Bt玉米秸秆还田对不同生态型蚯蚓及其土壤生态功能影响的机理研究

The effects of straw returning of Bt corns (5422Bt1 and 5422CBCL ) and their near-isogenic 5422 on the two ecotype earthworm (Eisenia fetida and Lumbricus terrestris) will be compared to investigate the effects of Bt protein released from Bt corn straw returning on the growth, reproduction, enzymes activity, gene expression, intestinal microflora and living environment of earthworms. In the microcosm study, the Real time PCR, T-RFLP, DGGE will be used to explore the mechanism of the change in earthworm, and the greenhouse gas emission of the soil will also be measured aim to detect the soil ecological process. Meanwhile, the field long-term monitor experiment will be carried out to assess the change of earthworms in the physiological and biochemical level, tracking the changes in bacterial flora from digestive tract of earthworms and soil, the soil fertility and greenhouse gas emission. The object of this project is to explore the mechanism in the effects of Bt maize's straw returning on the different ecotype earthworms and its soil ecological function.

通过微宇宙模拟实验，对比研究Bt玉米5422Bt1（Bt11）和5422CBCL（Mon810）与常规品种5422品种秸秆覆盖还田和翻压还田对表栖类（赤子爱胜蚓）和深栖类（陆正蚓）蚯蚓多代种群生长、发育和繁殖的影响，应用定量PCR方法研究蚯蚓防御酶相关基因的表达，应用T-RFLP和DGGE方法探明蚯蚓肠道、蚓粪和土壤碳、氮循环相关细菌功能类群的变化，测定土壤CO2、N2O和CH4排放量和分析土壤碳、氮循环状况；通过田间定位观测，从Bt蛋白降解、蚯蚓生长及土壤温室气体排放量、理化性状变化和土壤生态学过程及等方面揭示Bt玉米和常规玉米秸秆还田对不同生态型蚯蚓及土壤碳、氮循环和温室气体排放量影响的作用机制，旨在为全面、科学评价Bt玉米秸秆还田对蚯蚓及其土壤生态功能的影响提供科学依据，对明确秸秆还田和蚯蚓活动对农田生态系统中温室气体排放的影响、制定转基因作物农田管理减排措施具有重要意义。

Bt作物秸秆还田对非靶标生物蚯蚓及土壤生态功能的影响引起了广泛关注。本项目首先以Bt玉米5422Bt1和5422CBCL与常规玉米5422秸秆为材料，通过室内模拟试验和田间原位试验研究了Bt玉米秸秆还田对蚯蚓生长发育和繁殖、生理生化、消化道和蚓粪细菌群落的影响，探讨了Bt玉米秸秆还田和蚯蚓活动对土壤温室气体排放、养分含量、细菌群落及氮循环相关基因表达的影响；其次还补充研究了Bt水稻（T775和F1）及非Bt水稻天优华占秸秆还田对赤子爱胜蚓影响的差异。主要研究结果有：. 1）Bt玉米秸秆还田对赤子爱胜蚓成蚓的生长发育没有产生持续影响，仅在个别取样时间显著增加蚯蚓的相对生长率；对赤子爱胜蚓幼蚓的生长发育有一定的促进作用；对赤子爱胜蚓的繁殖有一定的正效应，但这种效应并不持续。. 2）Bt玉米秸秆还田对赤子爱胜蚓和陆正蚓体内的总蛋白含量、酶活性没有产生持续的影响，只在个别取样时间升高或降低了这些指标。. 3）Bt玉米秸秆还田释放的Bt蛋白能在秸秆-蚯蚓-土壤系统中传递，其含量随着试验时间的延长而逐渐下降，蚯蚓体内和土壤中只检测到少量的Bt蛋白，并不会累积。. 4）Bt玉米秸秆还田和赤子爱胜蚓活动对土壤温室气体排放量没有显著影响，而对amoA和nirS基因拷贝数、有机质和速效钾含量有明显影响。. 5）细菌群落多样性以蚯蚓粪便最高，其次为蚯蚓消化道，土壤最低，Bt玉米秸秆处理仅在个别取样时间与5422处理有差异。. 6）田间原位试验研究表明，Bt玉米秸秆还田对赤子爱胜蚓存活率、相对生长率及幼蚓数没有不利影响。Bt玉米秸秆还田显著增加了N2O的累计排放通量，对土壤养分以及N循环相关基因的拷贝数没有一致的影响。. 7）Bt水稻秸秆还田对赤子爱胜蚓生长发育和生殖、酶活性和土壤理化性质有一定的印制作用，但这种影响与Bt蛋白无关。. 本项目组成员参加了5次国际会议和4次国内会议，共投稿会议论文16篇，其中国际会议摘要10篇；项目共发表期刊论文10篇，其中SCI收录7篇；项目共培养博士2名，硕士7名。.