转BADH基因玉米对土壤理化性质及微生物多样性的影响

转BADH基因玉米对土壤理化性质及微生物多样性的影响

论文摘要

随着转基因农作物的迅速发展及大量种植,使得越来越多的人开始关注转基因食品的环境安全问题。转甜菜碱醛脱氢酶(Betaine Aldehyde Dehydrogenase,BADH)基因玉米BZ-136能够有效地使玉米耐受盐碱胁迫,从而提高玉米在盐碱土中种植产量。转基因作物的代谢产物可通过根系分泌物或植物残体直接进入土壤,造成一定的环境风险。本研究通过盆栽试验,将玉米分别种植于中性和碱性土壤中,在苗期,拔节期,开花期和成熟期对根际土壤和玉米根部进行取样,测定了转基因玉米BZ-136,亲代非转基因玉米Zheng58和常规自交系玉米U8112根际土壤理化性质、酶活性和细菌群落多样性以及转基因玉米BZ-136和亲代非转基因玉米Zheng58根部丛枝菌根真菌侵染率和根际丛枝菌根真菌群落多样性的差异。本研究获得主要结果如下:(1)转BADH基因玉米对土壤理化性质的影响转BADH基因玉米BZ-136在某些生长时期对土壤电导率、有机碳和全氮等理化性质存在短暂的影响,其差异具有时期性,例如:对于土壤全氮含量,在中性土壤种植条件下,BZ-136在苗期显著低于Zheng58,在拔节期显著高于Zheng58。在碱性土壤种植条件下,BZ-136在拔节期显著低于Zheng58。(2)转BADH基因玉米对土壤酶活性的影响BZ-136根际土壤脲酶活性在碱性土壤中从拔节期到成熟期显著高于非转基因玉米。BZ-136根际土壤碱性磷酸酶活性在中性土壤中开花期和成熟期显著低于非转基因玉米Zheng58和U8112。根际土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性几乎无显著性差异或仅在某一个生长时期存在显著性差异。(3)转BADH基因玉米对土壤细菌群落多样性的影响基于对根际土壤细菌的16S rRNA高通量测序显示,三个玉米品系细菌群落组成相似。基于OTU水平的NMDS和聚类分析显示,根际土壤中的细菌群落结构受土壤类型和生长时期的影响显著,玉米品系对土壤细菌群落无显著影响。(4)转BADH基因玉米对根部丛枝菌根真菌侵染率的影响在中性和碱性土壤中,BADH转基因玉米BZ-136的菌丝,囊泡和总AMF的侵染率仅在拔节期显著低于非转基因亲本玉米Zheng58(p<0.05)。基于ANOVA分析显示,转BADH基因玉米对根部丛枝菌根真菌的侵染率无显著影响。(5)转BADH基因玉米对土壤丛枝菌根真菌群落多样性的影响基于对根际土壤丛枝菌根真菌的18S rRNA高通量测序显示,BZ-136与Zheng58在属水平上群落组成相似,在种水平上存在一些差异。基于OTU水平的NMDS和聚类分析显示,转BADH基因玉米对根际丛枝菌根真菌的群落结构无显著影响。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 前言
  •   1.1 转基因作物的发展与现状
  •     1.1.1 转基因作物
  •     1.1.2 转基因作物的发展
  •     1.1.3 转基因作物的环境风险
  •   1.2 转基因作物安全性评价方法
  •     1.2.1 转基因作物对土壤理化性质的影响
  •     1.2.2 转基因作物对土壤酶活的影响
  •     1.2.3 转基因作物对土壤微生物的影响
  •   1.3 盐碱土现状与耐盐碱转基因作物
  •     1.3.1 盐碱土现状
  •     1.3.2 盐碱土改良措施
  •     1.3.3 耐盐碱转基因作物
  •   1.4 土壤微生物多样性研究进展
  •     1.4.1 土壤微生物研究方法
  •     1.4.2 土壤微生物多样性的影响因素
  •   1.5 研究目的和意义
  •   1.6 研究内容及技术路线
  •     1.6.1 研究内容
  •     1.6.2 技术路线
  •   1.7 研究的创新点
  • 2 材料与方法
  •   2.1 试验材料
  •     2.1.1 供试玉米品种与土壤
  •     2.1.2 试验设计
  •   2.2 主要仪器
  •   2.3 根际土壤理化性质的测定
  •     2.3.1 土壤pH和电导率的测定
  •     2.3.2 土壤有机碳的测定
  •     2.3.3 土壤全氮的测定
  •     2.3.4 土壤碱解氮的测定
  •     2.3.5 土壤速效磷的测定
  •     2.3.6 土壤速效钾的测定
  •   2.4 根际土壤酶活性的测定
  •     2.4.1 土壤脲酶活性的测定
  •     2.4.2 土壤蔗糖酶活性的测定
  •     2.4.3 土壤过氧化氢酶活性的测定
  •     2.4.4 土壤磷酸酶活性的测定
  •   2.5 玉米根部丛枝菌根真菌侵染率的测定
  •     2.5.1 丛枝菌根真菌侵染镜检
  •     2.5.2 丛枝菌根真菌侵染率的计算
  •   2.6 根际土壤微生物多样性的测定
  •     2.6.1 土壤总DNA的提取
  •     2.6.2 PCR扩增
  •     2.6.3 Illumina高通量测序
  •     2.6.4 生物信息学分析
  •   2.7 数据分析
  • 3 结果与分析
  •   3.1 转BADH基因玉米与非转基因玉米根际土壤理化性质的比较分析
  •     3.1.1 转BADH基因玉米对根际土壤pH的影响
  •     3.1.2 转BADH基因玉米对根际土壤电导率的影响
  •     3.1.3 转BADH基因玉米对根际土壤有机碳的影响
  •     3.1.4 转BADH基因玉米对根际土壤全氮的影响
  •     3.1.5 转BADH基因玉米对根际土壤碱解氮的影响
  •     3.1.6 转BADH基因玉米对根际土壤速效磷的影响
  •     3.1.7 转BADH基因玉米对根际土壤速效钾的影响
  •   3.2 转BADH基因玉米与非转基因玉米根际土壤酶活性的比较分析
  •     3.2.1 转BADH基因玉米对根际土壤脲酶活性的影响
  •     3.2.2 转BADH基因玉米对根际土壤蔗糖酶活性的影响
  •     3.2.3 转BADH基因玉米对根际土壤过氧化氢酶活性的影响
  •     3.2.4 转BADH基因玉米对根际土壤磷酸酶活性的影响
  •   3.3 转BADH基因玉米与非转基因玉米根际土壤细菌群落多样性的比较分析
  •     3.3.1 Alpha多样性分析
  •     3.3.2 细菌群落结构分析
  •     3.3.3 细菌群落物种组成分析
  •     3.3.4 转基因玉米与环境因子和根际细菌之间的关系
  •   3.4 转BADH基因玉米与非转基因玉米根及根际丛枝菌根真菌的比较分析
  •     3.4.1 转BADH基因玉米对根部丛枝菌根真菌侵染率的影响
  •     3.4.2 转BADH基因玉米对根际土壤中丛枝菌根真菌群落多样性的影响
  • 4 讨论
  •   4.1 转BADH基因玉米种植对土壤理化性质的影响
  •   4.2 转BADH基因玉米种植对土壤酶活性的影响
  •   4.3 转BADH基因玉米种植对土壤细菌的影响
  •   4.4 转BADH基因玉米种植对丛枝菌根真菌的影响
  • 5 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 白鑫

    导师: 曲娟娟

    关键词: 基因,玉米,风险评价,微生物多样性,酶活性,理化性质

    来源: 东北农业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,农业科技

    专业: 生物学,农业基础科学,农业基础科学,农艺学,农艺学,农作物

    单位: 东北农业大学

    分类号: S513;S153;S154.3

    总页数: 71

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