基于线虫群落分析的转Bt水稻土壤生态风险评价

摘要

转Bt水稻的培育为降低水稻虫害所造成的产量损失提供了一种有效的手段。但转基因作物释放的Bt蛋白可通过根系分泌物及作物残体进入土壤生态系统,并可能在土壤中积累而保持一定的杀虫活性。土壤生态系统是物质循环与能量流动过程的重要环节,因而转Bt水稻是否对土壤生态系统产生风险,比如土壤非目标生物及相关土壤过程,引起了众多学者的关注。土壤线虫数量繁多,营养类群多样,占据土壤碎屑食物网多个生态位,其群落变化分析可以较全面的反映土壤食物网结构和功能的综合状况。因此,线虫逐渐成为土壤健康状况的指示者。
　　 本研究选用3种转Bt水稻(KMD、HH1、BtSY63)及其相应亲本(XSD、MH63、SY63)作为材料,通过两年的田间试验探究转Bt水稻的田间种植对土壤生境因子及土壤线虫群落结构的影响,并借助多元统计分析方法挖掘线虫作为转Bt水稻土壤生态风险指示者的潜力。
　　 两年的田间调查结果表明,
　　 1)转Bt水稻的种植对土壤可溶性有机碳氮及微生物学性质的影响不明显;但由于Bt的转入,各转Bt水稻品种(KMD、HH1、BtSY63)之间在土壤微生物学性质上的差异变大。
　　 2)与其亲本水稻相比,转Bt水稻的种植对土壤线虫群落无显著负面影响;与亲本XSD相比,KMD种植条件下促进了土壤线虫数量、食真菌线虫比例及线虫群落的H'的暂时性增加;HH1及BtSY63种植条件下,土壤线虫群落H'比其相应亲本MH63及SY63也有短暂的增加趋势;但其差异程度均不如采样时间产生的影响强烈。
　　 3)本研究中,BIO-ENV分析表明,无论是土壤线虫属类组成水平还是营养类群水平上,土壤线虫群落与土壤生境因子之间的相关性均较低。RDA分析结果表明土壤生境因子中仅有DOC对土壤线虫群落有显著的影响。
　　 4)多元统计分析结果表明,在转Bt水稻对土壤生态风险评价中,基于线虫群落分析确定土壤生物指示者的一种有效途径是,首先通过nMDS对线虫种属组成进行排序,并对排序的结果进行ANOSIM统计检验,最后通过SIMPER分析揭示线虫群落差异的主要贡献物种。根据这一分析途径,我们发现在线虫种属一下的个体水平上,如植食性线虫矮化属(Tylenchorhynchus)和食细菌性线虫头叶属(Cephalobus)及板唇属(Chiloplacus),指示转Bt水稻对土壤生态安全性具有很大的潜力。
　　 总之,基于2年的田间试验结果,未发现转Bt水稻对土壤生境因子及线虫群落结构产生显著的负面效应。转Bt水稻田间种植与土壤生物的相互作用是一个长期过程,且受到多种环境及非环境因素的影响,为预测转Bt水稻对土壤生态系统永久性的安全性,今后应开展更长期的监测并通过构建生态模型对其安全性进行评估和预测。