鐘 旺, 曾慧蘭,2, 王建武**
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Bt基因導入對侵染叢枝菌根真菌的玉米生長生理及磷轉運基因表達的影響*
鐘 旺1, 曾慧蘭1,2, 王建武1**
(1. 華南農業(yè)大學資源環(huán)境學院/農業(yè)部華南熱帶農業(yè)環(huán)境重點實驗室/廣東省現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農業(yè)工程中心 廣州 510642; 2.惠州市園林管理局 惠州 516000)
為了分析Bt玉米與常規(guī)玉米對接種叢枝菌根真菌響應的異同, 本文在接種摩西球囊霉()和不接種的條件下, 對比分析了兩個Bt玉米品種‘5422Bt1’(Bt11)和‘5422CBCL’(Mon810)以及同源常規(guī)玉米品種‘5422’根系中叢枝菌根真菌侵染率、磷轉運基因的表達量、生長和養(yǎng)分利用狀況。結果表明: 生長50 d和80 d時, Bt玉米‘5422Bt1’和‘5422CBCL’根系叢枝菌根真菌侵染率顯著高于常規(guī)玉米‘5422’, 分別比‘5422’高13.54%、11.24%和9.83%、6.70%; 50 d取樣時, 接菌和不接菌處理玉米‘5422Bt1’、‘5422CBCL’和‘5422’根系內的磷轉運基因表達量均沒有顯著差異; 接菌和不接菌處理下玉米‘5422Bt1’的干重顯著高于‘5422CBCL’相應的處理, 而與‘5422’沒有顯著差異; 80 d取樣時, 不接菌處理玉米‘5422Bt1’的根長、根表面積和根體積顯著高于‘5422’和‘5422CBCL’不接菌處理。Bt基因的導入主要影響了兩個Bt玉米品種(‘5422Bt1’和‘5422CBCL’)苗期(50 d)和成熟期(80 d)的氮素吸收利用, 與常規(guī)玉米品種‘5422’相比, 合成Bt蛋白消耗了部分氮素和磷; 3個玉米品種對接種AMF的響應不同, 接菌處理提高了‘5422Bt1’和‘5422CBCL’苗期(50 d)和成熟期(80 d)的氮素吸收利用。在磷養(yǎng)分條件滿足玉米生長需要的條件下, 接種叢枝菌根真菌對Bt玉米磷轉運基因表達量和磷的吸收利用沒有顯著影響。Bt基因的導入以及接種對Bt玉米生長和養(yǎng)分利用的影響與不同轉化事件形成的品種特性相關。
Bt玉米; 叢枝菌根真菌; 生長特性; 養(yǎng)分利用; 磷轉運基因
叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)是土壤中一類有益的真核微生物, 可與80%以上的陸地植物根系形成互惠共生關系[1-2]??纱龠M植物對土壤水分、礦質元素等的吸收, 進而促進宿主植物的生長發(fā)育, 提高植物耐鹽、耐旱、耐重金屬和抗病的能力[3-6]。但是這類有益真菌卻很容易受到宿主植物的影響[7]。
Bt()玉米()是全球商品化最快的抗蟲轉基因作物之一, 2015年全球轉基因玉米種植面積高達539.1萬hm2[8], 其根系能夠分泌有殺蟲活性的Bt蛋白, 且在土壤中可以保持殺蟲活性180 d以上[9], 可能影響玉米與AMF的共生關系[10]。國內外已有Bt玉米對AMF侵染影響的研究報道, 但其結果不一致。Cheeke等[11-12]通過盆栽接種AMF發(fā)現(xiàn)Bt玉米AMF的侵染率顯著低于常規(guī)玉米, 但Bt基因的導入并未影響玉米的生長; Seres等[13]也通過田間試驗發(fā)現(xiàn)Bt玉米AMF的侵染率顯著低于常規(guī)玉米。任禛等[14]盆栽接種摩西球囊霉(,原為)發(fā)現(xiàn)Bt玉米的侵染率顯著高于常規(guī)玉米, 接種AMF對Bt玉米生長的促進效應顯著高于常規(guī)玉米; Zeng等[15]也在田間連續(xù)種植5季Bt玉米和常規(guī)玉米后發(fā)現(xiàn), Bt玉米AMF侵染率顯著高于常規(guī)玉米。馮遠嬌等[16]通過溫室盆栽試驗發(fā)現(xiàn), Bt基因的導入并未影響玉米AMF的侵染率, 而玉米的養(yǎng)分含量與培育Bt玉米品種的不同轉化事件有關; Cheeke等[17-19]也通過田間試驗表明Bt基因的導入并未影響玉米AMF侵染率, 也未對Bt玉米的生長產生影響。上述研究僅關注了Bt基因導入對玉米AMF的侵染率和生長的影響, 尚未深入探討其變化的分子生物學機理。AMF能夠促進植物對礦質元素特別是磷的吸收[4,20], 磷轉運基因;是植物根系吸收、利用磷的關鍵調控基因[21], 接種AMF是否會誘導Bt玉米根系磷轉運基因;的表達?Bt基因的導入是否也會影響該基因的表達呢?
由美國Beck’s Superior Hybrids公司生產的‘5422Bt1’(Bt11)和‘5422CBCL’(Mon810)是美國商品化程度很高的Bt玉米品種, 許多研究者把它作為Bt玉米生態(tài)風險評估的對象[14-16]。摩西球囊霉為田間侵染玉米根系的主要菌種[15,17]。在玉米播種50 d時, 植株生長最為旺盛, 此時取樣能初步反映出處理因素對玉米的影響[22]; 而在80 d時, 玉米基本完成了營養(yǎng)生長, 此時取樣最能反映出處理因素對玉米的影響[23]。因此本試驗以摩西球囊霉為接種菌劑, 對比研究了兩個不同轉化事件的Bt玉米[‘5422Bt1’ (Bt11)和‘5422CBCL’(Mon810)]及其共同的同源常規(guī)玉米品系‘5422’在接種摩西球囊霉和不接種的條件下, 生長50 d和80 d時根系的AMF侵染率和磷轉運基因;表達的變化以及生長及養(yǎng)分利用的差異, 旨在為Bt玉米的生物安全管理提供科學依據(jù)。
1.1 試驗材料
Bt玉米品種‘5422Bt1’(Bt11)和‘5422CBCL’ (MON810)及其同源常規(guī)玉米品種‘5422’均來自美國Beck’s Superior Hybrids公司, 由Purdue大學農學系Cindy Nakatus博士惠贈; 兩種Bt玉米品種表達的殺蟲蛋白均為Cry1Ab。
供試菌劑為中國科學院“叢枝菌根真菌種質資源庫”的摩西球囊霉, 由華南農業(yè)大學園藝學院姚青老師提供的保存在玉米上的摩西球囊霉的孢子、菌根根段和菌絲作為接種劑, 經玉米擴繁后供試驗所用。供試所用土壤均為河沙, 河沙經2 mm篩后, 干熱滅菌(180 ℃, 2 h)后備用。
1.2 試驗設計
接種試驗于2014年6月8日在華南農業(yè)大學溫室大棚內進行, 每個供試玉米品系設接種摩西球囊霉菌劑()和不接菌劑兩個處理。塑料盆(高15 cm, 口徑16.5 cm)使用0.1%高錳酸鉀溶液浸泡24 h后晾干, 先裝1.5 kg滅菌河沙, 然后鋪蓋100 g摩西球囊霉菌劑。每個品系選取飽滿、大小一致的種子(經10% H2O2預處理5 min)播種再用0.5 kg河沙覆蓋, 最后淋透水供玉米發(fā)芽生長。每隔3 d施一次Hoagland營養(yǎng)液, 并按生長需要補充水分。每盆種1株, 每個處理各種20株。待玉米生長至50 d和80 d時每個重復各取樣3株并測定菌根侵染率及各項生理指標。
1.3 指標的測定
1.3.1 根系AMF侵染率的測定
每個重復隨機選取30條直徑為1 mm的根系洗凈放入種苗瓶中, 曲利苯藍染色后制片, 鏡檢。根據(jù)根段中菌根侵染(0、<1%、<10%、<50%、>50%和>90%)的標準, 定義每一條根, 用“Mycocalc”軟件計算出AMF侵染率[24]。
1.3.2 磷轉運基因表達的測定
每個重復取100 mg玉米根系, 使用RNAprep Pure Plant Kit試劑盒(Tiangen, Beijing)提取根系總RNA, 然后用PrimeScriptTM RT Master Mix (Perfect Real Time)試劑盒(Takara, Dalian)進行反轉錄, 再使用SuperReal PreMix Plus (SYBR Green)試劑盒(Tiangen, Beijing)進行qRT-PCR, 反應液配制如下: 1 μL cDNA模板, 10 μL 2-fold SuperReal PreMix Plus (SYBR Green), Forward引物(5′-CCGTCAACAACA TGGTGACA GG-3′) 0.6 μL, Reverse引物(5′-AGAAGCGGAAGAAGCAGAGCGT-3′) 0.6 μL, 加RNase-free water至20 μL。反應條件為: 預變性95 ℃15 min, 變性95 ℃ 30 s, 退火60 ℃ 30 s, 延伸72 ℃ 30 s, 40個循環(huán)。采用相對定量的方法計算基因;的表達[21]。
1.3.3 生長指標的測定
測量玉米莖基部到頂部的高度為株高。根系生長特性的測定采用EPSON V700雙光源專用掃描儀對根系掃描, 用根系圖像分析軟件WinRHIZO REG 2009分析掃描圖片, 得出根系長度、根系表面積和根系體積等指標[25]。再將玉米植株放進烘箱于105 ℃殺青30 min后, 于75 ℃恒溫烘干, 然后分別稱取地上部和地下部生物量。
1.3.4 養(yǎng)分含量的測定
玉米葉片和根系中有機碳、全氮、全磷和全鉀含量的測定參照鮑士旦的方法[26]。
1.4 統(tǒng)計分析
所有數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計分析, 不同品種多處理間差異采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan多重比較, 接種AMF和不接種處理間差異顯著性檢驗用成組數(shù)據(jù)的檢驗, 差異顯著性水平為0.05。圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤。
2.1 玉米根系AMF侵染率和磷轉運基因表達量
兩個取樣時間接菌處理Bt玉米品種‘5422CBCL’和‘5422Bt1’AMF的侵染率均顯著高于常規(guī)玉米‘5422’, 分別比‘5422’高13.54%、11.24%和9.83%、6.70%(圖1), 這與Zeng等[15]和任禛等[14]的研究結果一致; 而與Cheeke等[11]的Bt基因導入降低了玉米AMF侵染率的研究結果不一致。本試驗選用的Bt玉米品種與Zeng等[15]和任禛等[14]的相同, 但與Cheeke等[11]所選用的Bt玉米品種(Bt11)不同, 可見, 玉米AMF侵染率的大小與供試品種相關。
是一種高親和力的磷轉運基因, 能夠增加植物吸收磷的效率, 其表達量經常受AMF誘導[2,27]。雖然Bt基因的導入會改變植株體內的部分生理代謝[28], 但50 d取樣時, Bt玉米‘5422Bt1’(Bt11)和‘5422CBCL’(Mon810)與常規(guī)玉米‘5422’間的磷轉運基因表達量卻沒有顯著差異, ‘5422’、‘5422Bt1’(Bt11)和‘5422CBCL’ (Mon810)玉米的磷轉運基因的表達量在接菌與不接菌處理間也沒有顯著差異(圖1b)。這與Saia等[29]的在施肥條件下接種AMF未促進Pt1基因表達的研究結果一致, 說明玉米根系吸收的磷能夠滿足玉米自身生長需要, 不需要再由菌絲誘導磷轉運基因的表達來提高磷的吸收。
‘5422Bt1’和‘5422CBCL’為Bt玉米品種, ‘5422’為同源常規(guī)玉米品種。同一取樣時間不同字母表示品種間差異顯著(<0.05)。‘5422Bt1’ and ‘5422CBCL’ are Bt corn varieties, ‘5422’ is conventional corn variety. Different letters at the same sampling time mean significant differences among varieties at 0.05 level.
2.2 摩西球囊霉侵染對Bt玉米生長和養(yǎng)分利用的影響
2.2.1 對玉米株高和生物量的影響
株高和生物量是評價植物生長的重要指標。50 d取樣時, 不接菌處理的3個玉米品種的株高、全株干重和地下部干重沒有顯著差異, 僅‘5422Bt1’的地上部干重顯著高于‘5422CBCL’(表1)。接菌處理后, ‘5422’的株高顯著高于其不接菌處理, 且顯著高于‘5422CBCL’和‘5422Bt1’接菌處理(表1); ‘5422Bt1’的全株、地上部和地下部干重顯著高于‘5422CBCL’ (表1)。80 d取樣時, ‘5422’、‘5422Bt1’和‘5422CBCL’的株高、全株干重和地上部干重在所有處理間均沒有顯著差異(表1), 僅地下部干重存在顯著差異: 不接菌處理‘5422Bt1’>‘5422’和‘5422CBCL’, 接菌處理‘5422Bt1’和‘5422CBCL’顯著低于其不接菌處理, 接菌處理‘5422Bt1’>工人‘5422CBCL’。
上述結果說明, Bt基因的導入對玉米品種的生長特性有一定的影響, 表現(xiàn)在地上部干重(50 d)和地下部干重(80 d)的差異; Bt基因的導入也影響了玉米品種對接種AMF的響應, 接菌處理苗期(50 d)對‘5422’株高的促進作用強于‘5422Bt1’和‘5422CBCL’, 對‘5422Bt1’全株干重、地上部干重的促進作用強于‘5422CBCL’, 這與Cheeke等[17]的研究結論一致。
表1 摩西球囊霉侵染對Bt玉米株高和干重的影響
‘5422Bt1’和‘5422CBCL’為Bt玉米品種, ‘5422’為同源常規(guī)玉米品種。同列同一取樣時間不同字母表示差異顯著(<0.05), 同行星號(*)表示在接菌處理(+G)與不接菌處理(-G)平均值間差異顯著(<0.05)?!?422Bt1’ and ‘5422CBCL’ are Bt corn varieties, ‘5422’ is conventional corn variety. Different letters in the same column at the same sampling time mean significant differences among varieties at 0.05 level. In the same row, star (*) means significant difference at 0.05 level between averages of inoculation (+G) and non-inoculation (-G) treatments.
2.2.2 對玉米根系生長特性的影響
根系是植物的主要吸收器官, 植物依靠根系從土壤中吸收水分和無機鹽。根系長度和密度對植物的生長起著重要作用。50 d取樣時, 所有處理‘5422’、‘5422Bt1’和‘5422CBCL’玉米的根長、根表面積和根體積均沒有顯著差異(表2), 說明Bt基因導入與接菌處理均沒有影響苗期玉米的根系生長特征。80 d取樣時, 不接菌處理‘5422Bt1’玉米的根長、根表面積和根體積顯著高于‘5422’和‘5422CBCL’(表2), 說明Bt11基因的導入提高了‘5422Bt1’玉米成熟期(80 d)的根系活力; 但接菌處理并沒有促進其根系生長。
表2 摩西球囊霉侵染對Bt玉米根系生長特性的影響
‘5422Bt1’和‘5422CBCL’為Bt玉米品種, ‘5422’為同源常規(guī)玉米品種。同列同一取樣時間不同字母表示差異顯著(<0.05), 同行星號(*)表示在接菌處理(+G)與不接菌處理(-G)平均值間差異顯著(<0.05)?!?422Bt1’ and ‘5422CBCL’ are Bt corn varieties, ‘5422’ is conventional corn variety. Different letters in the same column at the same sampling time mean significant differences among varieties at 0.05 level. In the same row, star (*) means significant difference at 0.05 level between averages of inoculation (+G) and non-inoculation (-G) treatments.
2.2.3 對玉米養(yǎng)分含量的影響
氮、磷、鉀和有機碳含量是評價植物養(yǎng)分利用的重要指標。50 d取樣不接菌處理下, ‘5422Bt1’的全株全氮含量顯著高于‘5422CBCL’, 其地下部全氮含量也顯著高于‘5422’和‘5422CBCL’, 但3個玉米品種全株、地上部和地下部的全磷、全鉀和有機碳含量沒有顯著差異(表3)。50 d取樣接菌處理下, 3個玉米品種, 僅‘5422Bt1’地下部全氮顯著低于‘5422CBCL’、全磷含量顯著低于‘5422’和‘5422CBCL’, ‘5422CBCL’地上部全鉀含量顯著高于‘5422’(表3); ‘5422Bt1’接菌處理僅地下部全氮含量低于其不接菌處理, 其全株和地上部全氮含量顯著低于其不接菌處理, ‘5422CBCL’接菌處理全株和地下部全氮含量顯著高于其不接菌處理(表3)。
80 d取樣不接菌處理下, ‘5422’的全株和地上部全氮含量、全株全磷含量顯著高于‘5422CBCL’, 地下部全磷含量、全株全鉀含量也顯著高于‘5422Bt1’和‘5422CBCL’, 地下部全鉀含量也顯著高于‘5422Bt1’(表3)。80 d取樣接菌處理下, 3個玉米品種之間僅‘5422’全株有機碳含量顯著低于‘5422Bt1’和‘5422CBCL’; ‘5422CBCL’玉米的全株全氮含量顯著高于其不接菌處理, 全株有機碳含量顯著低于不接菌處理。
上述結果表明, Bt基因的導入主要影響了兩個Bt玉米品種(‘5422Bt1’和‘5422CBCL’)苗期(50 d)和成熟期(80 d)的氮素吸收利用, 與常規(guī)玉米品種‘5422’相比, 合成Bt蛋白消耗了部分氮素和磷; 3個玉米品種對接種AMF的響應不同, 接菌處理提高了‘5422Bt1’和‘5422CBCL’苗期(50 d)和成熟期(80 d)的氮素吸收利用。
本研究表明, Bt基因的導入影響了供試的兩個轉Bt玉米品種的生長特性及其對接種AMF的響應, 且這種影響與導入Bt基因的轉化事件相關, 這與Cheeke等[17]的研究結論一致。菌根侵染狀況是反映植物與真菌之間共生親和力的重要指標[14]?!?422Bt1’(Bt11)和‘5422CBCL’(Mon810)玉米根系AMF侵染率顯著高于常規(guī)玉米‘5422’, 接菌處理苗期(50 d)對‘5422’株高的促進作用強于‘5422Bt1’和‘5422CBCL’; 對‘5422Bt1’全株干重、地上部干重的促進作用強于‘5422CBCL’。Bt11基因的導入提高了‘5422Bt1’玉米成熟期(80 d)的根系活力; 但接菌處理并沒有促進其根系生長。Bt基因的導入主要影響了兩個Bt玉米品種苗期和成熟期的氮素吸收利用, 與常規(guī)玉米品種‘5422’相比, 合成Bt蛋白消耗了部分氮素和磷, 這與馮遠嬌等[16]的研究結果一致。3個玉米品種對接種AMF的響應不同, 接菌處理提高了‘5422Bt1’和‘5422CBCL’苗期和成熟期的氮素吸收利用, 但沒有影響玉米的磷轉運基因的表達量以及玉米對磷素的吸收利用, 這與任禛等[14]、賈廣軍等[30]和付先恒等[31]的研究結果不一致, 可能是在本試驗中每隔3 d添加一次Hoagland營養(yǎng)液, 土壤中磷素養(yǎng)分充足, 能滿足玉米生長需要, 不需要AMF再提高其吸收量[32]。
綜上所述, Bt基因的導入促進了AMF對玉米的侵染, 而對玉米中磷轉運基因表達沒有影響, 同時Bt基因的導入對玉米生長和養(yǎng)分利用的影響與不同轉化事件形成的品種特性有關, 玉米‘5422Bt1’的干重顯著高于‘5422CBCL’, 而與‘5422’沒有顯著差異;玉米‘5422Bt1’的根長、根表面積和根體積顯著高于‘5422’和‘5422CBCL’; 玉米‘5422’的全氮、全磷和全鉀顯著高于‘5422CBCL’, 而與‘5422Bt1’沒有顯著差異; 3個玉米品種對接種AMF的響應不同, 接菌處理提高了‘5422Bt1’和‘5422CBCL’苗期和成熟期的氮素吸收利用。
表3 摩西球囊霉侵染對Bt玉米養(yǎng)分含量的影響
‘5422Bt1’和‘5422CBCL’為Bt玉米品種, ‘5422’為同源常規(guī)玉米品種。同列同一取樣時間不同字母表示差異顯著(<0.05), 同行星號(*)表示在接菌處理(+G)與不接菌處理(-G)平均值間差異顯著(<0.05)?!?422Bt1’ and ‘5422CBCL’ are Bt corn varieties, ‘5422’ is conventional corn variety. Different letters in the same column at the same sampling time mean significant differences among varieties at 0.05 level. In the same row, star (*) means significant difference at 0.05 level between averages of inoculation (+G) and non-inoculation (-G) treatments.
[1] Regvar M, Vogel K, Irgel N, et al. Colonization of pennycresses (spp.) of the Brassicaceae by arbuscular mycorrhizal fungi[J]. Journal of Plant Physiology, 2003, 160(6): 615–626
[2] Tsuzuki S, Handa Y, Takeda N, et al. Strigolactone-induced putative secreted protein 1 is required for the establishment of symbiosis by the arbuscular mycorrhizal fungus[J]. Molecular Plant-Microbe Interactions, 2016, 29(4): 277–286
[3] 馬琨, 陶媛, 杜茜, 等. 不同土壤類型下AM真菌分布多樣性及與土壤因子的關系[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2011, 19(1): 1–7 Ma K, Tao Y, Du Q, et al.fungi diversity and its relationship with soil environmental factors in different soil types[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2011, 19(1): 1–7
[4] 王洪義, 王智慧, 崔戰(zhàn)利. 4種生物質對大豆雙共生系統(tǒng)、土壤微生物及產量的調控[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2013, 21(6): 652–657 Wang H Y, Wang Z H, Cui Z L. Control effects of biomass on dual symbiosis system, soil microbe and yield of soybean[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2013, 21(6): 652–657
[5] Zhu X C, Song F B, Liu S Q, et al. Effects of arbuscular mycorrhizal fungus on photosynthesis and water status of maize under high temperature stress[J]. Plant and Soil, 2011, 346(1/2): 189–199
[6] Hassan S E D, Boon E, St-Arnaud M, et al. Molecular biodiversity of arbuscular mycorrhizal fungi in trace metal-polluted soils[J]. Molecular Ecology, 2011, 20(16): 3469–3483
[7] Liu R J, Wang F Y. Selection of appropriate host plants used in trap culture of arbuscular mycorrhizal fungi[J]. Mycorrhiza, 2003, 13(3): 123–127
[8] James C. 20 Years of success-Global status of commercialized biotech/GM Crops: 2015[R]. ISAAA Brief No. 51. Ithaca, NY: ISAAA, 2015
[9] Saxena D, Flores S, Stotzky G. Bt toxin is released in root exudates from 12 transgenic corn hybrids representing three transformation events[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2002, 34(1): 133–137
[10] Liu W K. Do genetically modified plants impact arbuscular mycorrhizal fungi?[J]. Ecotoxicology, 2010, 19(2): 229–238
[11] Cheeke T E, Pace B A, Rosenstiel T N, et al. The influence of fertilizer level and spore density on arbuscular mycorrhizal colonization of transgenic11 maize () in experimental microcosms[J]. FEMS Microbiology Ecology, 2011, 75(2): 304–312
[12] Cheeke T E, Rosenstiel T N, Cruzan M B. Evidence of reduced arbuscular mycorrhizal fungal colonization in multiple lines ofmaize[J]. American Journal of Botany, 2012, 99(4): 700–707
[13] Seres A, Kiss I, Nagy P, et al. Arbuscular mycorrhizal fungi colonisation oftoxin-producingmaize and near isogenic maize[J]. Plant, Soil and Environment, 2014, 60(12): 569–573
[14] 任禛, 王建武, 馮遠嬌, 等. 叢枝菌根真菌侵染Bt玉米及對其生長的影響[J]. 生態(tài)學雜志, 2011, 30(6): 1163–1168 Ren Z, Wang J W, Feng Y J, et al. Effects of arbuscular mycorrhizal fungi colonization on Bt corn growth[J]. Chinese Journal of Ecology, 2011, 30(6): 1163–1168
[15] Zeng H L, Tan F X, Shu Y H, et al. The Cry1Ab protein has minor effects on the arbuscular mycorrhizal fungal communities after five seasons of continuous Bt maize cultivation[J]. PLoS One, 2015, 10(12): e0146041
[16] 馮遠嬌, 陳卓娜, 王建武, 等. Bt玉米叢枝菌根真菌侵染率與養(yǎng)分含量的變化研究[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2010, 18(3): 486–491Feng Y J, Chen Z N, Wang J W, et al. Change in abuscular mycorrhizal fungi colonization rate and nutrient content in Bt corn[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2010, 18(3): 486–491
[17] Cheeke T E, Schütte U M, Hemmerich C M, et al. Spatial soil heterogeneity has a greater effect on symbiotic arbuscular mycorrhizal fungal communities and plant growth than genetic modification withtoxin genes[J]. Molecular Ecology, 2015, 24(10): 2580–2593
[18] Cheeke T E, Cruzan M B, Rosenstiel T N. Field evaluation of arbuscular mycorrhizal fungal colonization intoxin-expressing (Bt) and non-Bt maize[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2013, 79(13): 4078–4086
[19] Cheeke T E, Darby H, Rosenstiel T N, et al. Effect of() maize cultivation history on arbuscular mycorrhizal fungal colonization, spore abundance and diversity, and plant growth[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2014, 195: 29–35
[20] 趙昕, 閻秀峰. 叢枝菌根對喜樹幼苗生長和氮、磷吸收的影響[J]. 植物生態(tài)學報, 2006, 30(6): 947–953 Zhao X, Yan X F. Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on the growth and absorption of nitrogen and phosphorus ina seedlings[J]. Journal of Plant Ecology, 2006, 30(6): 947–953
[21] Liu F, Xu Y J, Jiang H H, et al. Systematic identification, evolution and expression analysis of thegene family reveals several new members involved in root colonization by arbuscular mycorrhizal fungi[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2016, 17(6): 930
[22] 楊俊剛, 倪小會, 徐凱, 等. 接觸施用包膜控釋肥對玉米產量、根系分布和土壤殘留無機氮的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2010, 16(4): 924–930 Yang J G, Ni X H, Xu K, et al. Effects of co-situs application of polymer-coated fertilizers on grain yield, root distribution and soil residual Nminin summer maize[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2010, 16(4): 924–930
[23] 王宇濤, 邱丘, 李韶山, 等. 鎘鎘、銅復合污染下叢枝菌根真菌對玉米重金屬吸收的影響[J]. 科技導報, 2014, 32(21): 15–20 Wang Y T, Qiu Q, Li S S, et al. Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on heavy metal uptake of maize under Cd and Cu combined pollution conditions[J]. Science & Technology Review, 2014, 32(21): 15–20
[24] Trouvelot A, Kough J L, Gianinazzi-Pearson V. Mesure du taux de mycorhization VA d'un systeme radiculaire. Recherche de méthodes d'estimation ayant une signification fonctionnelle[M]//Gianinazzi-Pearson V, Gianinazzi S. Physiological and Genetical Aspects of Mycorrhizae. Paris, France: INRA, 1986: 217–221
[25] 李長志, 李歡, 劉慶, 等. 不同生長時期干旱脅迫甘薯根系生長及熒光生理的特性比較[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2016, 22(2): 511–517 Li C Z, Li H, Liu Q, et al. Comparison of root development and fluorescent physiological characteristics of sweet potato exposure to drought stress in different growth stages[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016, 22(2): 511–517
[26] 鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 第3版. 北京: 中國農業(yè)出版社, 2000 Bao S D. Soil and Agricultural Chemistry Analysis[M]. 3rd ed. Beijing: China Agricultural Press, 2000
[27] López-Arredondo D L, Leyva-González M A, González-Morales S I, et al. Phosphate nutrition: Improving low-phosphate tolerance in crops[J]. Annual Review of Plant Biology, 2014, 65(1): 95–123
[28] 徐立華, 李國鋒, 楊長琴, 等. 轉基因抗蟲棉33B的氮素代謝特征[J]. 江蘇農業(yè)學報, 2005, 21(3): 150–154 Xu L H, Li G F, Yang C Q, et al. Characteristics of nitrogen metabolism of insect-resistanttransgenic cotton nucotn 33B[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences, 2005, 21(3): 150–154
[29] Saia S, Rappa V, Ruisi P, et al. Soil inoculation with symbiotic microorganisms promotes plant growth and nutrient transporter genes expression in durum wheat[J]. Frontiers in Plant Science, 2015, 6: 815
[30] 賈廣軍, 張仕穎, 谷林靜, 等. 菌根對紫色土上間作玉米生長及磷素累積的影響[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2014, 22(5): 516–524 Jia G J, Zhang S Y, Gu L J, et al. Effect of mycorrhizal inoculation on growth and phosphorus accumulation of intercropped maize on purple soil[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2014, 22(5): 516–524
[31] 付先恒, 年夫照, 谷林靜, 等. 分室磷添加下菌根對滇池流域紅壤間作玉米生長及磷素利用的影響[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2015, 23(10): 1220–1227 Fu X H, Nian F Z, Gu L J, et al. Effect of inoculation of AMF on plant growth and phosphorus utilization in intercropped maize under chamber phosphorus addition on red soils in Dianchi Watershed[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2015, 23(10): 1220–1227
[32] 黃京華, 駱世明, 曾任森, 等. 磷脅迫下AMF對玉米生長的影響[J]. 廣西農業(yè)生物科學, 2006, 25(4): 321–324 Huang J H, Luo S M, Zeng R S, et al. Effects of AMF on maize plant growth under phosphorus stress[J]. Journal of Guangxi Agricultural and Biological Science, 2006, 25(4): 321–324
Effect of Bt gene insertion on growth, physiology and gene expression of phosphorus transporter gene of corn after arbuscular mycorrhizal fungi colonization*
ZHONG Wang1, ZENG Huilan1,2, WANG Jianwu1**
(1. College of Natural Resources and Environment, South China Agricultural University / Key Laboratory of Agro-environment in the Tropics, Ministry of Agriculture, South China Agricultural University / Guangdong Engineering Research Center for Modern Eco-agriculture and Circular Agriculture, Guangzhou 510642, China; 2. Huizhou Landscaping Administration Bureau, Huizhou 516000, China)
Bt ()-corn root can exudate insecticide active Bt protein and persistent toxin in soils which can affect symbiotic relationship between corn and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). In this paper, two Bt-corn varieties ‘5422Bt1’ (Bt11) and ‘5422CBCL’ (Mon810), and one conventional corn variety ‘5422’ were used to explore the difference between Bt and non-Bt varieties withinoculation and non-inoculation treatments. The colonization of AMF, phosphorus transporter gene expression, growth and nutrients contents were measured after 50 d and 80 d of inoculation. The results showed that AMF colonization of Bt-corn varieties ‘5422Bt1’ and ‘5422CBCL’ were significantly higher than that of the conventional variety ‘5422’ at 50 d and 80 d after treatment, which increased by 13.54% and 11.24% at 50 d and then by 9.83% and 6.70% at 80 d, respectively. There was no significant difference in phosphorus transporter gene expression between inoculation and non-inoculation for Bt-corn varieties at 50 d. The height of ‘5422’ under inoculation treatment was significantly higher than that of ‘5422Bt1’ and ‘5422CBCL’ at 50 d. Dry weight of ‘5422Bt1’ under inoculation treatment was significantly higher than that of ‘5422CBCL’ at 50 d. The root length, root surface and root volume of ‘5422Bt1’ were significantly higher than those of ‘5422’ and ‘5422CBCL’ under non-inoculation treatments at 80 d. Bt gene insertion affected nitrogen concentration of the two Bt-corn varieties (‘5422Bt1’and ‘5422CBCL’) at the two sampling times. As compared with conventional corn variety, the two Bt-corn varieties needed more nitrogen and phosphorus to synthetize Bt protein. There were significant differences among the responses of three corn varieties to AMF inoculation.inoculation significantly increased nitrogen absorption of‘5422Bt1’ and ‘5422CBCL’ at the two sampling times (50 d and 80 d). In conclusion, the effect of Bt-gene insertion and AMF inoculation on growth and nutrient utilization of Bt-corn was mainly dependent on its transformation event.
Bt-corn; Arbuscular mycorrhizal fungi; Growth characteristics; Nutrient utilization; Phosphorus transporter gene
10.13930/j.cnki.cjea.170065
S154.36; S513
A
1671-3990(2017)08-1198-08
* 國家自然科學基金項目(31470574, 31170506)資助
**通訊作者:王建武, 主要從事轉基因作物的生態(tài)風險評估。E-mail: wangjw@scau.edu.cn
鐘旺, 主要從事轉基因玉米的生態(tài)風險評估。E-mail: m15018483675_1@163.com
2017-01-18 接受日期: 2017-03-30
* This study was founded by the National Natural Science Foundation of China (31470574, 31170506).
, E-mail: wangjw@scau.edu.cn
Jan. 18, 2017; accepted Mar. 30, 2017
鐘旺, 曾慧蘭, 王建武. Bt基因導入對侵染叢枝菌根真菌的玉米生長生理及磷轉運基因表達的影響[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2017, 25(8): 1198-1205
Zhong W, Zeng H L, Wang J W. Effect of Bt gene insertion on growth, physiology and gene expression of phosphorus transporter gene of corn after arbuscular mycorrhizal fungi colonization[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017, 25(8): 1198-1205