种植转基因抗草甘膦玉米及草甘膦处理对根际微生物群落影响的深度剖析

研究人员为评估转基因玉米 GG2 和草甘膦处理对根际微生物群落的影响，经研究发现二者影响较小，为生物安全评估提供依据。

　　在农业的大舞台上，转基因作物与传统除草剂的 “碰撞” 一直备受瞩目。自 1996 年转基因作物在美国商业化以来，其凭借高产和抗逆的优势在全球迅速推广，其中抗除草剂特性更是占据主导地位。草甘膦作为农业领域广泛使用的除草剂，随着转基因抗草甘膦作物的发展，其应用范围不断扩大。然而，种植这些转基因作物以及使用草甘膦，对土壤中根际微生物群落有何影响呢？根际微生物群落对于维持土壤健康、促进植物生长和保障作物生产力至关重要，就像土壤生态系统的 “隐形守护者”，默默发挥着关键作用。但目前关于这方面的研究结论并不统一，存在诸多争议，这也促使科研人员深入探索其中的奥秘。

为了揭开这层神秘的面纱，中国农业科学院的研究人员挺身而出，开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦于转基因玉米 GG2，这种玉米通过转入 gat 和 gr79 - epsps 基因，获得了对草甘膦的主动和被动抗性。研究人员以非转基因近等基因玉米 ZD958 为对照，分别设置了 GG2 使用草甘膦处理（GG2 - H）、GG2 不使用草甘膦处理（GG2 - N）以及 ZD958 不使用草甘膦处理（ZD - N）三组实验，在玉米生长的七个阶段，深入分析根际土壤中细菌和真菌群落的多样性及组成变化。最终，研究成果发表在《aBIOTECH》杂志上。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，通过高通量测序技术，对根际土壤样本中的细菌 16S rRNA 基因的 V3V4 区域和真菌 rRNA 基因的 ITS 区域进行测序，从而确定细菌和真菌群落的组成；其次，采用多种分析方法，如主坐标分析（PCoA）、相似性分析（PERMANOVA）、方差分解分析（VPA）、典范对应分析（CCA）和斯皮尔曼相关性分析等，深入探究不同因素对根际微生物群落的影响。

研究结果如下：

• 土壤理化特性：在玉米生长的大部分阶段，GG2 - H、GG2 - N 和 ZD - N 土壤样本的碱解氮（AN）、有效钾（AK）、有效磷（AP）、有机质（OM）含量和 pH 值等理化性质相似，仅在生长早期存在差异。例如，在三叶苗期（SSV3），ZD - N 的 AK 含量与 GG2 - H 不同；在 SSV3 和抽穗期（HS），ZD - N 的 AP 含量高于 GG2 - N。
• 根际细菌和真菌群落的丰富度和多样性：通过测序分析发现，GG2 和 ZD958 根际土壤中细菌和真菌的总物种数在各生长阶段无显著差异，大部分生长阶段的多样性指数也无显著差异。不过，在五叶苗期（SSV5），GG2 - H 的细菌优势度和香农多样性指数与 ZD - N 存在显著差异，表明 GG2 中的两个外源基因（gr79 - epsps 和 gat）可能影响了根际土壤细菌群落的多样性，但这种差异可能是暂时和随机的。此外，草甘膦处理对 GG2 根际土壤真菌多样性有暂时影响，而 GG2 中转入的基因对真菌群落多样性无影响。
• 细菌和真菌群落组成：在细菌群落方面，放线菌门（Actinobacteriota）是优势菌门。在 SSV5，GG2 - H 根际土壤中放线菌门的相对丰度显著高于 GG2 - N 和 ZD - N，其他菌门则相反，说明草甘膦处理对根际土壤细菌群落组成有暂时影响。在真菌群落方面，子囊菌门（Ascomycota）是优势菌门。在 HS 和 SSV5，GG2 - H 根际土壤中部分真菌门的相对丰度与 GG2 - N 或 ZD - N 存在显著差异，通过 SIMPER 分析确定了受草甘膦影响较大的真菌属。此外，研究还发现丛枝菌根真菌（AMF）对草甘膦不敏感。
• 植物生长阶段对根际细菌和真菌群落的影响：主坐标分析和相似性分析表明，玉米品种对根际细菌和真菌群落影响不显著，而生长阶段影响较大。不同生长阶段的细菌和真菌群落结构存在明显差异，且具有季节性特征，各阶段都有特定的微生物标志物。
• 土壤指标对根际细菌和真菌群落的影响：方差分解分析显示，土壤指标是影响细菌和真菌群落结构变化的最重要因素，解释了细菌和真菌群落组成变化的大部分比例。典范对应分析和斯皮尔曼相关性分析进一步表明，pH 和 AP 是影响细菌群落结构的主要因素，pH、OM 和 AP 是影响真菌群落的主要因素，且部分细菌和真菌属与这些土壤指标密切相关。

综合研究结论和讨论部分，该研究全面分析了转基因作物种植、草甘膦处理、土壤理化性质和玉米生长阶段对土壤微生物群落的影响。研究发现，与玉米品种相比，植物生长阶段和土壤指标对根际微生物群落结构的影响更大，草甘膦处理对根际微生物群落的影响较小且具有暂时性。这一研究成果为中国大规模推广转基因作物提供了宝贵的理论依据，有助于完善新型抗除草剂玉米品种的安全评估方法，推动农业生物技术的健康发展，让我们在农业生产的道路上更加科学、稳健地前行。