开花期转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：13903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，拟杆菌门，酸杆菌门，芽单胞菌门，放线菌门，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开花期油菜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，开花期，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 as experimental materials. Neither transgenic rape nor herbicide treatment had any effect on the richness and diversity of bacterial community in rhizosphere at maturity. There are five main phylum bacteria in the rhizosphere community, namely Proteobacteria, Bacteroidetes, Acidobacteria, Gemmatimonadetes, and Actinobacteria. There was no significant difference between transgenic rapeseed and non-transgenic receptor rapeseed treated with herbicides. 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 flowering stage, and did not cause potential ecological risk to rhizosphere soil ecosystem

Keywords: transgenic glufosinate-resistant rapeseed, flowering 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 8

4讨论 10

结论 11

参考文献 12

致谢 16

1 引言

现如今，随着转基因油菜大规模的商业化种植，人们也越发的关注其对环境是否存在危害作用^[1]。目前，对转基因油菜的环境安全研究范围有很多，但主要是集中在以下几个方面，第一是转基因油菜与近缘物种的基因流的相互影响，第二是其靶标害虫抗性作用，第三是对非靶标动植物多样性的影响，但截至目前，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。与非根际土壤相比，在根际土壤中的微生物群落数量占明显优势。土壤微生物作为重要的土壤有机质和土壤养分转化和循环的动力源泉，在许多方面发挥着重要作用，例如分解土壤有机质，参与腐殖质的形成，修复土壤有机物 以及参与多种如养分的转化与循环等生理生化功能^[2]，对土壤生态系统平衡、土壤环境净化以及生物修复等多方面也扮演着重要的角色^[3]。由此可知转基因作物在环境释放后，可能会通过以下几种方式来影响土壤微生物区的结构与组成，首先，是基因水平转移的方式，再者，是通过活性分泌物或残体中生化成分的变化，最后是大量使用除草剂的影响，从而导致整个生态环境发生变化^[4]。因此，进行有关转基因作物种植以及除草剂施用对土壤微生物影响的相关研究具有十分重要的生态学指导意义。

长期以来，研究者在转基因作物是否会对土壤微生物群落产生作用这一问题上存在着很大的异议。多数的研究认为转基因作物对土壤微生物影响非常小甚至没有影响，而且这种影响往往也是短暂的^[5-11]。例如Gyamfi等^[8]研究了对根际Eubacterial和Pseudomonas群落结构来说，转抗草胺膦基因油菜的种植以及除草剂的使用是否会对其产生作用，使其发生变化。研究结果显示，转基因植物的根际微生物群落由于转基因油菜的种植以及除草剂的使用而发生了很小的变异，但与作物生育期带来的变异相比，此变异就显得微不足道。Weinert等^[12]在时间不同、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，结果表面，转基因植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显著的。转Bt基因玉米MON88017也被证实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^[13]。但也有一些研究显示转基因油菜对根际微生物会造成一定的影响。Germida等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，但同时也指出这种影响与环境紧密相关且短暂出现。此外，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^[14-20]。由于受到各类因素的干扰，转基因作物是否对土壤中的微生物有所作用还不清楚，也不能证明转基因作物对其是否产生永久性危害^[12]。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。

此外，限于研究方法和检测技术，对土壤微生物群落结构的深入研究也较为困难。通过培养、分离、鉴定等传统方法无法对其进行深入的研究。近年来，变性梯度凝胶电泳（DGGE）、单链构象多态性(SSCP)及克隆文库等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，因此样品中微生物的全面信息无法得到。MiSeq测序技术能准确反映生物物种间的亲缘关系和差异，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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