陶波　王小琴　李相全

摘要：秸稈還田是有效利用秸稈資源的重要途徑。轉基因大豆轉入的目的基因及表達蛋白可通過根系分泌物和植株殘體2種方式在土壤中富集，從而導致土壤中酶活性的變化。通過利用生物學試驗方法，研究抗草甘膦轉基因大豆呼交06-698及其非轉基因親本蒙豆12不同量秸稈還田后對土壤酶活性的影響。結果表明：在秸稈還田初期土壤脲酶、脫氫酶、蔗糖酶活性基本表現(xiàn)為親本秸稈還田>轉基因大豆秸稈還田>秸稈未還田，并在個別時期差異達顯著水平，但45 d后土壤脲酶、脫氫酶、蔗糖酶活性均與親本差異不顯著。同時，不同還田量之間土壤酶活性也存在一定差異，秸稈還田量越大，土壤酶活性變化越大。

關鍵詞：抗草甘膦轉基因大豆；秸稈還田；脲酶；脫氫酶；蔗糖酶

中圖分類號： S154.2 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0503-03

自從1996年第一個轉基因植物的商品化種植距今已經20年，這20年中，全球種植轉基因植物的面積每年都有顯著的增加。根據(jù)國際農業(yè)生物技術應用服務組織（ISAAA）2015年發(fā)布報告稱，全球轉基因作物種植面積從1996年的 170萬hm2 增長到2014年的1.815億hm2。農作物的秸稈含有豐富的碳、氮、磷、鉀等作物生長必需的營養(yǎng)元素[1]，秸稈還田作為現(xiàn)代農業(yè)生產過程中的一項重要技術，是改善農田生態(tài)環(huán)境、發(fā)展有機可持續(xù)農業(yè)的有效途徑[2]。

伴隨著轉基因作物在全球范圍內大面積種植，轉基因作物的生態(tài)安全也逐漸進入人們的視線。轉基因作物對土壤微生物生態(tài)安全性的影響可以是外源導入基因表達蛋白對非靶標土壤微生物的直接影響，也可以是因外源基因導入而導致的植物根系分泌物組分變化或因轉基因作物種植導致的耕作制度變化引起的間接影響[3]。國內外已有較多文獻報道了土壤微生物在秸稈腐解和營養(yǎng)元素釋放過程中的作用[4]。目前針對轉基因作物秸稈還田的研究主要集中在玉米和水稻上，顏世磊等研究表明，轉Bt基因玉米秸稈還田的土壤中，脲酶、蔗糖酶和蛋白酶的活性明顯增強，而酸性磷酸酶活性則沒有什么明顯的改變[5]。王建武等也對轉基因玉米及常規(guī)同源玉米秸稈分解后的土壤酶活性變化進行分析，指出與常規(guī)同源玉米相比較，轉Bt基因玉米秸稈分解后的某些時間段內顯著地提高或降低了土壤脲酶、蔗糖酶、脫氫酶的活性，且不同玉米品種對土壤酶活性的影響不同[6]。吳偉祥等則對不同生育期的轉Bt基因克螟稻淹水土壤中酶的活性進行了研究，發(fā)現(xiàn)相同時期的轉基因水稻與其親本相比對土壤脫氫酶活性的影響非常顯著，不同生育期轉基因水稻秸稈對脫氫酶的作用效果差異也很明顯[7]。關于轉基因大豆秸稈還田的研究還未見報道。本研究采用生物試驗的方法，以抗草甘膦轉基因大豆及其受體為試材，針對抗草甘膦轉基因大豆的植株殘體，探討其秸稈還田對農田生態(tài)系統(tǒng)的影響，以期建立起系統(tǒng)的環(huán)境安全評價體系，為我國轉基因大豆商業(yè)化提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試大豆由中國農業(yè)科學院作物科學研究所提供，品種為抗草甘膦轉基因大豆呼交06-698及其親本受體蒙豆12。秸稈還田土壤本底值為：有機質0.81%，全氮0.73 g/kg，速效鉀113.21 mg/kg，速效磷31.27 mg/kg，pH值7.18。

1.2 試驗設計

以轉基因大豆呼交06-698及其親本蒙豆12為試驗材料，種植于東北農業(yè)大學轉基因試驗基地。除草方式為人工除草，秸稈取成熟期大豆地上部分。以秸稈心土還田方式，設秸稈不還田、0.5倍還田、1.0倍還田、2.0倍還田4個處理，每個處理3次重復。在500 mL廣口瓶中裝入風干土150 g，土壤取自材料種植基地，室溫下風干。0.5倍還田處理的秸稈還田量為4 g（6.25 t/ hm2），1.0倍還田處理的秸稈還田量為8 g（12.50 t/hm2），2.0倍還田處理的秸稈還田量為16 g（2500 t/hm2），用封口膜封口，在培養(yǎng)箱中25 ℃培養(yǎng)，分別于15、30、45、60、75、90 d取出土樣，分析土壤酶活性。

1.3 測定項目與方法

利用靛酚比色法[8]測定脲酶活性；利用TTC分光光度法[8]測定土壤脫氫酶活性；利用3，5-二硝基水楊酸法[8]測定土壤蔗糖酶活性。土壤酶活性測定全部采用過1 mm篩的風干土壤，每種活性測定時均做標準曲線和無土對照、無基質對照試驗。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)經Excel 2007整理后，應用SAS 9.1 軟件進行方差分析，采用 Duacans 測驗方法進行 5%水平差異顯著性分析。2 結果與分析

2.1 不同秸稈還田量對土壤脲酶活性的影響

脲酶是土壤中主要酶類之一，是一種廣泛存在于細菌、真菌和高等植物中的酰胺酶，在尿素轉化過程中起關鍵作用；另外，脲酶還與土壤有機質含量、微生物數(shù)量關系密切，其活性的高低反映了土壤的供氮水平[9-11]。由圖1可見，不同秸稈還田量下，轉基因大豆及其親本土壤脲酶活性波動趨勢相似，整體上轉基因大豆及其親本還田土壤脲酶活性均不同程度高于未還田土壤，轉基因大豆秸稈還田土壤脲酶活性略低于親本，在個別時期差異顯著。經方差分析可知，0.5倍秸稈還田量下，非轉基因大豆還田土壤脲酶活性在45 d時顯著高于轉基因大豆；1.0倍秸稈還田量下，非轉基因大豆還田土壤脲酶活性在15 d時顯著高于轉基因大豆；2.0倍秸稈還田量下，非轉基因大豆還田土壤脲酶活性在15 d和45 d時顯著高于轉基因大豆；在0～90 d內，轉基因大豆及其親本土壤脲酶活性的差異大多出現(xiàn)在還田初期，45 d后二者還田對土壤脲酶活性的影響基本一致。

2.2 不同秸稈還田量對土壤脫氫酶活性的影響

土壤脫氫酶是一種重要的氧化還原酶，能從基質中析出氫或氫供體進行氧化反應，反映土壤微生物新城代謝的整體活性，可作為微生物氧化還原能力指標[12]。由圖2可見，不同秸稈還田量轉基因大豆及其親本土壤脫氫酶活性波動趨勢相似，整體上轉基因大豆及其親本還田土壤脫氫酶活性均不同程度高于未還田土壤，轉基因大豆還田土壤脫氫酶活性略低于親本，在個別時期差異顯著。經方差分析可知，0.5倍、2.0倍秸稈還田量下，非轉基因大豆還田土壤脫氫酶活性在15 d和30 d顯著高于轉基因大豆；1.0倍秸稈還田量下，非轉基因大豆還田土壤脫氫酶活性在15 d和45 d顯著高于轉基因大豆；在0～90 d內，轉基因大豆及其親本土壤脫氫酶活性的差異大多出現(xiàn)在還田初期，45 d后二者還田對土壤脫氫酶活性的影響基本一致。

2.3 不同秸稈還田量對土壤蔗糖酶活性的影響

蔗糖酶是參與土壤有機碳循環(huán)的酶，是衡量土壤肥力的重要指標之一，正常情況下，肥力較好、有機質含量較高的土壤，蔗糖酶活性也較高[13]。由圖3可見，不同秸稈還田量轉基因大豆及其親本土壤蔗糖酶活性波動趨勢相似，整體上轉基因大豆及其親本還田土壤蔗糖酶活性均不同程度高于未還田土壤，轉基因大豆秸稈還田土壤蔗糖酶活性低于親本，在個別時期差異顯著。經方差分析可知，0.5倍、1.0倍秸稈還田量下，非轉基因大豆還田土壤蔗糖酶活性在15 d和30 d顯著高于轉基因大豆；2.0倍秸稈還田量下，非轉基因大豆還田土壤蔗糖酶活性在15～45 d顯著高于轉基因大豆；在0～90 d內，轉基因大豆及其親本土壤脫氫酶活性的差異大多出現(xiàn)在還田初期，45 d后二者還田對土壤蔗糖酶活性的影響基本一致。

3 討論

轉基因作物影響土壤微環(huán)境的途徑分2種：一是轉基因作物轉入的目的基因的表達蛋白或其根部分泌產物直接對土壤微環(huán)境的影響；二是轉基因作物殘枝落葉或其轉入的目的基因表達蛋白的富集與降解導致土壤微生物種類及數(shù)目的改變，從而造成土壤酶活性也產生新的變化[14-15]。有研究證明轉基因作物植株殘體可使Bt蛋白殘留在土壤中，需要數(shù)周才

能完全降解，并且在特定的條件下Bt蛋白的活性可保持200 d[16]。因此，研究轉基因作物秸稈還田對土壤生態(tài)環(huán)境所帶來的影響，有利于更好的維持土壤生態(tài)的平衡。

本研究探討不同秸稈還田量下抗草甘膦轉基因大豆對土壤脲酶、蔗糖酶、脫氫酶活性的影響，結果表明，轉基因大豆及其親本與對照土壤相比，秸稈還田后土壤酶活性顯著提高，并隨著還田量的增加，提高幅度增大，這與顏世磊等的研究結果[5]相似。而整體上轉基因大豆與其親本相比，秸稈還田對土壤酶活性的影響在0～45 d內個別時間段存在顯著性差異，45 d后二者土壤酶活性的差異逐漸消失。造成二者差異的原因，初步推斷可能與轉基因大豆及其親本秸稈自身在土壤中的降解規(guī)律差異有關。筆者在對抗草甘膦轉基因大豆植株殘體的降解規(guī)律研究時發(fā)現(xiàn)，相同培養(yǎng)條件下抗草甘膦轉基因大豆及其親本的葉片和豆莢的降解率，在0～49 d內個別時間段存在顯著性差異，這與本研究秸稈還田對土壤酶活性影響的研究結果相符。而且相關研究還得出，不同大豆品種秸稈在土壤中的降解規(guī)律也存在很大的差異，可能導致秸稈還田土壤環(huán)境的差異，這與王建武等得出的不同品種轉基因玉米秸稈降解對土壤酶活性影響存在差異的研究結果[6]相符，間接地證實了本研究的推斷。但抗草甘膦轉基因大豆秸稈還田對土壤酶活性的影響是短時間的，是否會對農田土壤環(huán)境造成負面影響，仍需進一步研究。

4 結論

在秸稈還田初期土壤酶活性表現(xiàn)為親本秸稈還田>轉基因大豆秸稈還田>秸稈未還田，并在個別時期差異達顯著水平，但45 d后土壤酶活性與親本差異不顯著。不同還田量之間土壤酶活性存在一定差異，秸稈還田量越大，土壤酶活性變化越大。

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