种植转Bt水稻对固氮细菌多样性的影响和固氮酶铁蛋白基因nifH的水平转移

摘要

水稻是世界主要的粮食作物之一，世界上有将近二分之一的人口以稻米为主食。水稻的生产过程中由于各种病虫害、不良气候与环境的影响，严重制约了水稻的高产、稳产和优产。苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis，Bt)的Cry蛋白，对8种鳞翅目昆虫具有杀灭作用。转Bt水稻就是将该杀灭蛋白基因转入水稻而形成的一种新型转基因植物。转Bt水稻能在一定程度上防治有害昆虫，然而同时也产生了一些对生态环境不确定的影响，尤其可能对土壤微生物的多样性等存在潜在风险。固氮微生物又是水稻根际微生物群落中重要的微生物功能菌群之一，对水稻氮素营养调节起着重要作用，因此，本文研究了种植转Bt水稻对固氮细菌多样性的影响。
　　 本文首先通过传统的平板可培养方法研究了种植转Bt水稻后的土壤中微生物群落多样性，研究发现转Bt水稻的种植可能会影响土壤中微生物群落的多样性，这种影响的显著性会随着Bt水稻种植年限的增加而逐渐减弱，因此推测其影响可能是暂时的。进一步，我们采用基于16SrDNA和功能基因nifH的不可培养的分子方法对种植转Bt水稻的土壤中微生物群落多样性进行了研究，同样发现转Bt水稻的种植可能会影响土壤中微生物群落的多样性，其显著性会随着Bt水稻种植年限的增加而逐渐减弱。另外，根据固氮细菌16SrDNA基因序列，我们构建了系统发育进化树，揭示了固氮细菌的遗传多样性，这些固氮细菌主要为放线菌门(Actinobacteria)和α-变形菌门(α-Proteobacteria)两类。将部分菌株16SrDNA基因和固氮基因nifH的序列进行比较发现两者的分布极不一致，说明固氮基因nifH在土壤中可能发生了原位水平基因转移。最后，我们在种植过转Bt水稻的土壤上进行了水稻栽培实验，结果显示，种植转Bt水稻可能会影响水稻的生长，这种影响与转Bt水稻的种植对微生物多样性的影响结果相似，影响的显著性随着转Bt水稻种植年限的增加而减弱。这些研究结果为转基因水稻的安全评估提供了一些科学数据，也为固氮基因nifH发生原位基因水平转移提供了一些基础参考。