Bt棉和Bt稻秸稈降解特性及對幾種土壤和水體生物的影響研究

【摘要】：轉(zhuǎn)基因作物對土壤和水體生態(tài)系統(tǒng)的潛在風(fēng)險是近年來關(guān)注的一個焦點。轉(zhuǎn)基因棉在我國已經(jīng)商業(yè)化種植多年,而對棉花秸稈的降解特性和土壤原生動物影響評價還較少；以往的轉(zhuǎn)基因水稻環(huán)境安全評價研究多數(shù)只限于考查對稻田節(jié)肢動物和土壤微生物的影響,而很少關(guān)注稻田淡水生態(tài)系統(tǒng)中的浮游動物。為深入評價Bt棉和Bt稻對自然生態(tài)環(huán)境安全性,本文通過田間埋藏試驗研究了Bt棉和Bt稻秸稈的降解特性；對比了Bt棉和非Bt棉土壤彈尾蟲和單細胞原生動物的多樣性和豐度；在常規(guī)管理模式下(即達到防治指標(biāo)時施用化學(xué)農(nóng)藥)調(diào)查了Bt稻田和非Bt稻田水層中浮游動物的多樣性和豐度。得到結(jié)果如下： 1、Bt棉和Bt稻秸稈降解特性 棉根和棉莖的礦化速度呈現(xiàn)前期較快后期較慢的變化趨勢,6個月之后殘體干重基本保持穩(wěn)定,說明已經(jīng)基本礦化完畢；Bt棉根在干重損失上與非Bt棉根差異顯著,棉莖、棉葉、棉殼等在干重損失上差異不顯著；棉花秸稈殘體含C量在Bt和非Bt秸稈之間無明顯的穩(wěn)定差異；前期含N量在Bt和非Bt秸稈之間無顯著差異,但在后期出現(xiàn)明顯差異,可能意味著微生物在2種秸稈中的活動存在差異。水稻秸稈的降解速度明顯快于棉花秸稈,非Bt稻秸稈礦化速率與Bt稻秸稈相當(dāng),含N和含C量變化在Bt稻和非Bt稻秸稈之間無明顯差異。Bt棉、Bt稻秸稈中Bt蛋白初期降解迅速,第一個月Bt蛋白的降解速率分別達到了80%和70%,第4個月Bt蛋白含量基本檢測不到。 2.Bt棉對土壤彈尾蟲和纖毛蟲(一類土壤原生動物)數(shù)量影響評價 2011年結(jié)果顯示,華中農(nóng)業(yè)大學(xué)棉田調(diào)查中,除7月24日之外Bt棉田和非Bt棉田中彈尾蟲的種群數(shù)量差異均不顯著；2012年的調(diào)查結(jié)果顯示,不同的調(diào)查地點彈尾蟲的種群數(shù)量變化較大,現(xiàn)蕾期湖北農(nóng)科院棉田彈尾蟲的密度顯著高于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)棉田,分別為4000頭/誘集點和1500頭/誘集點；其中優(yōu)勢種長角跳蟲在吐絮期同樣表現(xiàn)為農(nóng)科院的種群密度顯著高于華中農(nóng)業(yè)大學(xué),分別為1200頭/誘集點和400頭/誘集點,但在同一調(diào)查地,彈尾蟲的種群密度在Bt棉田和非Bt棉田差異不顯著；2013年的調(diào)查結(jié)果顯示華中農(nóng)業(yè)大學(xué)棉田的優(yōu)勢種群為等節(jié)口屬,各個種屬的種群密度及彈尾蟲總量在Bt棉田和非Bt棉田間差異不顯著。 對棉田土壤中纖毛蟲的種群密度進行調(diào)查顯示,纖毛蟲密度隨季節(jié)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,湖北省農(nóng)科院棉田和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)棉田纖毛蟲最大密度均出現(xiàn)在8月15日,前者數(shù)量顯著高于后者,分別為2200個/g土樣和1400個/g土樣,說明其種群密度受土壤理化性質(zhì)和肥力影響較大；環(huán)境檢測所(天津)棉田密度范圍為2000-3500個/g土樣,華中農(nóng)業(yè)大學(xué)(武漢)棉田密度范圍為2500-6000個/g土樣,種群平均密度差異顯著,說明纖毛蟲種群密度受地點影響較大。在兩次的調(diào)查中,纖毛蟲的種群密度在Bt棉田和非Bt棉田間差異不顯著。 3.Bt稻對水生浮游動物的安全性 以轉(zhuǎn)cry1Ab/1Ac和cry2A基因的2個明恢63水稻為材料,在常規(guī)田間管理模式(以產(chǎn)量不受損失為目標(biāo),當(dāng)病蟲害超過防治指標(biāo)時施用農(nóng)藥)下評價了Bt稻對水生浮游動物的安全性。對Bt和非Bt稻田水層中的輪蟲、枝角和橈足3類浮游動物進行了2次多樣性和豐度調(diào)查,第一次調(diào)查顯示Bt田中發(fā)現(xiàn)21個浮游動物物種,而在非Bt田中僅鑒定了4種,第二次在Bt田中鑒定到24個浮游動物物種,而非Bt田中鑒定了16種；在兩次調(diào)查中浮游動物豐度在Bt田和非Bt田之間均出現(xiàn)了極顯著差異,非Bt田中的豐度分別比Bt田中的豐度少95%和80%。采集Bt和非Bt田水作為飼養(yǎng)大型溞(Daphnia magna)和草履蟲(Paramecium caudatum)的介質(zhì),結(jié)果顯示大型潘在非Bt田水中的成活率在為期13天的飼養(yǎng)中逐漸降低到0,而在Bt田水中成活率最終保持在60%左右,兩者之間差異極顯著；大型溞在第7天時開始產(chǎn)生幼體,Bt田水中的產(chǎn)幼數(shù)約為非Bt田水中產(chǎn)幼數(shù)的20倍,兩者之間差異極顯著；非Bt田水中草履蟲前三天種群密度受到抑制,后期增長緩慢,試驗期間其種群密度顯著低于Bt田水中草履蟲密度。 綜合結(jié)論：Bt棉和Bt稻秸稈在土壤中的降解速率較常規(guī)對照而言不存在顯著差異,對土壤中物質(zhì)和能量的循環(huán)無負面影響；Bt棉種植對彈尾蟲和土壤原生動物纖毛蟲的豐度無負面影響；在常規(guī)田間管理模式下,Bt稻比非Bt稻對水生浮游動物更安全,Bt稻的商業(yè)化將有利于稻區(qū)水生生物多樣性的恢復(fù)。 【關(guān)鍵詞】：Bt稻 Bt棉 環(huán)境評價 土壤原生動物 大型溞 浮游動物
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：S181
【目錄】：

• 目錄4-7
• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 第一章 文獻綜述12-24
• 1.1 轉(zhuǎn)基因作物及其發(fā)展歷史12-15
• 1.1.1 轉(zhuǎn)基因技術(shù)12-13
• 1.1.2 世界范圍內(nèi)轉(zhuǎn)基因作物種植情況13
• 1.1.3 我國轉(zhuǎn)基因作物發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.1.4 轉(zhuǎn)基因作物的發(fā)展前景14-15
• 1.2 轉(zhuǎn)基因作物潛在風(fēng)險預(yù)測及安全評價方法15-16
• 1.2.1 國內(nèi)外轉(zhuǎn)基因作物安全評價研究15-16
• 1.2.2 轉(zhuǎn)基因環(huán)境安全評價的方法16
• 1.3 轉(zhuǎn)基因作物秸稈降解動態(tài)研究進展16-18
• 1.4 轉(zhuǎn)基因作物對非靶標(biāo)生物影響研究進展18-22
• 1.4.1 轉(zhuǎn)基因作物對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響19-20
• 1.4.2 轉(zhuǎn)基因作物對天敵的影響20-21
• 1.4.3 轉(zhuǎn)基因作物對水體環(huán)境的影響21-22
• 1.5 本研究的目的與意義22-24
• 第二章 Bt棉與Bt稻在土壤中的降解動態(tài)研究24-39
• 2.1 試驗材料與田間管理24-25
• 2.1.1 材料來源24
• 2.1.2 田間管理24-25
• 2.2 試驗方法25-26
• 2.2.1 儀器、試劑25
• 2.2.2 干重損失25
• 2.2.3 總碳含量、總氮含量測定25
• 2.2.4 秸稈中Bt蛋白含量測定25-26
• 2.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析26
• 2.3 結(jié)果與分析26-36
• 2.3.1 Bt棉與非Bt棉在土壤中礦化特性比較26-32
• 2.3.2 Bt稻與非Bt稻在土壤中礦化特性比較32-36
• 2.3.3 Bt蛋白在土壤中的殘留動態(tài)36
• 2.4 小結(jié)與討論36-39
• 第三章 Bt棉田彈尾蟲和纖毛蟲種群數(shù)量調(diào)查39-48
• 3.1 試驗材料39-40
• 3.2 試驗方法40-42
• 3.2.1 彈尾蟲40-41
• 3.2.2 纖毛蟲41
• 3.2.3 儀器材料41-42
• 3.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析42
• 3.3 結(jié)果與分析42-46
• 3.3.1 彈尾蟲調(diào)查42-44
• 3.3.2 纖毛蟲調(diào)查44-46
• 3.4 小結(jié)與討論46-48
• 第四章 常規(guī)田間管理下Bt水稻對水生浮游生物的影響評價48-70
• 4.1 試驗材料49-53
• 4.1.1 水稻種植情況49
• 4.1.2 大型溞49-51
• 4.1.3 斜生柵藻51-52
• 4.1.4 草履蟲52
• 4.1.5 稻草浸出液52-53
• 4.2 試驗方法53-58
• 4.2.1 水稻53
• 4.2.2 大田施藥53-54
• 4.2.3 大型溞試驗方法54-55
• 4.2.4 草履蟲試驗方法55-56
• 4.2.5 農(nóng)藥殘留測定56-57
• 4.2.6 水生生物調(diào)查方法57-58
• 4.2.7 水稻產(chǎn)量測定58
• 4.3 結(jié)果與分析58-67
• 4.3.1 水稻產(chǎn)量測定58-59
• 4.3.2 大田中農(nóng)藥殘留59-60
• 4.3.3 不同處理的稻田水對大型溞的影響60-63
• 4.3.4 不同處理的稻田水對草履蟲種群密度的影響63-65
• 4.3.5 稻田水生生物調(diào)查65-67
• 4.4 小結(jié)與討論67-70
• 第五章 總結(jié)與展望70-72
• 5.1 研究結(jié)論70-71
• 5.2 論文創(chuàng)新點71-72
• 參考文獻72-79
• 附錄79-80
• 致謝80

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