成熟期转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：16403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高通量测序方法研究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成熟期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, 芽单胞菌门Gemmatimonadetes, 疣微菌门Verrucomicrobia，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成熟期油菜根际土壤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，成熟期，根际细菌群落结构，高通量测序

Abstract：Although transgenic crops have brought great economic benefits to agricultural production, their potential impact on the ecological environment has also aroused widespread concern. The effects of transgenic rapeseed (Brassica napus L.) on bacterial communities in rhizosphere soil were studied by Illumina MiSeq high-throughput sequencing using winter transgenic rapeseed (bar) and its receptor rape (Brassica napus L.) as experimental materials. Neither transgenic rape nor herbicide treatment had any effect on the richness and diversity of bacterial community in rhizosphere at mature stage. There are five main phyllobacteria in rhizosphere bacterial community, namely, Proteobacteria, Bacteroidetes, Acidobacteria, Gemmatimonadetes, Verrucomicrobia. There is no significant difference between the three treatments of transgenic rapeseed, transgenic rapeseed with herbicide and non-transgenic receptor rapeseed. In conclusion, the application of herbicide-resistant gene Z7B10 and herbicide glyphosate did not significantly affect the bacterial community structure in rhizosphere soil of Brassica napus at mature stage, and did not cause potential ecological risk to rhizosphere soil ecosystem.

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

目 录

1引言 4

2材料与方法 5

2.1供试材料 5

2.2试验设计 5

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 6

2.5数据统计与分析 6

3结果与分析 6

3.1测序结果的质量分析 6

3.2细菌群落多样性分析 7

3.3土壤细菌群落组成 7

4讨论 9

结论 11

参考文献 12

致谢 16

1 引言

转基因油菜的基因组中含有来自于各种生物的外源基因，油菜的某些遗传特性可以被这些外源基因所改变，由此培育出高产高抗性的新品种^[1]。二十世纪九十年代以来，转基因油菜被大量种植。与此同时，转基因油菜的安全性问题得到了广泛关注^[2]。截至目前，我国关于转基因油菜对根际土壤微生物的影响的研究报道还较为罕见。

根际是根的表面与贴近根的土壤之间的界面，根际处微生物种类繁多，微生物区系中生物的种类和数量受根的存在的影响。根际微生物在土壤有机质和土壤养分（C、N、P和S等）转化和循环过程中发挥着重要的作用，同时根际微生物参与了形成腐殖质、分解土壤中的有机物质、循环和转化营养组分等多种生理生化过程^[3]，对于修复土壤有机物^[4]、植物修复重金属污染土壤^[5,6]、污染水体植物修复^[7]等方面扮演着举足轻重的角色。转基因作物在生态环境中种植后，通过侧向基因转移、根系活性分泌物或残体中生化成分的改变以及除草剂的大量施用等多种方式影响土壤微生物区系的组成和结构，进而影响整个土壤生态系统的功能的可能性非常大^[8]。因此，开展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具有重要的生态学意义。

长期以来，关于转基因作物对土壤微生物群落是否有影响的问题，有着非常大的争议。大量的研究显示，转基因作物对土壤微生物影响非常小甚至没有影响，并且产生的影响往往也是短时间的^[9-15]。例如Gyamfi等^[12]探究了使用除草剂以及种植转抗草胺膦基因油菜对根际Pseudomonas和Eubacterial群落结构是否有影响。研究结果显示，转基因植物的根际微生物群落发生了很小的变异，但是此研究发生的变异现象和植物生育阶段带来的变异相比较是非常微弱的。Weinert等^[16]在时间不同和地质不同的条件下种植积累玉米黄素的转基因土豆，利用DGGE方法分析根际微生物的种类，结果表明，转基因作物对根际微生物群落的影响相对不同地质和不同时间的影响来说也是不太明显的。转Bt基因玉米MON88017也被验证了在连续三年种植过程中都没有发现对根际微生物有显著影响^[17]。但是有少量的研究表明了转基因油菜对根际微生物也会造成一定的影响。Germida等也研究了转基因油菜，并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很明显的对土壤微生物群落多样性产生了改变，但同时也指出这种影响与环境密切相关且只是短暂出现。此外，也有研究表明越冬后转基因油菜和非转基因油菜的土壤微生物群落之间并未产生差异^[18-24]。由于受到各种因素的干扰，转基因作物对土壤微生物的影响至今暂无定论，同时综合各项研究也并未发现种植转基因作物会对土壤微生物群落产生永久性的危害^[16]。但是由于土壤微生物受到众多方面的影响和作用，在转基因作物大量在田间释放前，仍应进行精确评估土壤微生物群落的影响以避免产生非预期的环境生态效应。

除此之外，由于检测技术和研究方法有限，对土壤微生物群落结构的更深层次的研究是非常有难度的。通过传统的分析方法无法对其进行深入的研究。近些年，随着一系列分子指纹分析方法的发展，如变性梯度凝胶电泳（DGGE）、单链构象多态性(SSCP)及克隆文库等技术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，没有办法得到实验样品中土壤微生物的全面信息。MiSeq测序能全面、客观地反映样品中微生物群落结构的基本特征。

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