抗虫玉米Bt毒蛋白的环境行为及其生态效应研究

转Bt基因玉米释放的Bt毒蛋白在土壤和水体中的环境行为及其生态效应是当前备受关注和争论的热点问题。本项目拟以Bt玉米5422Bt1（Bt11）和5422CBCL（Mon810）及其常规近等基因系玉米5422为试验材料，通过温室渗漏池模型玉米连续种植及秸秆还田5次，定期监测不同深度土样及渗漏水样中Bt毒蛋白的动态变化，了解Bt玉米根系及秸秆还田持续释放的Bt毒蛋白在固相-液相中的降解、迁移和持留特性，阐明Bt毒蛋白的长期环境行为与归趋；测定土壤养分含量、渗漏水水质的变化，明确Bt玉米连续种植及秸秆还田的生态效应；观测渗漏水样对典型水体生物体生长繁殖的影响；分析Bt蛋白含量、秸秆理化性状与土壤养分含量、水质变化的关系，揭示引起土壤养分和渗漏水水质改变的主导因子。研究成果不仅澄清目前对种植及还田Bt玉米生态效应的争议，还为准确预测与评价Bt玉米商品化种植及还田的生态安全性提供重要的科学依据。

本研究通过温室大棚水泥池种植玉米并秸秆还田四次，观测两个Bt玉米（5422Bt1和5422CBCL）及其同源常规玉米5422根际土、根围土、根外土（0-20 cm、20-40 cm和40-60 cm）中Bt蛋白的时空动态特征及其土壤养分含量的变化；并开展室内生测试验，观测秸秆释放的Bt蛋白及纯化Bt蛋白对水生生物斜生栅藻和隆腺溞生长繁殖的影响。主要研究结果有：1）两个Bt玉米根际土中Bt蛋白含量显著高于5422，连续四次种植及秸秆还田Bt玉米过程中，两个Bt玉米5422Bt1和5422CBCL根围土和根外土中Bt蛋白含量与常规玉米5422相比没有显著差异；在Bt玉米秸秆还田初期，表层土壤中Bt蛋白含量急剧增加，但3 d内能降解66%，随后含量极低，不会在土壤中累积。2）连续四次种植Bt玉米后，5422Bt1与5422相比较，根围土中碱解氮和速效钾含量显著降低，有机质、速效磷、全氮、全磷、全钾含量均无显著差异；而5422CBCL与5422相比较，根围土中有机质、速效养分、全量养分含量均没有显著差异。3）不同浓度的玉米秸秆浸提液培养斜生栅藻的过程中，5422Bt1处理组斜生栅藻的OD值、叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量均显著高于5422；而5422CBCL处理组斜生栅藻的OD值、叶绿素b含量与5422相比没有显著差异；叶绿素a、总叶绿素、类胡萝卜素含量均显著高于5422。玉米秸秆浸提液培养隆腺溞的过程中，5422Bt1处理组隆腺溞存活率、产幼数与5422没有显著差异；而5422CBCL处理组隆腺溞存活率显著低于5422，而其隆腺溞产幼数与5422相比没有显著差异。4）不同浓度的纯化Bt蛋白培养斜生栅藻和隆腺溞过程中，仅个别指标在个别天数与对照相比有差异；但在培养完成后，与对照相比，斜生栅藻的光密度（OD值）、斜生栅藻的光合色素含量、隆腺溞的存活率、身长和产幼数均没有显著差异，表明纯化Bt蛋白对斜生栅藻和隆腺溞生长繁殖没有影响。