转植酸酶基因（PhyA2）玉米的种植及秸秆还田对土壤氮磷钾含量的影响

2022-03-04 08:27:19 | 浏览次数：

摘要：研究了转植酸酶基因玉米10TPY005、蠡玉35、郑单958生育期根际土壤和秸秆还田后氮磷钾含量的变化，结果表明，转植酸酶玉米在不同生育期及秸秆还田后对土壤氮、磷、钾含量没有明显影响。

关键词：转植酸酶基因玉米；土壤氮磷钾

中图分类号：S513.061 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2014）04-0069-03

随着国家转基因重大专项的开展，越来越多的转基因作物进入到大田释放安全检测阶段[1]。转基因作物的生态风险评价受到了广泛的重视[2，3]。转植酸酶玉米是一种应用生物工程学手段得到的新品种。用该玉米作饲料能够有效提高饲料中植酸磷的利用率，减少动物粪便中磷的排泄，不仅保护了环境而且还能减少动物饲料中磷的添加，降低成本。

但是，转基因农作物的种植一直存在着广泛的争议。转基因农作物种植的安全性问题是广受关注的焦点。根系是植物吸收、转化和储存营养物质的重要器官[4，5]，根系土壤中氮磷钾的含量直接影响着地上部的生长及作物产量，因此研究转基因玉米根系土壤氮磷含量对揭示转植酸酶玉米对环境的影响有着重要的意义[6，7]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

转PhyA2基因玉米10TPY005由奥瑞金公司提供，蠡玉35 和郑单958购自当地种子公司。

1.2 主要试剂

硫酸钾（K2SO4，化学纯）、硫酸铜（CuSO4·5H2O）、硒粉、浓硫酸（1.84 g/mL，化学纯）、NaOH（化学纯）、溴甲酚绿、甲基红、无水乙醇（化学纯）、硼酸（H3BO3，分析纯）、硼砂（Na2B4O7·10H2O，分析纯）、1 mol/L盐酸、氯化钾（KCl，分析纯）、2 g/L 2，4-二硝基酚、钼酸铵[（NH4）5Mo7O24·4H2O，分析纯]、酒石酸锑钾[K（SbO）C4H4O6·1/2H2O，分析纯]、抗坏血酸（C6H8O5，左旋，旋光度+21°～+22°，分析纯）、磷酸二氢钾（KH2PO4，分析纯）。

1.3 主要仪器

半微量定氮蒸馏装置、凯氏烧瓶（100 mL）、锥形瓶（150 mL）、银坩埚、分光光度计、高温电炉、容量瓶（50 mL）、火焰光度计。

1.4 试验设计

试验在山东省农业科学院济南试验田进行。土壤为褐土，有机质含量2.862%，pH值8.0，小区长100 m，宽3 m，面积300 m2。采用随机区组设计，重复3次。小区之间设立1 m宽的隔离带。试验田四周300 m为菜田，周围设立围墙防止试验区对周围环境的污染。分别于苗期、拔节期、抽雄期、抽丝期和乳熟期采样，秸秆还田后，每周采样1次，连续采样5次。

1.5 试验方法

采用5点采样法，用土壤采样器采集0～20 cm根际土，去除杂草、枯枝败叶和石块砖块，每个样本重复5次混合为一个土样，放入提前准备好的冰盒中。每个玉米品种的土壤采样重复3次。

将收获后的玉米秸秆各部分剪成碎段混合，用粉碎机粉碎成<1.5 cm碎片，分别均匀撒入各地块（秸秆1 kg/m2），人工翻耕使之与0～20 cm土层混合均匀。

将采集的土壤进行含水量的测定，后置于阴凉通风处晾干。用研钵研成粉末过200目筛子，收集粉末进行氮磷钾含量的测定。

氮、磷、钾含量的测定分别采用中华人民共和国林业行业标准LY/T 1288-1999、LY/T 1232-1999、LY/T 1234-1999的方法进行。

2 结果与分析

2.1 生育期三种玉米根际土壤氮磷钾含量的变化

生育期三种玉米根际土壤氮、磷、钾含量变化如图1 所示。在玉米的生育期内，三种玉米土壤氮含量呈现不同的趋势。转植酸酶玉米的土壤氮含量呈现抽雄期前逐渐升高，抽雄期后逐渐降低的趋势；蠡玉35拔节期前升高，后逐渐下降，抽雄期后又逐渐上升；郑单958拔节期前氮含量下降，之后虽有波动但总体呈增高趋势。总体看整个生育期氮含量变化平稳，3个品种间差异没有明显的规律性。

生育期三种玉米根际土壤磷含量变化平稳，不同生育期磷含量略有变化，在苗期和抽丝期三种玉米差异较大，中间生育期差异不大，郑单958在抽丝期磷含量明显高于其他两种玉米。

生育期三种玉米根际土壤钾含量的波动较大，呈现不同的变化趋势：转植酸酶玉米苗期和抽雄期含量较高，其他生育期含量降低；蠡玉35从苗期至拔节期变化不大，但之后钾含量不断升高，到抽丝期开始下降；郑单958在抽雄期钾含量最低，抽丝期升高，乳熟期又降低。最终三种玉米在乳熟期钾含量相当。

图1 生育期三玉米品种根际土壤

氮磷钾含量变化图

2.2 三种玉米秸秆还田后土壤氮磷钾含量的变化

如图2所示，随着玉米秸秆降解天数的增加，三种玉米氮含量呈现不同的变化趋势：植酸酶玉米在4周之前氮含量变化不大，4周后迅速下降，至5周时土壤氮含量比初始氮含量低；蠡玉35在3周后含量上升；郑单958则在4周之前一直呈降低趋势，4周后升高，至5周时仍不及1周时含氮量高。

三种玉米磷含量在秸秆还田后的5周内均未出现明显的波动，变化不大。

钾的含量则出现了较大幅度的波动，转植酸酶玉米在1周时含量较高，3周时含量降到最低，之后钾含量逐渐升高，5周时高于初始含量；而蠡玉35在4周时含量最高，5周时含量降低，但仍和1周时含量相当；郑单958在1周和3周时含量较高，5周时降到和1周时含量相当。

总之，3个玉米品种秸秆还田后，5周时间的动态监测结果表明，转植酸酶玉米对土壤氮磷钾含量均没有明显的影响。

3 小结

随着作物耕作模式的进步，秸秆还田成为普遍的耕种技术。长期秸秆还田可以有效提高土壤肥力[8]。关于转基因作物对土壤影响研究，多集中在对土壤微生物及土壤酶活力的影响上[9～11]，而转基因作物在生育期、秸秆还田期对土壤肥力影响研究较少。王建武等[11]的研究表明，无论是 Bt 玉米还是常规玉米品种，生长期间土壤有机质、氮磷钾全量与速效养分含量均没有显著差异。本研究对生育期和秸秆还田期转植酸酶玉米和另外两种非转基因玉米根际土壤氮磷钾含量进行动态监测，发现在生育期及秸秆还田期，从整体水平上看，转植酸酶基因玉米对氮磷钾含量没有明显影响。

由于是田间试验，该试验不能完全排除人为因素和自然条件的影响，不同时期的降水、温度可能影响到植株根际氮磷钾的含量及秸秆还田后降解速度，因此加强长期研究，或许会得到更明确、有规律性的研究结果。

参考文献：

[1] 熊建文，彭端，覃晓娟，等.转植酸酶基因玉米的研究与安全评价[J].基因组学与应用生物学，2011，30（2）：251-256.

[2] Wolfenbarger L L，Phifer P R. The ecological risks and benefits of genetically engineered plants[J].Science，2000，290：2088-2093.

[3] 钱迎清，魏伟，桑卫国，等. 转基因作物对生物多样性的影响[J].生态学报，2001，21（3）：337-343.

[4] 赵明轩，谭成虎，何得元.驼驴蒿根系的研究[J].草业科学，1990，7（3）：55-57.

[5] 扎西，米玛穷拉.4种豆科牧草根系的观测[J].中国草业科学，1987，4（4）：56-57.

[6] 才晓玲，李志洪，何伟，等.土壤质量密度对玉米根系N、P、K含量及土壤磷酸酶的影响[J].甘肃农业大学学报，2011，6（3）：38-42.

[7] 孙星，刘勤，王德建，等. 长期秸秆还田对土壤肥力质量的影响[J].土壤，2007，39（5）：782-786.

[8] 颜世磊，赵蕾，孙红炜，等. 转Bt 基因作物对土壤酶活性和土壤肥力影响的研究进展[J]. 山东农业科学，2011（6）：76-81.

[9] 孙彩霞，陈利军，武志杰. Bt 杀虫晶体蛋白的土壤残留及其对土壤磷酸酶活性的影响[J]. 土壤学报，2004，41（5）：761-766.

[10]孙彩霞，陈利军，武志杰，等. 种植转Bt基因水稻对土壤酶活性的影响[J]. 应用生态学报，2003，14（12）：2261-2264.