目前水稻對土壤性質上有什么要求呢，要如何來推動現在水稻種植管理方式呢?本文是一篇農業科技論文。土壤是生態系統中物質循環和能量流動的主要承載體,為農業生產提供了最原始的生產資料。隨著轉基因技術的快速發展,轉基因水稻的研究雖取得了巨大的進步,獲得了一大批抗蟲、抗病、抗除草劑和優質高產的品種,但由于種植面積的不斷擴大,轉基因水稻的外源表達產物能夠通過植物殘體和根系分泌物進入土壤生態系統中,可能影響生態系統的穩定性。

　　摘要：土壤微生物是維持土壤生物功能的重要組成部分,參與有機質分解、腐殖質形成、養分轉化和循環等多種土壤生化過程。微生物功能和群落結構的變化是土壤環境評價不可缺少的重要生物學指標。ANGLE曾強調轉基因作物風險評價的重點是土壤微生物,因為它們是檢測土壤生物種群變化的最敏感指標。

　　關鍵詞：水稻,土壤性質,農業科技論文

　　1轉基因水稻外源物質在土壤中的存留規律

　　目前普遍認為轉基因作物外源物質進入土壤的途徑主要有2條:一是通過轉基因作物遺留在田間的植株殘體及花粉向土壤中釋放,這是外源蛋白進入土壤的主要途徑。二是通過轉基因植物根系分泌物進入土壤。如秸稈還田的耕作方式為外源蛋白進入土壤提供了有利的條件[46-55]。Bt蛋白通過根的分泌作用而進入土壤,已經在很多轉基因作物(如Bt抗蟲棉,抗蟲玉米等)的研究中有報道,并且其在土壤中的含量各不相同[5,7,47,56-57]。WANG等[58]通過3年的田間和水培實驗,利用酶聯免疫反應的方法,研究了兩個轉Bt水稻“明恢63”和“汕優63”中釋放的Cry1Ab/1Ac蛋白在土壤中的積累和轉移變化。研究發現在水稻生長期,種植轉Bt基因水稻的稻田水中能檢測到Cry1Ab/1Ac蛋白,而種植非Bt水稻稻田水中未檢測到該蛋白,并且在轉Bt水稻根際土壤中該蛋白的含量達到149ng/g,明顯高于非Bt水稻根際土壤中基本水平。盆栽種植實驗結果也證明了轉Bt基因水稻能通過根系分泌物向土壤中導入殺蟲晶體蛋白,而且不同生長期的含量不同[49,51-52,54,59]。另外,王洪興等[60]在實驗室條件下將轉Bt基因水稻秸稈埋入土壤后發現在其降解過程中,Bt毒蛋白濃度在前兩周迅速下降,隨后降解速度變慢,17~53d期間Bt濃度基本維持在6728~6196ng/g的水平[61-62],說明了轉基因外源物質可以通過植物殘體進入土壤,而且其導入量明顯大于根系分泌的導入量,這也驗證了轉基因作物植株殘體向土壤中釋放外源物,這是外源物進入土壤的主要途徑。也有報道Cry1Ab蛋白在轉Bt水稻整個生長過程中,會在根際土壤中積累[63]。

　　農業論文：《中國水稻科學》，《中國水稻科學》創刊于1986年，為中國水稻研究所主辦的學術性雙月刊?！吨袊究茖W》還辦有姊妹刊《Rice Science》(英文版)，接受國內外作者的投稿。《中國水稻科學》為中國水稻研究所主辦的全國性水稻科學學術性期刊。雙月刊，國內外公開發行。刊登以水稻為研究對象的未經發表的專題研究報告、學術論文、綜述、新技術新方法研究成果、學術活動簡訊等。

　　2轉基因水稻對土壤理化性質的影響特點

　　土壤是植物生長發育的主要載體,土壤理化性質是評價土壤質量的重要指標[64]。土壤的理化性質一般分為土壤物理性質和土壤化學性質,土壤物理性質包括土壤pH值,含水率,電導率等;土壤化學性質則包括土壤中各元素的含量(其中最主要是N,P,K這三大養分)和土壤酶性質[65]。根際是植物與土壤最直接的相作區域,土壤中很多難溶的養分元素,可通過植物根系分泌物的作用轉化為有效養分。當外源基因插入后,轉基因植物根系分泌物的化學組分和含量極有可能發生變化[66],從而對土壤理化性質如團聚體的大小和分布、pH、陽離子交換量及吸附性能產生影響[50,52,54]。另外,轉基因植物在農藝性狀和化學成分等方面與親本非轉基因植物之間也會存在較大甚至顯著差異[55,67-69],這些差異可能會使植物組織在土壤中的自然降解、土壤有機質含量等方面發生變化,從而影響土壤理化性質[50,52,54]。有研究表明,與非轉基因親本相比,克螟稻(轉Bt水稻)根系分泌物中有機酸(主要為酒石酸)的含量顯著降低[70],導致作物根系土壤pH值升高,進而影響對酸性pH值敏感的微生物調控過程(如硝化作用)的速率和土壤營養元素的釋放[52,54]。此外,種植轉Bt基因水稻后,土壤酶活性發生了顯著變化,且變化幅度與土壤酶的類型以及轉Bt基因水稻所處的生長發育的階段有關[59];與非轉基因對照組相比,轉Bt基因水稻種植15d,土壤脲酶活性降低了247%,土壤酸性磷酸酶活性提高了891%,土壤芳基硫酸酯酶活性有所下降,而脫氫酶活性有所增加,但差異不顯著[49,53,55,59,69]。吳偉祥等[71-74]相繼報道了水淹條件下轉Bt基因水稻(克螟稻)秸稈還田對土壤酶活性的影響,其研究結果表明,與同期的親本水稻秸稈相比,孕穗期和成熟期克螟稻秸稈對磷酸酶活性的影響不大,但對脫氫酶活性的影響非常顯著,并且存在差異;而在非水淹條件下,克螟稻秸稈還田對土壤蛋白酶、中性磷酸酶、脲酶活性和土壤呼吸強度雖然沒有顯著性影響,但在培養過程中前63d內土壤脫氫酶活性明顯高于對照處理,之后兩種秸稈處理間的土壤脫氫酶活性差異逐漸消失[49]。也有一些文獻報道,轉基因水稻對土壤理化性質沒有明顯影響。LIU等[75]報道,在整個生長過程中,轉基因水稻植株對根際土壤酶活性和微生物組成沒有影響。WEI等[76]利用DGGE法,通過分析了轉Bt基因和非轉基因水稻生長發育各時期的土樣,結果表明,轉基因水稻對土壤脫氫酶、蔗糖酶、多酚氧化酶、酸性磷酸酶、脲酶以及酵素均沒有顯著性影響。從以上的這些研究結果可以看出,轉基因水稻對土壤理化性質的影響還沒有確切性的結論,這也體現了轉基因水稻對土壤理化性質影響的復雜性以及對這方面風險評價的必要性。

　　3轉基因水稻對土壤動物的影響特點

　　土壤動物是土壤生態系統的重要成員,扮演著土壤物質循環、提高土壤肥力、改善土壤理化性質、維護土壤生物群落的角色,同時也在土壤質量評價、污染監測、污染土壤的生物修復等方面發揮著重要作用。然而,轉基因作物向土壤中產生的外源物質(如Bt蛋白)很容易與土壤活性顆粒集合,在土壤中持續保留[77],并且Bt毒素能夠從非靶標物種傳遞到更高營養級生物[78],因而可能對土壤動物產生毒害,進而影響土壤生態系統的穩定。吳剛[79]等以“華恢1號”為實驗材料,研究了轉Bt基因水稻對土壤跳蟲、線蟲和螨類種群數量的影響,結果表明,轉Bt基因水稻可顯著降低長角跳科長角跳屬跳蟲、中桿屬線蟲和尖棱甲螨科尖棱甲螨屬螨類種群數量,能顯著增加等節跳科原等屬跳蟲、鉤唇屬線蟲種群數量,而對其他屬的跳蟲、線蟲和螨類種群數量無顯著影響。戚琳[80]等通過研究轉基因水稻HH1,T2A1,T1C19對土壤微生物學性質及線蟲數量群落組成和生態指標的影響,指出不同轉Bt水稻品種對土壤線蟲數量營養類群組成、植物寄生線蟲成熟度指數均沒有顯著影響;而轉Bt水稻T2A1和HH1結構指數SI均顯著增加,這些結果表明,轉Bt水稻對土壤生態系統結構和功能在短期內有顯著影響。BAI等[81]進行了大田和實驗室評價后,揭示轉Bt水稻對彈尾目昆蟲及其天敵沒有負面影響。從目前的研究結果可以看出,轉Bt水稻對土壤動物的影響可能存在選擇性,不同類型的土壤動物所受影響各異。

　　4轉基因水稻對土壤微生物的影響特點

　　當土壤中的生物體通過捕食、競爭或共生等相互影響,使敏感生物的快速反應達到一定程度后,會引起其他生物的連鎖反應,從而影響整個土壤生態系統[69,82-83]。目前最常用于土壤微生物多樣性和生態學的技術主要有:變性梯度凝膠電泳(denaturinggradientgelelectrophoresis,DGGE)[6,85]、擴增性核糖體DNA限制酶切片段分析(amplifiedribosomalDNArestrictionanalysis,ARDRA)[86]和末端限制性酶切片段長度多態性(terminalrestrictionfragmentlengthpolymorphism,TRFLP)[87]。這些技術和方法的采用,使得在土壤微生物多樣性、微生物種群的結構和功能、土壤微生物與污染土壤的相互作用及影響等多領域的研究上得以突破,為評價轉基因作物對土壤微生物的影響提供了有力的技術支撐。近年來,轉基因水稻對土壤微生物的影響常見報道。陳曉雯等[88]通過PCRDGGE和Biolog技術分析了轉Bt基因水稻對土壤微生物群落結構及功能的影響,結果表明,在水稻不同生育期,轉Bt基因水稻與其對照對土壤細菌數量、土壤微生物遺傳多樣性及功能多樣性的影響存在一定差異,但這種差異并不持久。GLANDORF等[89]研究發現,由于抗真菌和細菌蛋白會殘留在根際土壤中,腐生型土壤細菌的數量會受到影響,導致轉Bt基因作物在一定程度上改變土壤微生物的群落構成、微生物數量及其活性[49]。王洪興等[60]研究了轉Bt基因水稻秸稈降解對土壤真菌和細菌所產生的影響,結果表明轉Bt基因水稻秸稈降解會顯著增加這兩種菌類,而會顯著降低放線菌和反硝化細菌活性。此外,還有研究表明轉Bt基因水稻秸稈對水田土壤反硝化細菌和產甲烷細菌種群的抑制作用顯著,對厭氧發酵細菌種群具有明顯的刺激作用,但對厭氧固氮細菌種群的刺激作用卻低于顯著水平[90]。轉基因作物之所以會對特定微的土壤生物產生顯著影響,可能是因為轉基因植株的生理生化特性以及表達產物化學和生物學特性的改變而造成的[91-93]。有些研究表明,轉基因水稻對土壤微生物沒有影響或影響不顯著。CHUN等[94]通過TRFLP的方法對原卟啉氧化酶抑制劑類除草劑轉基因水稻(PPOtransgenicrice)有關細菌和真菌群體進行了評價,研究發現在轉基因稻和非轉基因稻間并未發現存在微生物群落組成和多樣性指數差異,從而表明轉基因作物對稻田土壤微生物群落沒有負面影響。呂新等[95]研究表明外源抗真菌基因的導入對水稻根際土壤中真菌群落數量和群落結構均沒有明顯影響。也有報道雖然轉Bt水稻對微生物沒有負面影響,但是對土壤真菌群體的組成有顯著差異,意味著轉Bt水稻對非靶標微生物有潛在的影響[75,96-97]。

　　5結語

　　近年來國內外也有很多轉基因水稻對土壤生態系統的影響的相關的報道,因此本文從轉基因水稻外源物質在土壤中的存留規律,以及對土壤理化性質、土壤動物和土壤微生物的影響特點等方面進行了綜述。結果發現,轉基因水稻對土壤生態系統是否會產生顯著影響仍沒有確切定論。產生這種現象的可能原因有:(1)轉入水稻的基因有所不同,不同的外源基因所表達的外源產物可能對土壤生態系統的影響各異;(2)現有研究的條件不同,有的在實驗室條件下而有的在大田環境下,這也可能導致不同的結果;(3)轉基因水稻不同時期表現的特征存在差異,從而出現不同的研究結果。綜上所述,今后研究轉基因水稻對土壤生態系統影響時,應該長期跟蹤和監測轉基因水稻釋放在土壤中的外源物質的存留和積累規律,根據《農業轉基因生物安全評價管理程序》,一般要監測3~6年;擴大土壤理化性質的研究范圍,這些理化性質還應該包括土壤結構、持水性、侵蝕性以及鹽堿化等方面。進而更為全面的評價轉基因水稻對土壤理化性質的影響;轉基因水稻對土壤生物的影響方面,對土壤微生物進行的長期定位研究,對土壤動物進行生殖毒理學研究,通常需要檢測4代。只有通過這樣全方位、系統化的評價轉基因水稻對土壤生態系統的影響,才可能使轉基因水稻對其負面影響減少到最低限度。