大田环境下转植酸酶玉米对土壤酶活性的影响

摘要：在大田自然条件下，以转植酸酶玉米10TPY005、非转植酸酶亲本玉米为试材，于2011年在玉米不同生育期及秸秆还田期对玉米根际土壤酶活性变化情况进行了测定。结果表明：与亲本非转植酸酶玉米相比，转植酸酶玉米在不同生育期及秸秆还田期对土壤蔗糖酶、土壤蛋白酶及土壤脲酶活性均无显著影响；而对土壤酸性磷酸酶活性有显著影响，转植酸酶玉米的土壤酸性磷酸酶活性显著高于亲本非转植酸酶玉米，并呈现出从苗期开始逐渐上升的趋势，而亲本非转植酸酶玉米则比较平稳无明显变化。

关键词：转植酸酶玉米；土壤酶活性；秸秆还田期

中图分类号：S154.2文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）04-0075-04

植酸酶（phytase）是一种能催化植酸及其盐类水解为肌醇与磷酸（盐）的一类酶的总称，具有特殊的空间结构，能够分离植酸分子中的磷，将植酸（盐）降解为肌醇和无机磷，同时释放出与植酸（盐）结合的其它营养物质。植酸酶广泛存在于植物、动物和微生物中，如玉米、小麦等高等植物，以及枯草芽孢杆菌、假单孢杆菌、乳酸杆菌、大肠杆菌等原核微生物及酵母、根霉、曲霉等真核微生物。研究表明，通过植物基因工程手段使植酸酶基因在玉米中高效表达，既能降解玉米体内的植酸、释放无机磷，提高单胃动物对磷的利用率，降低植酸磷对环境的污染；又能减少植酸对二价阳离子、蛋白质及维生素等的络合，提高玉米的附加值，对我国发展营养品质、商业品质、加工品质优良的优质玉米具有重要的意义。

转植酸酶玉米在种植过程中，其表达产物可能会通过根系分泌、植株残体分解、秸秆还田以及花粉飘落等途径进入土壤生态系统，其含量随作物生长时期不同而变化；表达产物的富集可能会影响土壤中特异的生物种群和土壤中生物类群的多样性，进而影响土壤微生物活性（土壤酶活性）和土壤生态学过程的变化。因此，研究转植酸酶玉米对土壤酶活性的影响对转植酸酶玉米的生态风险评价有着极为重要的意义。

目前，国内外大部分转植酸酶玉米的研究多局限于温室内或人工培养条件下，在自然条件下研究较少。而土壤是复杂的基质，不同地域的土壤生态环境有可能对试验结果产生不同的影响，因此温室内或人工培养条件难以真实地反映转植酸酶玉米与根际土壤酶活性之间的关系。本试验于2011年在大田条件下研究了转植酸酶玉米不同生育期及秸秆还田期对主要土壤酶活性的影响，从土壤生物学肥力方面探讨了转植酸酶玉米对土壤生态系统的影响，旨在为我国转植酸酶玉米的土壤生态风险评价提供科学依据。

1材料与方法

11试验材料

玉米品种为转植酸酶玉米奥瑞金（品种为10TPY005），非转植酸酶亲本玉米（蠡玉35）及郑单958作为对照。

供试土壤为褐土， 田间试验位于东平试验田内，有机质含量2119 g/kg ，碱解氮含量3342 mg/kg，速效磷含量943 mg/kg，速效钾含量9126 mg/kg，pH为85。

12试验设计

试验田设转植酸酶玉米、非转植酸酶玉米（蠡玉35）和空白对照（郑单958）3个处理，随机区组设计，除空白对照外重复3次，小区面积15 m×15 m，株距20 cm，行距60 cm。玉米生育过程中不施肥不喷洒农药，其它按常规管理。

玉米于2011年7月10日播种， 10月22日收获。期间在玉米苗期（7月21日）、拔节期（8月17日）、喇叭口期（8月25日）、抽雄期（8月31日）、抽丝期（9月7日）、乳熟期（10月17日）分别取土样。采用五点取样法，每小区取接近玉米根际土样5个。取土样深度15 cm左右，轻轻去除2 cm表层土，将剩下的土放入灭菌封口袋中做好标记，带回实验室，土壤风干后过1 mm 孔径筛，充分混匀备用。

玉米生育期结束后于2011年11月18日对其秸秆进行粉碎并还田，还田地点为山东省农业科学院植物保护研究所温室试验田，将粉碎的转植酸酶玉米、亲本玉米及空白对照玉米的秸秆与土壤混合均匀分别装于10个花盆，再将花盆埋入土中。分别于还田一期（11月23日）、还田二期（11月30日）、还田三期（12月7日）、还田四期（12月14日）还田五期（12月22日）进行取样，取样时每组随机取5个样品，采集方法同上。

13测定的指标和方法

将不同生育期及秸秆还田期采集的土样，风干、磨碎、过筛，保存。土壤蔗糖酶活性[μg/（g干土·d）]采用3，5-二硝基水杨酸法测定； 土壤脲酶活性采用尿素剩余量法测定； 土壤蛋白酶活性采用茚三酮比色法测定； 土壤酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠法测定。测定步骤及方法均参照Alef[1]的方法。土壤酶活性测定全部采用过1 mm 孔径筛的风干土壤。

14数据分析

测定的数据均为3次重复的平均值，数据经Excel整理后，采用SPSS 160软件进行方差分析，多重比较采用邓肯氏新复极差检验法（简称DMRT法） 。

2结果与分析

21转植酸酶玉米对土壤蔗糖酶的影响

土壤蔗糖酶能水解蔗糖生成葡萄糖和果糖，其活性强弱能表征土壤熟化程度和肥力水平[1～3]。

3讨论

土壤酶在土壤有机物分解和营养元素循环过程中起到不可或缺的作用，影响土壤生态系统中的能量转化、土壤微生态的环境质量和作物产量； 其活性受土壤中有机物含量影响较大，可用来表征土壤中微生物的活性和土壤肥力的等级。在常温、常压和适宜的pH 值土壤环境条件下，土壤酶能大大加快土壤中C、H、P、S 等营养元素的循环利用，促进腐殖物质的合成和分解，以及各类有机物质的水解和转化[4]。不同作物及秸秆还田对不同种类土壤酶的活性影响不同。

研究转植酸酶玉米和亲本玉米不同土壤酶活性的变化规律及趋势特点，能够为探索转基因作物根际微生态机理和评价转植酸酶玉米的环境释放对土壤生态及根际微环境的影响提供理论依据。从本试验大田环境下的研究结果可以看出，转植酸酶玉米在不同生育期及秸秆还田期土壤蔗糖酶活性略高于亲本玉米，其土壤蔗糖酶活性变化趋势基本一致。在玉米不同生育期内，转植酸酶玉米与亲本玉米的土壤蛋白酶活性没有显著差异；在秸秆还田期，转植酸酶玉米的土壤蛋白酶活性略低于亲本玉米，但差异不显著。在玉米不同生育期，转植酸酶玉米与亲本玉米的土壤脲酶活性基本一致；在秸秆还田期，转植酸酶玉米的土壤脲酶活性略高于亲本玉米，但差异也不显著。在玉米不同生育期及秸秆还田期，转植酸酶玉米的土壤酸性磷酸酶活性显著高于亲本玉米。这说明转植酸酶玉米显著提高了土壤酸性磷酸酶的活性，进而对土壤中磷酸酯的水解会起到一定的促进作用。

土壤作为生态系统中物质和能量转化的重要场所，其构成机制较复杂，除作物种植及秸秆还田外，自然条件和农业管理措施等重要因素也会引起土壤微生态的波动[5]。目前关于转植酸酶玉米对土壤生态系统尤其是土壤酶活性的影响尚无明确的结论，因此急需在不同地区以及不同土壤类型条件下开展长期定位观测试验，以研究转植酸酶降解规律、土壤肥力变化以及土壤多样性变化与土壤酶活性变化的关系等，从不同角度开展系统的研究，并将其与耕种方式、水肥管理等措施的影响相联系，从而对转植酸酶玉米的生态风险及环境安全性作出系统、全面的评价。

参考文献：

[1]Alef K， Nannipieri P.Methods in applied soil microbiology and biochemistry[M].New York： Academic Press， 1995.

[2]Guan S Y Study way of soil enzymes[M] Beijing： China Agriculture Press，1986.

[3]Zhou L K， Zhang Z M Determination of soil enzyme activity[J].Chinese Journal of Soil Science， 1980， 11（5） ： 37-38.

[4]Liu W， Lu H H ，Wu W X ，et al.Transgenic Bt rice does not affect enzyme activities and microbial composition in the thizosphere during crop development[J].Soil Biology and Biochemistry， 2008， 40（2）： 475-486

[5]Bruinsma M， Kowalchuk G A， Van Veen J A.Effects of genetically modified plants on microbial communities and processes in soil[J].Biology and Fertility of Soils， 2003， 37（6）： 329-337