Bt棉和Bt稻秸秆降解特性及对几种土壤和水体生物的影响研究

摘要

转基因作物对土壤和水体生态系统的潜在风险是近年来关注的一个焦点。转基因棉在我国已经商业化种植多年，而对棉花秸秆的降解特性和土壤原生动物影响评价还较少;以往的转基因水稻环境安全评价研究多数只限于考查对稻田节肢动物和土壤微生物的影响，而很少关注稻田淡水生态系统中的浮游动物。为深入评价Bt棉和Bt稻对自然生态环境安全性，本文通过田间埋藏试验研究了Bt棉和Bt稻秸秆的降解特性;对比了Bt棉和非Bt棉土壤弹尾虫和单细胞原生动物的多样性和丰度;在常规管理模式下（即达到防治指标时施用化学农药）调查了Bt稻田和非Bt稻田水层中浮游动物的多样性和丰度。得到结果如下:
　　1、Bt棉和Bt稻秸秆降解特性
　　棉根和棉茎的矿化速度呈现前期较快后期较慢的变化趋势，6个月之后残体干重基本保持稳定，说明已经基本矿化完毕;Bt棉根在干重损失上与非Bt棉根差异显著，棉茎、棉叶、棉壳等在干重损失上差异不显著;棉花秸秆残体含C量在Bt和非Bt秸秆之间无明显的稳定差异;前期含N量在Bt和非Bt秸秆之间无显著差异，但在后期出现明显差异，可能意味着微生物在2种秸秆中的活动存在差异。水稻秸秆的降解速度明显快于棉花秸秆，非Bt稻秸秆矿化速率与Bt稻秸秆相当，含N和含C量变化在Bt稻和非Bt稻秸秆之间无明显差异。Bt棉、Bt稻秸秆中Bt蛋白初期降解迅速，第一个月Bt蛋白的降解速率分别达到了80％和70％，第4个月Bt蛋白含量基本检测不到。
　　2.Bt棉对土壤弹尾虫和纤毛虫（一类土壤原生动物）数量影响评价
　　2011年结果显示，华中农业大学棉田调查中，除7月24日之外Bt棉田和非Bt棉田中弹尾虫的种群数量差异均不显著;2012年的调查结果显示，不同的调查地点弹尾虫的种群数量变化较大，现蕾期湖北农科院棉田弹尾虫的密度显著高于华中农业大学棉田，分别为4000头/诱集点和1500头/诱集点;其中优势种长角跳虫在吐絮期同样表现为农科院的种群密度显著高于华中农业大学，分别为1200头/诱集点和400头/诱集点，但在同一调查地，弹尾虫的种群密度在Bt棉田和非Bt棉田差异不显著;2013年的调查结果显示华中农业大学棉田的优势种群为等节口属，各个种属的种群密度及弹尾虫总量在Bt棉田和非Bt棉田间差异不显著。
　　对棉田土壤中纤毛虫的种群密度进行调查显示，纤毛虫密度随季节呈现先升高后降低的趋势，湖北省农科院棉田和华中农业大学棉田纤毛虫最大密度均出现在8月15日，前者数量显著高于后者，分别为2200个/g土样和1400个/g土样，说明其种群密度受土壤理化性质和肥力影响较大;环境检测所（天津）棉田密度范围为2000-3500个/g土样，华中农业大学（武汉）棉田密度范围为2500-6000个/g土样，种群平均密度差异显著，说明纤毛虫种群密度受地点影响较大。在两次的调查中，纤毛虫的种群密度在Bt棉田和非Bt棉田间差异不显著。
　　3.Bt稻对水生浮游动物的安全性
　　以转cry1Ab/1Ac和cry2A基因的2个明恢63水稻为材料，在常规田间管理模式（以产量不受损失为目标，当病虫害超过防治指标时施用农药）下评价了Bt稻对水生浮游动物的安全性。对Bt和非Bt稻田水层中的轮虫、枝角和桡足3类浮游动物进行了2次多样性和丰度调查，第一次调查显示Bt田中发现21个浮游动物物种，而在非Bt田中仅鉴定了4种，第二次在Bt田中鉴定到24个浮游动物物种，而非Bt田中鉴定了16种;在两次调查中浮游动物丰度在Bt田和非Bt田之间均出现了极显著差异，非Bt田中的丰度分别比Bt田中的丰度少95％和80％。采集Bt和非Bt田水作为饲养大型溞（Daphniamagna）和草履虫(Parameciumcaudatum)的介质，结果显示大型溞在非Bt田水中的成活率在为期13天的饲养中逐渐降低到0，而在Bt田水中成活率最终保持在60％左右，两者之间差异极显著;大型溞在第7天时开始产生幼体，Bt田水中的产幼数约为非Bt田水中产幼数的20倍，两者之间差异极显著;非Bt田水中草履虫前三天种群密度受到抑制，后期增长缓慢，试验期间其种群密度显著低于Bt田水中草履虫密度。
　　综合结论:Bt棉和Bt稻秸秆在土壤中的降解速率较常规对照而言不存在显著差异，对土壤中物质和能量的循环无负面影响;Bt棉种植对弹尾虫和土壤原生动物纤毛虫的丰度无负面影响;在常规田间管理模式下，Bt稻比非Bt稻对水生浮游动物更安全，Bt稻的商业化将有利于稻区水生生物多样性的恢复。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 转基因作物及其发展历史

1．1．1 转基因技术

1．1．2 世界范围内转基因作物种植情况

1．1．3 我国转基因作物发展现状

1．1．4 转基因作物的发展前景

1．2 转基因作物潜在风险预测及安全评价方法

1．2．1 国内外转基因作物安全评价研究

1．2．2 转基因环境安全评价的方法

1．3 转基因作物秸秆降解动态研究进展

1．4 转基因作物对非靶标生物影响研究进展

1．4．1 转基因作物对土壤生态系统的影响

1．4．2 转基因作物对天敌的影响

1．4．3 转基因作物对水体环境的影响

1．5 本研究的目的与意义

第二章 Bt棉与Bt稻在土壤中的降解动态研究

2．1 试验材料与田间管理

2．1．1 材料来源

2．1．2 田间管理

2．2 试验方法

2．2．1 仪器、试剂

2．2．2 干重损失

2．2．3 总碳含量、总氮含量测定

2．2．4 秸秆中Bt蛋白含量测定

2．2．5 数据统计分析

2．3 结果与分析

2．3．1 Bt棉与非Bt棉在土壤中矿化特性比较

2．3．2 Bt稻与非Bt稻在土壤中矿化特性比较

2．3．3 Bt蛋白在土壤中的残留动态

2．4 小结与讨论

第三章 Bt棉田弹尾虫和纤毛虫种群数量调查

3．1 试验材料

3．2 试验方法

3．2．1 弹尾虫

3．2．2 纤毛虫

3．2．3 仪器材料

3．2．4 数据统计分析

3．3 结果与分析

3．3．1 弹尾虫调查

3．3．2 纤毛虫调查

3．4 小结与讨论

第四章 常规田间管理下Bt水稻对水生浮游生物的影响评价

4．1 试验材料

4．1．1 水稻种植情况

4．1．2 大型溞

4．1．3 斜生栅藻

4．1．4 草履虫

4．1．5 稻草浸出液

4．2 试验方法

4．2．1 水稻

4．2．2 大田施药

4．2．3 大型溞试验方法

4．2．4 草履虫试验方法

4．2．5 农药残留测定

4．2．6 水生生物调查方法

4．2．7 水稻产量测定

4．3 结果与分析

4．3．1 水稻产量测定

4．3．2 大田中农药残留

4．3．3 不同处理的稻田水对大型淹的影响

4．3．4 不同处理的稻田水对草履虫种群密度的影响

4．3．5 稻田水生生物调查

4．4 小结与讨论

第五章 总结与展望

5．1 研究结论

5．2 论文创新点

参考文献

附录

致谢