抗草甘膦转基因大豆对土壤酶活性的影响

刘慧璐，范巧兰，王 慧，李永山，席吉龙 ，杨 娜 ，席天元 ，常铁牛 ，陶民刚

（1.山西大学生物工程学院，山西太原030006；2.山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000）

大豆作为重要的经济作物之一，由于其具有丰富的营养价值，因而有着很大市场。随着世界人口规模的增长，人们对大豆的需求越来越大，但传统非转基因大豆由于一些基因属性、环境条件胁迫、种植面积限制等，难以满足新增人口的需求，因此，转基因大豆受到了越来越多的重视。根据国际农业生物技术应用服务组织（ISAAA）报告，1993年美国批准转基因大豆商业化种植，次年孟山都培育的抗草甘膦转基因大豆在美国、巴西和阿根廷进行大面积推广。到2016年，全球转基因大豆面积已经达到9 140万hm2，占大豆总面积的78%，其中，抗草甘膦大豆是种植最为广泛的转基因大豆[1]。随着转基因作物大面积推广及人们环境意识的提高，转基因作物生态安全得到了越来越多的重视，转基因作物对土壤环境的影响成为其中的研究热点。孙彩霞等[2]早在2003年就研究了转Bt基因水稻对土壤酶的影响。前人进行了许多关于转基因作物对土壤环境影响的研究[3-6]，还有关于转基因大豆对土壤微生物影响的研究[7-8]。李相全[9]、陶波[10]、梁晋刚[11]、吴凡[12]、章秋艳[13]和乔琦[14]也研究了种植转基因大豆对土壤酶活性的影响。陶波等[15]还研究了转基因大豆秸秆不同施入量对土壤脲酶、脱氢酶以及蔗糖酶的影响。但由于试验采用的材料、选测的酶种类、试验环境及管理不统一，最终获得的结果也不尽相同。有关山西省种植草甘膦转基因大豆对土壤酶活性的影响尚未见报道。

本试验选用2个常用的抗草甘膦转基因大豆品种和1个传统大豆品种为试材，在盆栽试验条件下研究其对土壤酶活性的影响，旨在为转基因大豆生态安全评价提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验在山西省农科院棉花研究所内进行，所用土壤取自山西省农科院棉花研究所农场，从未种植过任何转基因作物。土壤为黄壤土，有机质0.89%，速效氮65 mg/kg，速效磷7 mg/kg，速效钾86 mg/kg。播种前过2 mm筛并充分混匀，进行盆栽试验。

1.2 试验材料

供试大豆品种为抗草甘膦转基因大豆TN1和94Y20以及传统大豆运豆101共3个品种。

1.3 试验设计

试验设3个处理，分别为3个大豆品种，每个处理设15次重复，于2016年5月12日和2017年6月12日进行盆栽试验。试验前进行筛土、去杂质、混匀，每盆装土7 kg，播前施肥，每千克土按N 0.15 g，P2O50.1 g和K2O 0.1 g施肥，出苗后要定期随机变换盆的位置（15 d一次），定期浇水。每个品种设15盆，试验实施时，分别在苗期（7月18日）、鼓粒期（8月18日）及成熟期（10月29日）进行破坏性采样，各处理分别取3个盆，用土钻环绕植株的根际周围钻孔，钻取深度为20 cm，每盆取3孔，将土样合并，作为1个重复，去杂质混匀，装入自封袋，一部分贮存在-80℃冰箱，一部分风干进行土壤酶测定分析。

1.4 土壤酶活性测定方法

脲酶测定采用苯酚-次氯酸钠比色法（NH4+-N，37℃，24 h）[16]；过氧化氢酶测定采用高锰酸钾滴定法（0.1 mol/L KMnO4，mL/g）[4]；蔗糖酶测定采用 3，5-二硝基水杨酸比色法（glu，mg/g，37 ℃，24 h）[16]；碱性磷酸酶测定采用磷酸苯二钠比色法（PhOH，37℃，24 h）[16]。

1.5 数据统计分析

所得数据通过Microsoft Excel 2010进行数据整理，采用SPSS 20.0进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 转基因大豆对土壤脲酶的影响

由表1可知，种植3种大豆的土壤脲酶活性均表现为随生育期推后逐渐减小的趋势，表现为苗期＞鼓粒期＞成熟期。2种转基因大豆TN1和94Y20在苗期土壤脲酶活性相近，分别比传统大豆运豆101高23.95%和33.33%；在鼓粒期，酶活性大小依次为TN1＞94Y20＞运豆101；在成熟期，转基因大豆品种TN1，94Y20和传统大豆的土壤脲酶活性大小顺序不同，酶活性排序为运豆101＞94Y20＞TN1，不同生育期的3个处理间的差异均未达到显著水平。

表1 转基因大豆对土壤脲酶的影响 mg/kg

2.2 转基因大豆对土壤蔗糖酶的影响

从表2可以看出，3个生育期内，3种大豆蔗糖酶活性呈波动趋势，均在鼓粒期达到低值，先降低再升高。苗期和鼓粒期蔗糖酶活性均表现为TN1＞运豆101＞94Y20；TN1和94Y20均与运豆101之间差异不显著，TN1与94Y20之间差异达到显著水平；成熟期蔗糖酶活性94Y20＞运豆101＞TN1，但三者间差异不显著。

表2 转基因大豆对土壤蔗糖酶的影响 mg/g

2.3 转基因大豆对土壤过氧化氢酶的影响

从表3可以看出，3种大豆鼓粒期的过氧化氢酶活性最高，呈现先升高再降低的趋势。转基因品种TN1整个生育期酶活性都高于另外2种大豆。各生育期3个处理之间差异均不显著。

表3 转基因大豆对土壤过氧化氢酶的影响 mL/g

2.4 转基因大豆对土壤碱性磷酸酶的影响

表4 转基因大豆对土壤碱性磷酸酶影响 mg/kg

从表4可以看出，大豆94Y20和传统大豆运豆101各生育期酶活性趋势为先升高再降低，3种大豆在成熟期碱性磷酸酶活性最低。试验结果显示，苗期活性大小依次为TN1＞运豆101＞94Y20；鼓粒期活性大小依次为运豆101＞94Y20＞TN1；成熟期的规律为TN1＞94Y20＞运豆101。不同生育期各处理间均无统计学差异。

3 讨论与结论

转基因作物会直接和间接地影响土壤环境，直接影响是转基因成分通过地上部凋落和根系分泌的方式将外源基因成分导入土壤；间接影响是转基因成分在作物体内引起作物生理性状发生改变，生理代谢活动对土壤环境的影响[14]。土壤酶是土壤环境重要的组成部分之一，与土壤环境的动态变化密不可分。脲酶、磷酸酶、蔗糖酶等是指示土壤养分元素循环的重要指标；过氧化氢酶起到协调土壤过氧化氢毒素的作用，可以保护土壤环境[14]。已有研究表明，种植转基因大豆对土壤脱氢酶、脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、纤维素酶活性均无影响[9，11，13-14]。吴凡等[12]试验结果表明，转基因大豆对盛花期根际土酸性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和脲酶活性无影响。陶波等[10]的盆栽试验结果表明，抗草甘膦转基因大豆对根际和非根际土壤酶活性具有一定的影响，出苗后转基因大豆脲酶活性高于非转基因大豆，并达到极显著水平。

本研究表明，抗草甘膦转基因大豆在同时期对土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性影响不显著，个别生育期土壤蔗糖酶活性在转基因大豆品种之间有显著差异，但均与传统大豆没有差异。转基因大豆对土壤酶活性的影响有无，与生育期有关。原因可能是转基因大豆受外界环境和内部基因表达影响，生理机制不同导致根系分泌物也不一样，所以不同生育期的土壤酶活性存在差异。