抽苔期转bar基因油菜对根际土壤细菌群落多样性的影响

论文总字数：15312字

摘 要

尽管转基因作物为农业生产带来了巨大的经济效益，但其对生态环境的潜在影响也引起人们的广泛关注。本研究以冬性转抗草胺膦基因（bar）油菜及其受体油菜为试验材料，采用Illumina MiSeq高通量测序的方法研究了抽苔期转基因油菜对根际土壤细菌群落的影响。α多样性结果显示，转基因油菜和施用除草剂处理都未对根际细菌群落丰富度和多样性产生影响。根际细菌群落中主要存在5个门类细菌，分别为变形杆菌门Proteobacteria，拟杆菌门Bacteroidetes，酸杆菌门Acidobacteria，放线菌门Actinobacteria，芽单胞菌门Gemmatimonadete，且这些优势菌门在转基因油菜、施用除草剂的转基因油菜以及非转基因受体油菜三种处理间没有显著性差异。综上所述，种植转抗除草剂基因油菜Z7B10和除草剂草胺膦的施用未对抽苔期根际细菌群落结构产生显著影响，不会对根际土壤生态系统造成潜在的生态风险问题。

关键词：抗草胺膦转基因油菜，抽苔期，根际细菌群落结构，高通量测序

Abstract：Although genetically modified crops bring huge economic benefits to agricultural production, its potential impact on the ecological environment has also aroused widespread concern. In this study, winter transgenic rapeseed (bar) and its receptor were used as experimental materials. Illumina MiSeq high throughput sequencing was used to study the effect of transgenic rapeseed on rhizosphere soil bacterial community during bolting stage. The results of alpha diversity showed that neither transgenic rapeseed nor herbicide treatment had any effect on the richness and diversity of rhizosphere bacterial community. There are five main types of bacteria in rhizosphere bacterial community: Proteobacteria, Bacteroidetes, Acidobacteria, Gemmatimonadetes, Actinobacteria. There is no significant difference among the three dominant groups in transgenic rapeseed, herbicide-treated transgenic rapeseed and non-transgenic receptor rapeseed. In conclusion, the application of Z7B10 and glyphosate did not significantly affect the rhizosphere bacterial community structure during the bolting stage, and did not cause potential ecological risk problems to the rhizosphere soil ecosystem.

Keywords：transgenic glufosinate-resistant rapeseed, bolting stage, rhizosphere bacterial community structure, high-throughput sequencing

目 录

1引言 5

2材料与方法 6

2.1供试材料 6

2.2试验设计 6

2.3根际土壤的收集与DNA的提取 6

2.4细菌16S rDNA序列扩增和MiSeq测序 7

2.5数据统计与分析 7

3结果与分析 7

3.1测序结果的质量分析 7

3.2细菌群落多样性分析 8

3.3土壤细菌群落组成 8

4讨论 10

结论 12

参考文献 13

致谢 16

1 引言

转基因植物的大面积种植给生态环境带来了一定的风险。如对非目标生物产生不利影响，产生新的病毒，破坏生物多样性等等^[1]。当今，虽然转基因油菜的环境安全研究很多，但是转基因油菜对根际土壤微生物的影响的报道还很少。

根际是一种微环境，它受到植物根系的一些活动的影响。在根际的一些过程中是与土壤中不同的，例如一些化学条件和生物化学过程^[2]。根际微生物对土壤生态系统平衡、土壤环境净化以及生物修复等方面发挥重要作用^[3]。转基因作物通过环境释放后，有很多种方式影响土壤微生物区系，而对区系的影响又会影响整个土壤生态系统^[4]。因此，对转基因作物种植以及除草剂施用对土壤微生物影响的研究在生态学上是非常有意义的。

土壤微生物在土壤组成中非常重要，其在土壤中发挥着降解有机物、固定营养物质等重要作用。转基因作物大量种植后，可能会在某些方面对土壤中微生物产生一定的影响^[1,5]。截止今天，科学家们对于转基因作物是否影响土壤微生物群落这个问题仍无法给出定论。多数研究表明转基因作物对土壤微生物影响很小，而且这种影响往往也是短暂的^[6-12]。例如Gyamfi等^[9]研究了转抗草胺膦基因油菜的种植以及除草剂的使用是否会对根际群落的结构产生作用。结果发现，其根际微生物群落仅有很小变异，但与植物生育期相比，这种变异还是非常微弱的。李孝刚等^[5]探讨了种植转基因抗虫棉对其根际土壤微生物群落的影响。结果发现与常规棉田相比，转基因抗虫棉的种植对微生物群落并无显著性影响。但也有研究结果相反，其结果是转基因油菜对根际微生物会造成一定的影响。加拿大萨省大学的Germida教授课题组对转基因油菜进行了多年和多地区种植试验，结果表明转抗除草剂基因油菜的种植确实显著改变了土壤微生物群落多样性。另外，研究也表明了越冬后转基因油菜的土壤微生物群落与非转基因油菜的土壤微生物群落之间不存在差异^[13-20]。土壤微生物会不会因转基因作物而改变至今尚无定论，同时也没有任何研究显示种植转基因作物会对土壤微生物群落产生永久性的危害^[13]。但是考虑到影响土壤微生物的途径众多，在转基因作物田间释放前，仍应对土壤微生物群落的影响进行评估以避免产生非预期的环境生态效应。

由于研究方法和检测技术的限制，对土壤微生物群落结构的深入研究也较为困难。只是按照一般的传统方法如：培养、分离、鉴定等无法对其进行深入的研究。近年来，虽然一系列分子指纹分析方法被广泛应用于微生物多样性研究，但这些方法都有各自的局限性，无法在样品中获得微生物的全面信息。MiSeq测序与指纹分析方法相比有许多优势，它是基于rRNA小亚基基因的特点，即其在功能上具有高度保守性，其不同位点序列具有高变性，正是因为这个特点它能够反映生物物种间是否具有亲缘关系，并且能非常全面并很客观地反映样品中微生物群落结构的基本特征。

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