转基因亚麻根系分泌物对土壤酶活性的影响

刘 岩

(黑龙江省农业科学院经济作物研究所，黑龙江哈尔滨 150086)



转基因亚麻根系分泌物对土壤酶活性的影响

刘 岩

(黑龙江省农业科学院经济作物研究所，黑龙江哈尔滨 150086)

[目的]针对转基因亚麻对土壤多酚氧化酶、脲酶和磷酸酶活性的影响进行研究，为系统评价转基因植物对土壤生态环境造成的风险提供参考。[方法]比较了转基因、非转基因亚麻种植20 d后与种植80 d后的根际土壤多酚氧化酶、脲酶和磷酸酶活性差异。3种酶活性分别利用邻苯三酚比色法、奈氏比色法与苯磷酸二钠比色法测定，同时设立空白土对照。[结果]与种植20 d后的土壤相比，种植80 d后的土壤酶活性均有不同程度的变化，土壤脲酶活性升高，而土壤磷酸酶和多酚氧化酶活性下降。转基因亚麻对土壤多酚氧化酶、脲酶、磷酸酶活性有一定影响，但是并未达到统计上的显著水平或极显著水平。[结论]这可能说明土壤多酚氧化酶、脲酶及磷酸酶活性受到转基因亚麻根系分泌物的影响较小。

转基因亚麻；根系；分泌物；酶活性

随着植物转基因技术的日益成熟，利用转基因技术提高粮食产量，进而解决人类的温饱问题。转基因农作物对环境的影响尤其是土壤动植物、微生物、土壤养分及酶活性的影响，已成为转基因农作物是否安全的研究新热点。土壤酶活性是土壤生态环节中举足轻重的指标，其活性大小直接决定土壤的肥力水平。微小的变化就会使农作物的品质和产量产生巨大变化。究其本质，土壤酶是由土壤中有生命活性的动物、植物和微生物产生的具有催化活性的高分子蛋白质，为土壤代谢提供源源不断的动力。它不仅是农作物的养分活性库，而且在环境的物质循环过程中起载体的作用[1]。转基因农作物的种植强化了作物本身与土壤环境的联系。外源基因及表达产物很有可能随根系分泌物、叶片凋落物等对土壤微生物、养分及酶活性产生影响，进而造成土壤腐殖质、理化性质等一系列变化，最终改变土壤生态系统[2]。目前，大多数研究还停留在转基因食品的生态安全研究方面。大多数研究是针对转基因食品能否对人类和动物造成影响，而对土壤生态系统的安全性研究较少。土壤酶活性又是土壤生态系统中的关键环节，因此研究转基因农作物的种植是否对土壤酶活性造成影响迫在眉睫。

转基因农作物根系分泌物是转基因农作物与土壤生态系统联结的纽带和桥梁，最终可通过改变土壤的固有属性影响生态系统。土壤酶是土壤的组成成分之一，主要来自于高等植物的根系和土壤生物，数量少，作用大。土壤酶直接参与土壤中物质转化、养分释放和固定过程，与土壤供肥密切相关。通过研究土壤酶活性的变化，可以间接地研究土壤生态系统。笔者以转基因亚麻为材料，研究转基因亚麻的根系分泌物对土壤多酚氧化酶、脲酶和磷酸酶活性的影响，为转基因亚麻大面积种植的生态风险评估提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料及来源

供试转基因和非转基因材料均来自同一亚麻品种，其中包括2份转基因材料(AT1、AT2)、1份非转基因材料(CK)。

在试验样品材料种植20、80 d后，于距离主根1～5 cm、距离表层土4～7 cm处取土。取样后，根据各个土壤酶测定的不同要求进行预处理。每份土样设3次重复。该试验完全模拟自然条件下转基因和非转基因亚麻种植，研究根系分泌物对土壤多酚氧化酶、脲酶和磷酸酶等重要土壤酶活性的影响。同时，设置一空白土壤对照，以减小误差。

1.2 测定方法

多酚氧化酶活性测定采用邻苯三酚比色法；脲酶活性测定采用奈氏比色法；土壤磷酸酶活性的测定以苯磷酸二钠为基质，培养后采用比色法测定酚的生成量。

1.3 数据统计与分析

采用SPSS16.0统计分析软件，处理得到的试验数据。

2 结果与分析

2.1 转基因亚麻种植后不同时期根系附近土壤多酚氧化酶活性比较

植物中的酚类物质如儿茶酚、单宁酸等对昆虫等生物有抑制或毒害作用。它通过凋落物分解与根系分泌等途径进入土壤中，改变土壤微生物种群的分布及营养物质的有效形态[3]。它是一种重要的土壤酶，对土壤环境的变化比较敏感，可作为土壤肥力变化和生态恢复的监测指标[4-5]。由图1可知，在亚麻种植20 d后，空白土的多酚氧化酶含量最低，为0.051 5 mg/(g·h)，CK稍高，为0.057 67 mg/(g·h)，两种转基因亚麻的根际土壤多酚氧化酶活性高于CK，分别为0.092 167、0.084 167 mg/(g·h)，在亚麻种植80 d后，土壤多酚氧化酶的活性均有不同程度的下降，但两种转基因亚麻的根际土壤多酚氧化酶活性仍高于空白土和CK，分别为0.061 11、0.071 22 mg/(g·h)，而空白土为0.048 67 mg/(g·h)，CK为0.046 67 mg/(g·h)。经双因素方差分析，发现各个处理间差异未达到显著水平，F值为6.41(P=0.08>0.05)，说明转基因与非转基因亚麻根系分泌物对土壤多酚氧化酶活性影响间差异并不显著。

2.2 转基因亚麻种植后不同时期根系附近土壤脲酶活性比较

土壤脲酶是作用于线型酰胺的C-N键(非肽)的水解酶，能酶促土中尿素水解成氨[6]。土壤脲酶活性过低， 势必影响尿素的利用率；脲酶活性过高，对土壤肥力、作物生长也不利。脲酶是土壤中的主要酶类之一，间接反映土壤肥力状况。因此，脲酶是衡量生态系统稳定性的一个重要指标[7]。由图2可知，在亚麻种植20 d后，空白土的脲酶含量最低，为0.243 mg/(g·d)，CK稍高，为0.256 mg/(g·d)，两种转基因亚麻的根际土壤脲酶活性高于CK，且相差不大，分别为0.370 1、0.380 3 mg/(g·d)。在亚麻种植80 d后，土壤脲酶活性均有不同程度的上升。这是因为随着亚麻生育期的延后，根系变得健壮，亚麻物质积累逐渐增加，代谢活力也逐渐增加，间接促进土壤活性，脲酶活性随之增加。非转基因对照的根际土壤脲酶活性高于两种转基因亚麻，而空白土的脲酶活性最低，为0.297 mg/(g·d)。这可能是由于与非转基因亚麻相比，转基因亚麻的根系分泌物可能抑制土壤脲酶活性。经双因素方差分析，各个处理间差异未达到显著水平，F值为1.496(P=0.374>0.05)，说明转基因与非转基因亚麻根系分泌物对土壤脲酶活性影响间差异并不显著。

2.3 转基因亚麻种植后不同时期根系附近土壤磷酸酶活性比较

土壤磷酸酶是催化含磷有机酯和酐水解的一类酶的总称[8]， 是一类催化土壤矿化有机磷的酶，可以表征土壤磷的状况。土壤有机磷对植物的供磷起到一定的贡献[9-10]。植物品种、土壤有效磷、土壤腐殖质可以影响土壤磷酸酶活性的差异[11]。由图3可知，在亚麻种植20 d后，空白土和非转基因亚麻的土壤磷酸酶含量相仿，分别为0.208和0.213 mg/(g·h)，两种转基因亚麻的根际土壤磷酸酶活性偏高，分别为0.289、0.313 mg/(g·h)。在亚麻种植80 d后，土壤磷酸酶活性均有不同程度的下降。这可能是由于土壤磷酸酶活性在亚麻生长过程中受到抑制，最终4种处理的土壤磷酸酶活性基本降到同一水平，CK、转基因和两种非转基因亚麻的磷酸酶含量分别为0.195、0.206、0.205和0.202 mg/(g·h)。经双因素方差分析，各个处理间差异未达到显著水平，F值为1.108(P=0.467>0.05)，说明转基因与非转基因亚麻根系分泌物对土壤磷酸酶活性影响间差异并不显著。

3 结论与讨论

研究表明，种植20 d后，转基因亚麻3种酶的活性均高于空白土和对照，而在亚麻生长后期，土壤多酚氧化酶与磷酸酶活性均有所下降，脲酶活性呈上升趋势。这说明随着亚麻的生长，根系分泌物抑制土壤多酚氧化酶与磷酸酶的活性，而随着亚麻生育期的延后，亚麻物质积累逐渐增加，代谢活力也逐渐增加，间接促进土壤活性，脲酶活性随之升高。

土壤多酚氧化酶、脲酶与磷酸酶是3种重要的土壤酶，在土壤的物质代谢、能量转化过程中扮演者举足轻重的角色，能够加快土壤中有毒废物的快速分解，保持生态平衡。研究土壤酶活性的变化，就是在间接研究土壤的理化功能和土壤的生态平衡，是评价土壤健康状况、土壤肥力的重要指标[12]。经过双因素方差分析，各个处理土壤多酚氧化酶、脲酶及磷酸酶活性间差异均未达到显著水平，说明转基因与非转基因亚麻根系分泌物对土壤多酚氧化酶、脲酶及磷酸酶活性影响差异并不显著。可见，在种植转基因亚麻过程中，亚麻根系分泌物对土壤多酚氧化酶、脲酶及磷酸酶活性没有造成严重的影响。土壤中多酚氧化酶对研究土壤有机质的形成有着很重要的理论意义；脲酶反映了尿素的利用率；磷酸酶的大小可以直接反映土壤肥力，是土壤生态系统得以稳定的重要支柱。

在实验室条件下，该研究仅对转基因亚麻对土壤3种酶的活性进行了研究，所说明的问题还不够全面。由于土壤生态系统组成、结构、功能复杂的多样性，长期、系统、全面开展生态安全性的研究非常必要。转基因植物的长期种植是否会对土壤其他酶活性、微生物群落结构及养分产生显著性影响目前尚无定论。因此，开展转基因农作物对土壤生态系统的研究，获得较全面的转基因农作物安全性的基础数据，可为转基因植物大面积生产应用给出更多的指导性建议。

[1] 薛立，邝立刚，陈红跃，等.不同林分土壤养分、微生物与酶活性的研究[J].土壤学报， 2003，40(2)：280-285.

[2] MOTAVALLI P P，KREMER R J，FANG M，et al.Impact of genetically modified crops and their management on soil microbially mediated plant nutrient transformations[J].Journal environmental quality，2004，33(3)：816-824.

[3] 杨梅，谭玲，叶绍明，等.桉树连作对土壤多酚氧化酶活性及酚类物质含量的影响[J].水土保持学报，2012，6(2)：165-169.

[4] 覃勇荣，韦丹妮，黄健，等.不同植被恢复模式对石漠化地区土壤多酚氧化酶的影响[J].河池学院学报，2007，27(2)：41-45.

[5] 贾新民，于泉林，沙永平，等.大豆连作土壤多酚氧化酶研究[J].黑龙江八一农垦大学学报，1995，8(2)：40-43.

[6] 张爽，王慧芳，林泮，等.阿特拉津对土壤脲酶活性的影响[J].天津农业科学，2015，21(2)：93-95.

[7] 王金花，朱奋生，王军，等.除草剂阿特拉津对土壤脲酶活性的影响[J].应用生态学报，2003，14(12)：2281-2284.

[8] 沈菊培，陈利.土壤磷酸酶活性对施肥-种植-耕作制度的响应[J].土壤通报，2005，36(4)：622-627.

[9] 沈善敏，陈欣.中国土壤磷素肥力与农业中的磷管理[M]//中国土壤肥力.北京：中国农业出版社，1998：212-273.

[10] 孙曦，章永松.有机肥料和土壤中的有机磷对水稻的营养效果[J].土壤学报，1992，29(4)：365-369.

[11] BUSTO M D，PEREZ-MATEOS M.Extraction of humic-β-glucosidase fractions from soil[J].Biology and fertility of soils，1995，20：77-82.

[12] RIFALDI R，SAVIOZZI A，LEVI MINZI R，et al.Biochemical properties of a Mediterranean soil as affected by long-term crop management systems[J].Soil and tillage research，2002，67：109-114.

Influence of Transgenic Flax’s Root Secretion on Soil Enzyme Activity

LIU Yan

(Research Institute of Economic Crops, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Harbin, Heilongjiang 150086)

[Objective] The research studied the influence of transgenic flax on soil polyphenol oxidasein, upease and phosphatase activity to provide references for transgenic plants’ evaluating risk to ecological environment. [Method] The research compared the transgenic and non-transgenic flax’s soil polyphenol oxidasein, urease and phosphatase activity after planting 20 days and 80 days. Three enzyme activities were measured by pyrogallol colorimetry, nesslerization and disodium phenyl phosphate colorimetry. Blank soil control was also set. [Result] Ater planting 80 days, the soil enzyme activity varied compared with them after planting 20 days. The activity of phosphatase and polyphenol oxidasein activities declined while the urease activity increased. The transgenic flax affected the polyphenol oxidasein, urease and phosphatase activities to some extent，but they weren’t markedly different with control in statistical level. [Conclusion] The polyphenol oxidasein, urease and phosphatase activities aren’t influenced by the transgenic flax to a large extent.

Transgenic flax; Root; Secretion; Enzyme activity

哈尔滨市科学技术局科技创新人才项目(2013RFQYJ034)；国家麻类产业技术体系试验站资助项目(CARS-19-S03)。

刘岩(1983- )，男，山东阳谷人，助理研究员，硕士，从事亚麻遗传育种研究工作。

2015-11-12

S 154.2

A

0517-6611(2015)35-264-03