转基因大豆对根际土壤微生物群落的影响及其多样性指数的度量

【摘要】土壤微生物群落在陆地生态系统中起着非常重要的作用。环境内任何因子的细微变化都会造成土壤微生物群落在结构、遗传及功能多样性上发生改变。土壤微生物群落的相关研究,具有极大的潜在意义。本研究从转基因生物的生态安全这一热点问题出发,综合运用多种方法,探讨了根际箱内转基因大豆种植对土壤微生物群落的影响。转基因大豆的根际分泌物、落叶及植株残留部分进入土壤后,会影响土壤质量。受到影响的土壤质量指标有含水量、pH值、碳／氮含量、金属元素含量、酶活性、微生物功能多样性、微生物结构多样性和遗传多样性等等。本实验于2010年选取以南农88-1(CK-1)为受体的OE-8、OE-7、RNAi-3三个转基因品系(受体品种A组)和以N2899(CK-2)为受体的Gagal17-4、Gagal21-8、Gagal57三个转基因品系(受体品种B组)为材料,在根际箱内种植之后,考察相比于受体,其土壤理化性质、酶活性的变化,并运用PLFA测定法和Biolog检测法考察根际箱内种植的转基因大豆对其根际土壤微生物群落结构多样性和功能多样性的影响。主要研究结果如下：1)转基因大豆与其受体根际土壤的含水量,会因为受体的基因型不同、生长时期不同、同一基因型的不同转基因品系不同而发生显著差异。2)转基因大豆品系Gagal17-4和Gagal57生长过程中,显酸性的根系分泌物对根际土壤产生的酸碱度累积效应显著大于品系Gagal21-8和受体品种A组。3)两组不同受体的转基因大豆花期根际土壤中碳、氮元素的含量与其受体相比,不存在显著差异；A组转基因大豆品系到花期时,根系对根际土壤中硫元素的吸收较其受体更好,导致根际土壤中硫元素含量降低。B组转基因品系与其受体相比,到花期时品系Gagal57的根际土壤中硫元素含量显著升高。这说明,转基因大豆品系对根际土壤中硫元素的吸收,可能会因生长期不同、基因型不同、吸收方式或代谢途径不同而发生显著差异；品系RNAi-3的根系对环境中钙元素的吸收能力较强,品系Gagal57和Gagal21-8的根系对环境中钡、钻、铁、钒和锌元素的吸收能力较弱。4)在大豆生长旺盛的花期,与受体相比,两组的酸性磷酸酶活性、碱性磷酸酶活性均没有显著差异；转基因大豆品系对其根际土壤蔗糖转化酶活性的影响不显著,FDA水解酶活性没有显著差异；脲酶活性测定显示,B组转基因大豆品系根际土壤中以尿素形式存在的氮或其他氨态氮占土壤总氮量的比例显著高于其受体,A组根际土壤中这一类型的氮所占比例要比B组普遍高；芳基硫酸酯酶活性测定显示,在生长到达花期前,A组转基因大豆品系根际土壤中以无机形态存在的硫元素比重显著高于其受体,且这类硫元素很多已由转基因大豆根系较好地吸收,导致到花期时,转基因大豆根际土壤中有待芳基硫酸酯酶矿化的有机硫比重下降。这说明,A组中3个富含S氨基酸的转基因大豆品系主要在花期前进行着活跃的富积硫元素的生理活动。5)对于革兰氏阳性菌特征PLFA含量、细菌总PLFA含量和土样总PLFA含量,A组品系OE-8较受体显著提高,B组品系Gagal17-4和Gagal57较受体有极显著的提高；对单个PLFA含量进行主成分分析显示,花期转基因大豆品系根际土壤总体微生物群落结构发生了改变,与其受体相比,土壤微生物群落变化较大的品系有OE-7,RNAi-3,Gagal17-4和Gagal57。6)利用Biolog板分析土壤可培养微生物对不同单一碳底物利用的功能多样性结果显示,在Biolog(-GN,-GP,-FF和-ECO)微平板上,A组的RNAi-3品系根际土壤微生物群落活性显著低于,甚至极显著低于其受体。且在4种微平板上,采用的多样性指数也表明,品系RNAi-3根际土壤微生物群落的丰富度、多样性和均度都显著低于,甚至极显著低于其受体,品系OE-7根际土壤微生物群落的丰富度和均度显著低于其受体；在微平板上,采用的多样性指数也表明,B组品系Gagal57和Gagal17-4根际土壤微生物群落的丰富度、多样性和均度都显著低于其受体。为了描述转基因大豆品系根际土壤微生物群落的多样性,本文还对2009年相同转基因大豆品系及其受体材料于大田种植后的土壤指标实验数据进行多样性指数的处理与分析,以考察每个多样性指数在描述土壤指标,包括微生物群落结构、遗传及功能多样性方面的各自优势和缺陷,最后确定各个土壤指标的可用度量指数。结果如下：1)在PLFA水平上,Gini指数和Mclntosh旨数可分别用于A组和B组根际土壤微生物群落多样性的分析。在A组,可用Gini指数、Shannon旨数、Simpson指数和Simpson指数1-D表示指数间的相关,用Simpson指数和Simpson旨数1-D、1/D表示指数与土壤理化因子(pH值、C/N和硫含量)间的相关；在B组,可用Simpson指数和Simpson指数1-D、1/D表示指数间的相关性,用McIntosh均匀度指数表示指数与土壤理化因子间的相关。2)在Biolog-GN水平上,McIntosh旨数和Shannon均匀度指数可分别用于A组和B组根际土壤微生物群落多样性的分析。在A组,Shannon旨数可用来表示指数间的相关,Gini指数较能表示指数与土壤理化因子间的相关；在B组,Shannon指数、McIntosh均匀度指数可用来表示指数间的相关,Shannon均匀度指数、Simpsonl-D、McIntosh均匀度指数较能表示指数与土壤理化因子间的相关。3)在Biolog-GP水平上,所有指数都可用来度量两组根际土壤微生物群落的多样性。在A组,Gini指数、Shannon指数、Shannon均匀度指数可用来表示指数间的相关,Gini指数、Shannon旨数、McIntosh均匀度指数较能表示指数与土壤理化因子间的相关；在B组,Shannon指数可用来表示指数间的相关性,Simpson指数和Simpson旨数1-D、McIntosh旨数较能表示指数与土壤理化因子间的相关。4)在Biolog-FF水平上,Shannon指数和McIntosh指数可分别用于A组和B根际土壤微生物群落多样性的分析。在A组,Simpson指数、McIntosh旨数、McIntosh均匀度指数可用来表示指数间的相关,所有指数都可表示指数与土壤理化因子间的相关；在B组,Gini指数可用来表示指数间的相关,Shannon指数及均匀度指数、Simpson旨数1/D较能表示指数与土壤理化因子间的相关。5)在Biolog-ECO水平上,Shannon旨数可分别用于A组根际土壤微生物群落多样性的分析,所有指数都可用来度量B组根际土壤微生物群落多样性。在A组,Shannon旨数及均匀度指数、McIntosh指数可用来表示指数间的相关,Simpson指数和Simpson指数1-D、McIntosh均匀度指数较能表示指数与土壤理化因子间的相关；在B组,Gini指数、Shannon指数及均匀度指数、McIntosh指数及均匀度指数可用来表示指数间的相关性,Shannon指数、McIntosh指数较能表示指数与土壤理化因子间的相关。6)在PCR-DGGE水平上,McIntosh均匀度指数可分别用于A组和B根际土壤微生物群落多样性的分析。在A组,Gini指数与Shannon指数、Shannon均匀度指数、Simpson指数与指数1/D可用来表示指数间的相关性,Shannon均匀度指数较能表示指数与土壤理化因子间的相关；在B组,Simpson指数与指数1-D可用来表示指数间的相关性,Gini指数与Shannon指数、McIntosh指数及均匀度指数较能表示指数与土壤理化因子间的相关。7)比较同一指数在Biolog,DGGE,PLFA三种不同方法中的异同,除了BiologGP板、GN板,只有Shannon指数在A组各个不同处理和方法中有显著差异；除了BiologGP板、ECO板,只有McIntosh指数在B组各个不同处理和方法中有显著差异。本研究从不同角度评价了转基因品质改良大豆对土壤系统的影响。作为土壤微生态学研究内容,其结果对进一步研究转基因安全评价具有一定的积极意义。
【作者】刘根林；
【导师】杨永华；
【作者基本信息】南京大学，生物学，2012，博士
【关键词】转基因；大豆；根际；土壤；微生物群落；多样性指数；度量；

【参考文献】
[1]程启智.制造业上市公司审计意见影响因素研究[D].石家庄经济学院,会计学,2013,硕士.
[2]褚向阳.SPDY协议的研究与应用[D].中国地质大学（北京）,计算机科学与技术,2013,硕士.
[3]严亮.基于ANSYS的配电器箱体结构优化设计[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[4]李萌.消除精神贫困构建健康精神生活的对策探究[D].河北师范大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[5]黄智昊.三电平有源滤波器控制策略研究[D].哈尔滨工业大学,电气工程,2013,硕士.
[6]赵圣健.麦都思跨文化传播研究[D].辽宁大学,新闻学,2012,硕士.
[7]鲍德风.龙头企业与奶农利益机制问题的研究[D].内蒙古农业大学,农业经济管理,2004,硕士.
[8]万武南.分布式安全存储系统纠删码技术的研究[D].中国科学院研究生院（成都计算机应用研究所）,2006.
[9]马宾.济南地区绿色老年公寓设计研究[D].山东建筑大学,建筑技术科学,2013,硕士.
[10]王曦.老龄化背景下的城市家庭二代居居住方式选择研究[D].浙江工业大学,技术经济及管理,2012,硕士.
[11]葛斐,吴迪,陈实,江山立.电网检修试验限额自动监视软件设计[J].电力系统自动化,2006,08:104-105.
[12]李世政.RPM技术在雕塑中的研究与应用[D].厦门大学,软件工程,2014,硕士.
[13]潘章源.TAP1基因对断奶仔猪F18大肠杆菌抗性和部分免疫指标的效应分析[D].扬州大学,动物遗传育种与繁殖,2012,硕士.
[14]万晓玲.M112在胚胎干细胞多能性的维持以及分化过程中功能和机制的研究[D].苏州大学,免疫学,2014,硕士.
[15]徐晶.机械产品集成智能化设计系统的研究[D].扬州大学,2003.
[16]崔文辉.试论鲁迅报刊实践和新闻学说[D].河北经贸大学,新闻学,2012,硕士.
[17]贾敬平.重载十字轴式万向联轴器的运动仿真及结构优化[D].合肥工业大学,机械工程,2013,硕士.
[18]彭妍.Fenton试剂组合处理制药废水实验研究[D].西安建筑科技大学,市政工程,2013,硕士.
[19]杨思林.民居造型元素在动画场景设计中的应用研究[D].重庆大学,设计学,2014,硕士.
[20]张晓波.电动汽车发展对配电网的影响及接入技术要求[J].山东工业技术,2014,20:232+234.
[21]苑光耀.基于制造特征的数控加工在线检测技术研究[D].沈阳理工大学,机械电子工程,2013,硕士.
[22]冯锐.运动预处理通过上调GLT-1诱导脑缺血耐受[D].河北医科大学,神经病学,2014,硕士.
[23]王燕.试论民事诉讼证人拒证权[D].西南政法大学,民事诉讼法学,2012,硕士.
[24]张松男.吉林省四平市土地生态安全评价研究[D].东北农业大学,土地资源管理,2013,硕士.
[25]苗放,范敏,潘伟.以人为本的Web技术[J].成都理工学院学报,2002,04:458-464.
[26]张娟.种植密度和氮肥水平互作对冬小麦产量和氮素利用率的调控效应研究[D].山东农业大学,作物栽培学与耕作学,2014,博士.
[27]李巩.我国信托市场的经营模式与风险防范研究[D].吉林大学,金融学,2014,硕士.
[28]孙世昌.城市污水处理典型工艺N_2O的释放特征及减排策略研究[D].北京林业大学,生态环境工程,2014,博士.
[29]白灵.“分组体验式”体育教学法的实验研究[D].河北师范大学,学科教学,2014,硕士.
[30]谢可.我国住房公积金支持保障性住房建设研究[D].河北经贸大学,金融学,2014,硕士.
[31]胡平安.石墨烯类二维结构材料GaSe\GaS及其光电器件研究[A].中国仪表功能材料学会、重庆材料研究院、哈尔滨工业大学、《功能材料》期刊社.第八届中国功能材料及其应用学术会议摘要[C].中国仪表功能材料学会、重庆材料研究院、哈尔滨工业大学、《功能材料》期刊社:,2013:2.
[32]刘德高.移动对象连续k近邻查询处理技术研究[D].郑州大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[33]李克宾.核心稳定性训练对大学生脑干听觉诱发电位和事件相关电位的影响[D].山东师范大学,运动人体科学,2013,硕士.
[34]路立峰.两头尖巴布剂制备及质量标准的研究[D].山东大学,制药工程（专业学位）,2012,硕士.
[35]唐海先.腹泻患者艰难梭菌检测及分析[D].广州医科大学,临床检验诊断学,2014,硕士.
[36]徐露.基于数字电视条件接收系统的信息隐藏算法[D].华中科技大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[37]黄倩.经济周期性波动下的企业的资本结构和产品市场竞争关系研究[D].云南财经大学,产业经济学,2014,硕士.
[38]严娜.企业安全生产标准化建设立法研究[D].华东政法大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[39]刘蓉.近红外光谱分析中模型优化方法的初步研究[D].天津大学,测试计量技术及仪器,2003,硕士.
[40]程瑞军.列控系统混成行为的建模与验证方法[D].北京交通大学,2014.
[41]熊亮亮.TiO_2纳米晶的制备及在DSSC中的应用[D].哈尔滨理工大学,材料学,2012,硕士.
[42]钟小琴.基于订单整合的淘宝网共同配送模式研究[D].北京交通大学,2014.
[43]肖越.ARMS法在检测晚期肺腺癌不同小标本中EGFR基因突变的比较[D].南昌大学,内科学,2014,硕士.
[44]茆倩娣.论民法中的重大过失[D].苏州大学,民商法学,2012,硕士.
[45]罗艳梅.中国上市公司对外担保与财务困境研究[D].吉林大学,数量经济学,2004,硕士.
[46]马英华.冻存神经异体移植在大鼠坐骨神经损伤修复中应用的研究[D].承德医学院,肿瘤学,2011,硕士.
[47]董云亮.热解碳化硅外延生长石墨烯[D].广西师范大学,2012.
[48]韩华,程学权.北京山区公路地质灾害应急与防治对策[J].中国安全科学学报.2007(03)
[49]张玉国.我国高校竞技体育赛事资源优化配置研究[D].东北师范大学,体育教育训练学,2014,博士.
[50]孔德凌.《诗经》宴饮诗与周代礼乐文化的变迁[D].曲阜师范大学,中国古代文学,2004,硕士.