轉(zhuǎn)基因親本水稻‘日本晴’，均由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供。

試驗(yàn)地位于天津市南開區(qū)農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所網(wǎng)室內(nèi)，每小區(qū)1 m2，供試土壤采自天津市津南區(qū)未種植過作物的荒地。供試土壤理化性質(zhì)為：pH 8.21，有機(jī)質(zhì)24.55 g/kg，全氮0.96 g/kg，全磷1.19 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

OsPT4和‘日本晴’均設(shè)施磷（15 g/m2）和不施磷兩個(gè)處理，各5次重復(fù)，即OsPT4施磷、OsPT4不施磷、‘日本晴’施磷、‘日本晴’不施磷，各種植5個(gè)小區(qū)且小區(qū)隨機(jī)分布。以磷酸二氫鉀為磷源，全部用作基肥。氮源和鉀源以尿素和硫酸鉀為來源，分別施氮20 g/m2和施鉀18 g/m2。其中，在種植前施用50%氮肥用作基肥，余下50%氮肥用作追肥，鉀肥則全部用作基肥。

試驗(yàn)從2013年開始，連續(xù)種植4年。2017年5月將水稻種子在培養(yǎng)盤中培養(yǎng)半月，待幼苗長(zhǎng)至15 cm左右時(shí)將其移栽到網(wǎng)室小區(qū)中，每小區(qū)移栽30株。試驗(yàn)過程中澆水量及管理?xiàng)l件保持一致，施肥情況按試驗(yàn)設(shè)計(jì)。分別在水稻的分蘗期（播種后50 d）、拔節(jié)期（播種后80 d）、抽穗揚(yáng)花期（播種后110 d）和成熟期（播種后140 d）采集土樣。采集土樣時(shí)去除表面雜草和枯枝落葉，分別在各小區(qū)選取3株水稻，用直徑3.5 cm的土鉆在距水稻主莖2 cm處取20 cm深的土樣，并將每小區(qū)的樣品分別混合，用于土壤微生物多樣性分析。

1.3 試驗(yàn)方法

首先對(duì)土壤樣品、Biolog生態(tài)板和試驗(yàn)材料做預(yù)處理，在常溫下（25 ℃）將土壤樣品活化2 h，Biolog生態(tài)板常溫下放置0.5 h，試驗(yàn)材料均做滅菌處理。將配制好試驗(yàn)所需的0.85% NaCl溶液，于高溫高壓滅菌鍋內(nèi)做滅菌處理，得到無菌NaCl溶液。取10 g新鮮土樣放入無菌三角瓶中，加90 mL無菌NaCl溶液，用封口膜封口并留呼吸孔。將三角瓶放在恒溫?fù)u床上250 r/min水平震蕩30 min，吸取5 mL上清液于新的無菌三角瓶中，加入45 mL無菌NaCl溶液，重復(fù)該過程，直至最終得到稀釋比為1∶1 000混合懸濁液。在Biolog生態(tài)平板每孔中注入150 μL混合懸濁液，接種完成后進(jìn)行微生物平板培養(yǎng)。將平板放入25～28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)168 h，每隔24 h測(cè)定一次平板在590 nm和750 nm波長(zhǎng)下的吸光值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

（1）生態(tài)板孔中溶液平均吸光值（平均顏色變化率）用于描述土壤微生物代謝活性，見公式（1）：

式中，為含有培養(yǎng)基孔的吸光值即590 nm波長(zhǎng)下的吸光值，為對(duì)照孔的吸光值即750 nm波長(zhǎng)下的吸光值，為培養(yǎng)基孔數(shù)，Biolog生態(tài)板＝31。

（2）Shannon多樣性指數(shù)用于評(píng)估物種的豐富度，見公式（2）：

式中，為第孔的相對(duì)吸光值與所有相對(duì)吸光值總和的比值，見公式（3）：

（3）Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)用于評(píng)估某些最常見種的優(yōu)勢(shì)度，見公式（4）：

（4）McIntosh均勻度指數(shù)用于評(píng)估物種的均勻度，見公式（5）：

微生物多樣性指數(shù)顯著性分析采用單因素方差分析，選取96 h平均顏色變化率對(duì)微生物碳源利用進(jìn)行主成分分析（PCA），方差分析和主成分分析借助SPSS16.0 軟件，圖表用Origin9.1繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤微生物群落AWCD變化特征

培養(yǎng)開始后，每隔24 h測(cè)定平板在590 nm和750 nm波長(zhǎng)下的吸光值，得到平均吸光值，進(jìn)而得到隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化圖（圖1）。由圖1可知，隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，OsPT4及其親本‘日本晴’在不同生育時(shí)期的變化均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但增長(zhǎng)速率及最大值有所不同。

土壤微生物群落的值均在培養(yǎng)168 h時(shí)達(dá)到最大，分蘗期的最大值變化范圍為0.4～1.0，其他3個(gè)生育時(shí)期的最大值均在0.4以下，表明分蘗期土壤微生物群落代謝活性比較強(qiáng)，高于其他3個(gè)時(shí)期。分蘗期土壤微生物群落從24 h開始增長(zhǎng)，到120 h增長(zhǎng)速率逐漸減緩。拔節(jié)期OsPT4在不施磷條件下72 h后增長(zhǎng)速率驟然增加，值為0.2，96 h后趨于平緩，施磷條件下在96 h增長(zhǎng)速率驟然增加，為0.15，120 h后趨于平緩，而‘日本晴’曲線平緩且接近于0，與磷高效轉(zhuǎn)基因水稻形成鮮明對(duì)比，表明在拔節(jié)期土壤微生物代謝活性非常微弱。抽穗揚(yáng)花期和成熟期的值曲線趨勢(shì)基本一致，72 h前增長(zhǎng)速率較小，72 h后增長(zhǎng)速率明顯增大，表明OsPT4和‘日本晴’在抽穗揚(yáng)花期和成熟期72 h后土壤微生物群落代謝活性逐漸增強(qiáng)。

圖1 土壤微生物群落AWCD值隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化

注：＋P為施磷處理；-P為不施磷處理。下同

2.2 土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)

對(duì)OsPT4及其親本‘日本晴’進(jìn)行多樣性指數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，如表1所示。OsPT4和‘日本晴’Shannon多樣性指數(shù)在全生育時(shí)期均為施磷處理高于不施磷處理。OsPT4對(duì)比‘日本晴’Shannon指數(shù)，在分蘗期和拔節(jié)期有顯著差異（0.05），抽穗揚(yáng)花期不施磷處理也有顯著差異（＜0.05），成熟期則差異不顯著（＜0.05）。分析Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，得到與多樣性指數(shù)相同的結(jié)果，OsPT4和‘日本晴’在全生育期均為施磷處理高于不施磷處理。OsPT4對(duì)比‘日本晴’Simpson指數(shù)，在分蘗期、拔節(jié)期和抽穗揚(yáng)花期均無顯著差異（＜0.05），反而在成熟期出現(xiàn)顯著差異（＜0.05）。OsPT4和‘日本晴’McIntosh均勻度指數(shù)，均在分蘗期值最大，且遠(yuǎn)大于其他3個(gè)時(shí)期，OsPT4對(duì)比‘日本晴’在拔節(jié)期差異顯著（＜0.05），到抽穗揚(yáng)花期和成熟期差異不顯著（＜0.05）。

表1 土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05）

2.3 土壤微生物群落對(duì)不同類型碳源的利用強(qiáng)度

由圖2可知，OsPT4和‘日本晴’的土壤微生物群落對(duì)不同類型碳源的利用均以糖類、羧酸類和氨基酸類為主，對(duì)這3類碳源的利用率達(dá)60%以上，其中對(duì)糖類利用率占20%～40%，對(duì)羧酸類利用率占15%～25%，只有未施磷條件下OsPT4成熟期對(duì)糖類、羧酸類及氨基酸類的利用未達(dá)到60%，同時(shí)對(duì)多聚物的利用占比較大。施磷條件下，OsPT4和‘日本晴’均在抽穗揚(yáng)花期對(duì)3類主碳源的利用率最大，成熟期則大幅下降，是因?yàn)樵龃罅藢?duì)多聚物的利用率。未施磷條件下，OsPT4和‘日本晴’對(duì)糖類利用的變化趨勢(shì)相同，均在分蘗期對(duì)糖類利用率最大，拔節(jié)期降到最低，在抽穗揚(yáng)花期和成熟期又逐漸遞增。

圖2 土壤微生物群落對(duì)不同碳源的利用率

2.4 土壤微生物群落對(duì)不同碳源代謝的主成分分析

2.4.1 不同碳源在主成分上的載荷值

對(duì)OsPT4和‘日本晴’進(jìn)行31種碳源的主成分載荷因子分析，結(jié)果如表2。與第一主成分（PC1）具有較高相關(guān)性的碳源有14種，其中糖類及其衍生物6種，氨基酸類3種，多聚物2種，酚酸類2種，羧酸類1種。表明影響第一主成分的碳源主要有糖類及其衍生物和氨基酸類。與第二主成分（PC2）具有較高相關(guān)性的碳源有4種，其中羧酸類2種，氨基酸類1種，胺類1種。表明影響第二主成分的碳源主要有羧酸類。

表2 31種碳源的主成分載荷因子

2.4.2 主成分分布

分析OsPT4和‘日本晴’的土壤微生物群落對(duì)第一、第二主成分的代謝利用，得到其分布特征，如圖3。由圖3可見，OsPT4特征值分布比較分散，而‘日本晴’特征值分布比較集中。在PC1軸上，OsPT4特征值大部分分布在PC1軸的正軸上，‘日本晴’則全部分布在負(fù)軸上；在PC2軸上，OsPT4特征值廣泛分布，‘日本晴’則由于不同施肥處理特征值呈現(xiàn)不同分布，施磷處理均分布在正軸，未施磷處理分布在負(fù)軸。表明OsPT4和‘日本晴’的土壤微生物群落對(duì)第一、第二主碳源的代謝利用存在一定差異，不同施肥條件是引起差異的原因之一。

圖3 土壤微生物群落碳源利用主成分分析

3 討論

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就轉(zhuǎn)基因作物對(duì)土壤微生物群落的影響做了大量研究。如劉華等[17]從華東地區(qū)14個(gè)長(zhǎng)期種植轉(zhuǎn)基因棉花的區(qū)域采集了210個(gè)點(diǎn)的土壤微生物進(jìn)行基因檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果顯示均未得到目的條帶，認(rèn)為目的基因沒有漂移到土壤微生物中，轉(zhuǎn)基因棉花對(duì)土壤微生物沒有產(chǎn)生影響。Saxena等[18]研究轉(zhuǎn)基因玉米對(duì)比非轉(zhuǎn)基因玉米土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量沒有顯著差異，之后又有學(xué)者采用多種分子生物技術(shù)證實(shí)，轉(zhuǎn)基因玉米對(duì)土壤微生物群落多樣性沒有顯著影響[19-20]。但也有一部分學(xué)者認(rèn)為轉(zhuǎn)基因作物對(duì)土壤微生物群落產(chǎn)生了一定的影響，但這種影響遠(yuǎn)不如作物的生育時(shí)期、生長(zhǎng)季節(jié)、施肥條件、田間管理等對(duì)土壤微生物的影響大[19,21]。如陳曉雯等[22]研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因水稻在生育旺盛期對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量、土壤微生物遺傳多樣性及功能多樣性均有影響，但隨著生育時(shí)期的延長(zhǎng)，影響逐漸減弱，到成熟期影響逐漸消失。Siciliano等[23]對(duì)抗草甘膦的轉(zhuǎn)基因油菜研究顯示，轉(zhuǎn)基因油菜對(duì)根際微生物群落的數(shù)量、種類和結(jié)構(gòu)均有顯著影響，但影響僅存在生長(zhǎng)季，在收獲后的冬季，轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因油菜對(duì)根際微生物的影響則無顯著性差異。也有一部分學(xué)者認(rèn)為轉(zhuǎn)基因作物對(duì)土壤微生物群落產(chǎn)生了顯著影響，如王洪興等[24]研究轉(zhuǎn)基因水稻，認(rèn)為其秸稈降解對(duì)土壤細(xì)菌有顯著影響，是因?yàn)檗D(zhuǎn)基因表達(dá)分泌的Bt蛋白進(jìn)入土壤從而影響土壤微生物。還有芮玉奎等研究顯示，轉(zhuǎn)抗蟲棉發(fā)現(xiàn)其根際土壤的蛋白含量顯著高于常規(guī)水稻[25]。

從本研究結(jié)果看，雖然每個(gè)生育期土壤微生物群落平均吸光值均表現(xiàn)為隨時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)碳源代謝活性增強(qiáng)，但每個(gè)生育時(shí)期的變化趨勢(shì)有所不同，對(duì)于變化趨勢(shì)的研究有關(guān)學(xué)者得出的結(jié)果也不盡相同。本研究中分蘗期的土壤微生物群落變化趨勢(shì)和王麗娟等[26]成熟期轉(zhuǎn)基因大豆的研究結(jié)果相似，抽穗楊花期和成熟期的土壤微生物變化趨勢(shì)與張瑞等[27]成熟期玉米-小麥輪作的研究結(jié)果相似，表明影響土壤微生物代謝活性的因素很多，如作物類型、土壤類型、生育時(shí)期、輪作管理等。

分析土壤微生物群落多樣性指數(shù)，不同施磷處理對(duì)OsPT4和‘日本晴’土壤微生物群落的Shannon多樣性指數(shù)和Simpon優(yōu)勢(shì)度指數(shù)有影響，且呈正相關(guān)，施磷可以提高其豐富度和優(yōu)勢(shì)度，表明施磷有利于多種土壤微生物群落生長(zhǎng)且也有利于優(yōu)勢(shì)種群的生長(zhǎng)。張恩平等[28]研究不同施肥處理對(duì)番茄土壤微生物群落多樣性指數(shù)影響也得出同樣的結(jié)果，其施肥處理的多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)均高于不施肥處理，認(rèn)為施肥能顯著提高土壤微生物種類，可見不同施肥處理對(duì)土壤微生物群落豐富度與優(yōu)勢(shì)度影響顯著。OsPT4對(duì)比‘日本晴’，Shannon多樣性指數(shù)在分蘗期和拔節(jié)期顯示出差異顯著，抽穗揚(yáng)花期和成熟期則差異不顯著；Simpon優(yōu)勢(shì)度指數(shù)在前3個(gè)生育期差異不顯著，成熟期則出現(xiàn)差異，可以看出生育期對(duì)土壤微生物多樣性指數(shù)有顯著影響。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為在作物生長(zhǎng)旺盛期微生物多樣性指數(shù)有顯著差異，但隨著作物生育期延長(zhǎng)，差異不顯著。如陳曉雯等[22]通過研究轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響得出，水稻生長(zhǎng)旺盛期對(duì)土壤微生物數(shù)量、遺傳和功能多樣性有顯著影響，但這種影響并不持續(xù)，隨著水稻生長(zhǎng)發(fā)育影響會(huì)逐漸消失。臧懷敏等[16]研究也發(fā)現(xiàn)，OsPT4的土壤微生物均勻度指數(shù)在拔節(jié)期和抽穗揚(yáng)花期與其親本‘日本晴’有顯著差異，而在成熟期并沒有顯著差異。本研究通過連續(xù)4年的種植試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，OsPT4僅在個(gè)別生育時(shí)期對(duì)土壤微生物群落有顯著影響。

分析碳源利用情況，OsPT4與‘日本晴’均以糖類、氨基酸類和羧酸類為主要利用碳源，利用率達(dá)60%以上，主成分分析結(jié)果表明，OsPT4和‘日本晴’的土壤微生物對(duì)碳源的利用存在顯著差異，說明其代謝特征存在差異，而且不同施磷處理的OsPT4和‘日本晴’土壤微生物主成分代謝分布也存在差異，說明不同施磷處理會(huì)影響土壤微生物的代謝功能。郝曉暉等[29]研究分析主成分指出，不同施肥處理對(duì)土壤微生物群落碳源利用能力影響不同。時(shí)鵬等[30]研究發(fā)現(xiàn)，不同種植方式也會(huì)改變土壤微生物群落代謝特征。

Biolog生態(tài)平板法是一種廣泛應(yīng)用于研究土壤微生物群落功能多樣性的快速高效的方法[31]，但由于培養(yǎng)板中營(yíng)養(yǎng)成分和培養(yǎng)時(shí)間的局限性，使得該技術(shù)只能表征快速生長(zhǎng)或富營(yíng)養(yǎng)微生物的活性，因此還需要結(jié)合其他研究方法和手段才能全面解析土壤微生物群落功能和結(jié)構(gòu)多樣性[32]。

4 結(jié)論

（1）磷高效轉(zhuǎn)基因水稻OsPT4與其受體親本‘日本晴’相比，對(duì)碳源的代謝活性均隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增長(zhǎng)，但在各個(gè)生育時(shí)期的增長(zhǎng)趨勢(shì)有所不同；對(duì)碳源的利用呈現(xiàn)規(guī)律一致，均以糖類及羧酸類為主要利用碳源；OsPT4與其受體親本‘日本晴’對(duì)碳源的代謝利用存在差異。

（2）土壤微生物群落的多樣性指數(shù)顯示在部分生育時(shí)期出現(xiàn)顯著差異，這種差異主要因施肥條件和生育時(shí)期的不同而變化。

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Effects of continuous planting of phosphorus-efficient transgenic rice on soil microbial functional diversity

CHEN Jing-yi1,2, LIU Rui-hua1,2, WANG Li-li2, LI Jing2,3, LI Gang2, YANG Dian-lin2, ZHAO Jian-ning2,Corresponding Author

（1. College of Agronomy and Resource Enviroment, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Key Laboratory of Original Agro-Environment Quality of Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Tianjin 300191, China; 3. College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China）

In order to evaluate the effects of phosphorus-efficient transgenic rice cultivation on soil microbial functional diversity, the plot experiment was conducted with phosphorus-efficient transgenic rice as a target, and with both phosphorus and non-phosphorus treatments , to analyze and compare the effects of phosphorus-efficient transgenic rice and non transgenic rice on soil microbial functional diversity at different growth stages based on the Biolog eco-plate method. The results showed that the average absorbance valueof soil microflora in OsPT4 and Nipponbare had the same change trend, which all increased with the prolongation of culture time, but the maximum value and rate of change ofin different growth stages were different. The results of soil microbial diversity index analysis showed that the phosphorus-efficient transgenic OsPT4 and Nipponbare Shannon's richness index and Simpson dominance index showed higher in P application than no P application during the whole growth period; Shannon index of OsPT4 with high P transgenic rice in the tillering and jointing stages, the differences were significant, and the heading and flowering stages were not significantly different from the maturation stage. The Simpson index showed no significant difference in the first three growth stages, but showed a significant difference in the mature stage. McIntosh's index of phosphorus efficient transgenic rice OsPT4 and Nipponbare was the highest in the tillering period, and the value was much higher than the other three growth periods; the McIntosh index of the phosphorus-efficient transgenic OsPT4 rice had no significant difference in the whole growth period. The use of different types of carbon sources to display phosphorus-efficient transgenic rice OsPT4 and Nipponbare are mainly by sugars, carboxylic acids, and amino acids. The principal component analysis showed that Nipponbare was clustered and the phosphorus-efficient transgenic rice OsPT4 was distributed, indicating that there was a difference in the metabolic use of the soil microbial community carbon sources. In summary, compared with the non-transgenic rice, the phosphorus-efficient rice OsPT4 will affect the soil microbial community richness index, dominance index, and the distribution of carbon source principal components due to different phosphorus application conditions and different growth periods.

rice; phosphorus-efficient; transgenic; soil microbial; Biolog eco-plate method

S511；S154.3

A

1008-5394（2019）02-0001-07

10.19640/j.cnki.jtau.2019.02.001

2018-08-24

國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2016ZX08012005-005）

陳靜怡（1990-），女，碩士在讀，研究方向?yàn)檗D(zhuǎn)基因作物環(huán)境安全評(píng)價(jià)研究。E-mail：chenjy3923@163.com。

趙建寧（1981-），男，副研究員，博士，研究方向?yàn)檗D(zhuǎn)基因作物環(huán)境安全評(píng)價(jià)。E-mail：zhaojn2008@163.com。

責(zé)任編輯：宗淑萍