本文關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)多基因庫安托楊生態(tài)安全性評價及非預(yù)期效應(yīng)研究

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【摘要】：轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)可以從基因水平上改良林木的目的性狀,克服傳統(tǒng)技術(shù)難以解決的問題。作為模式樹種,轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用,加快了楊樹良種選育過程,通過基因工程手段已獲得了耐鹽、抗病蟲、抗除草劑、降低木質(zhì)素含量和增加生長量等轉(zhuǎn)基因楊樹。伴隨著轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的推廣,轉(zhuǎn)基因安全問題逐漸顯露出來。因此,轉(zhuǎn)基因植物在實際推廣之前必須進(jìn)行安全性評價。目前,關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物安全的研究,在轉(zhuǎn)基因作物方面研究較多,而對轉(zhuǎn)基因林木的研究還很少,研究內(nèi)容也集中在對轉(zhuǎn)基因林木土壤微生物方面,但研究方法多使用傳統(tǒng)的稀釋平板培養(yǎng)計數(shù)法。轉(zhuǎn)基因植物除了可能會對周圍生態(tài)環(huán)境和其它植物產(chǎn)生影響,外源基因在導(dǎo)入植物基因組以后,會改變原有的正常序列,使得自身的代謝過程發(fā)生改變,可能會產(chǎn)生一些非預(yù)期的效應(yīng)。本研究以成齡期(8年生)轉(zhuǎn)多基因庫安托楊(P.×euramericana‘Guariento’)(包含5個外源基因:Vgb基因,編碼好氧透明顫菌血紅蛋白;Sac B基因,編碼果聚糖蔗糖酶,參與枯草芽孢桿菌果聚糖的生物合成;Bt Cry3A,編碼來自鞘翅目蘇云金芽孢桿菌的內(nèi)毒素;OC-I,是一種抗蟲基因,編碼水稻半胱氨酸蛋白酶抑制劑;JERF36,番茄基因編碼茉莉酮酸/乙烯響應(yīng)因子蛋白)及未轉(zhuǎn)基因庫安托楊為試驗材料,采用Biolog-ECO生態(tài)板和細(xì)菌16S r DNA V4區(qū)測序的方法研究了轉(zhuǎn)基因林地土壤微生物的碳代謝能力、土壤細(xì)菌群落組成和結(jié)構(gòu)多樣性;采用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等方法研究了轉(zhuǎn)基因?qū)顦涞拇x物以及木材的性質(zhì)影響。論文的主要研究結(jié)論如下:1.外源基因沒有出現(xiàn)水平轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。使用外源基因Vgb、Sac B、Bt Cry3A+OC-I和JERF36的特異性引物,對試驗林內(nèi)根際土壤微生物DNA和其它多種林下植物的總D NA進(jìn)行了PCR檢測,電泳結(jié)果顯示,所有DNA樣品中均未出現(xiàn)目的基因片段,說明本試驗林地內(nèi)轉(zhuǎn)基因楊樹的外源基因在8年內(nèi)沒有發(fā)生向根際土壤微生物和其它植物水平轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。2.轉(zhuǎn)基因楊樹對土壤微生物數(shù)量和碳代謝能力沒有明顯影響。以5個轉(zhuǎn)基因無性系、1個非轉(zhuǎn)基因無性系和1個未耕作土壤對照編號為實驗材料。使用稀釋平板培養(yǎng)法研究了轉(zhuǎn)基因楊樹的非根際土壤中三種微生物的數(shù)量(細(xì)菌、真菌和放線菌),結(jié)果顯示:轉(zhuǎn)基因楊樹和非轉(zhuǎn)基因楊樹的非根際土壤中可培養(yǎng)的細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量在楊樹的不同生長期是會出現(xiàn)一定的變化,但是這種變化沒有明顯的規(guī)律。應(yīng)用Biolog方法研究轉(zhuǎn)基因楊樹種植對其根際土壤微生物群落功能多樣性的影響,通過對土壤微生物單一碳源利用水平進(jìn)行比較分析,與非轉(zhuǎn)基因楊樹相比轉(zhuǎn)基因楊樹的栽植對根際土壤微生物群落碳源利用能力、豐富度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)和均勻度指數(shù)的變化影響不明顯;碳源利用多樣性主成分分析表明,無植物種植與其它無性系根際之間分布區(qū)域存在明顯差異,轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因之間分布不明顯,說明轉(zhuǎn)多基因庫安托楊對土壤微生物系統(tǒng)沒有明顯的影響。3.轉(zhuǎn)多基因楊樹對根際土壤細(xì)菌群落組成和結(jié)構(gòu)多樣性沒有影響。本研究使用測序的方法來分析兩個轉(zhuǎn)基因楊樹無性系(D5-20和D5-21),一個非轉(zhuǎn)基因無性系(D5-0)和未耕作土壤(CK)的根際土壤細(xì)菌的16S r DNA的V4區(qū)域,來判定土壤微生物多樣性和群落的結(jié)構(gòu)組成。通過過濾去掉干擾數(shù)據(jù),仍然有468 133條屬于細(xì)菌的序列存在。在所有的樣本中共有10優(yōu)勢類群(所含序列1%)。551個菌屬中有241個(含量占比例的97.33%)種菌屬在所有樣品中都存在。維恩圖顯示,1 926個OUT被所有樣本共享。在栽植楊樹(轉(zhuǎn)基因楊樹和非轉(zhuǎn)基因楊樹)的根際土壤微生物中我們發(fā)現(xiàn)綠彎菌門的含量顯著降低。最終結(jié)果,我們通過比較轉(zhuǎn)基因楊樹、非轉(zhuǎn)基因楊樹和未耕作土壤細(xì)菌多樣性及群落結(jié)構(gòu)組成沒有發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)差異,這表明這種遺傳修飾對根際細(xì)菌群落的幾乎沒有影響。4.轉(zhuǎn)基因楊樹木材的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)廣泛變異。對5個轉(zhuǎn)基因無性系和1個非轉(zhuǎn)基因無性系進(jìn)行株高、胸徑、木材的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)比較分析。而且轉(zhuǎn)基因無性系之間及與對照間均存在差異,與未轉(zhuǎn)基因楊樹相比轉(zhuǎn)基因楊樹的株高、綜纖維素和纖維素含量均增加,株高最高增加4.57%,綜纖維素最高增加6.21%,纖維素含量最高增加5.01%;總木素和酸溶木素含量均下降,總木素含量最高降低17.06%,酸溶木素含量最高降低13.99%;而胸徑、纖維長、纖維寬、微纖絲角和酸不溶木素含量的變化則有增有減。所以說外源基因的導(dǎo)入引起了非靶目標(biāo)材性性狀的廣泛變異。5.轉(zhuǎn)基因楊樹木材代謝物的含量發(fā)生變化,但是組分卻沒有發(fā)生改變。使用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對轉(zhuǎn)基因楊樹木材代謝組進(jìn)行非靶標(biāo)無偏向性的檢測,在2個轉(zhuǎn)基因無性系(D5-20、D5-21)和1個非轉(zhuǎn)基因無性系(D5-0)的代謝物中,我們共檢測出197種代謝物,發(fā)現(xiàn)導(dǎo)入基因以后沒有出現(xiàn)代謝物種類的增加和缺失。但在進(jìn)行代謝物含量的對比時,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因無性系(D5-20)有52種代謝物在含量上與非轉(zhuǎn)基因無性系(D5-0)出現(xiàn)顯著差異,另一個轉(zhuǎn)基因無性系(D5-21)有83種代謝物在含量上與非轉(zhuǎn)基因無性系(D5-0)出現(xiàn)顯著差異。將兩個轉(zhuǎn)基因無性系進(jìn)行對比,卻只有13種在含量上出現(xiàn)顯著差異。PCA分析表明,轉(zhuǎn)基因的兩個無性系之間并沒有明顯差異,轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因無性系能夠通過代謝組進(jìn)行區(qū)分。
【關(guān)鍵詞】：轉(zhuǎn)多基因庫安托楊 基因水平轉(zhuǎn)移 土壤微生物 非預(yù)期效應(yīng) 木材材性 代謝物
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S792.11
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-17
• 第一章 緒論17-39
• 1.1 引言17-18
• 1.1.1 研究目的和意義17-18
• 1.1.2 項目來源與經(jīng)費支持18
• 1.2 轉(zhuǎn)基因植物發(fā)展史18-22
• 1.2.1 轉(zhuǎn)基因植物發(fā)展的歷史及其現(xiàn)狀18-22
• 1.3 轉(zhuǎn)基因植物的安全性評價22-37
• 1.3.1 轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行安全性評價問題的產(chǎn)生？22
• 1.3.2 轉(zhuǎn)基因植物的生物安全性22-23
• 1.3.3 關(guān)于轉(zhuǎn)基因植物生態(tài)安全性的評價內(nèi)容23-29
• 1.3.4 土壤微生物的研究方法29-33
• 1.3.5 什么是非預(yù)期效應(yīng)33-35
• 1.3.6“組學(xué)”分析技術(shù)的應(yīng)用35-37
• 1.4 研究目標(biāo)和主要研究內(nèi)容37-38
• 1.4.1 研究目標(biāo)37
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容37-38
• 1.5 試驗步驟與整體安排38
• 1.6 研究技術(shù)路線38-39
• 第二章 轉(zhuǎn)基因楊樹外源基因轉(zhuǎn)移情況監(jiān)測39-48
• 2.1 材料與方法39-42
• 2.1.1 試驗材料39-40
• 2.1.2 試驗方法40-42
• 2.2 結(jié)果與分析42-46
• 2.2.1 外源基因整合到土壤微生物基因組中可能性分析42-44
• 2.2.2 外源基因整合到周邊雜草基因組中的可能性分析44-46
• 2.3 小結(jié)46-48
• 第三章 轉(zhuǎn)基因楊樹對土壤微生物數(shù)量和代謝功能的影響48-60
• 3.1 材料與方法48-51
• 3.1.1 試驗材料48-49
• 3.1.2 試驗方法49-51
• 3.1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析51
• 3.2 結(jié)果與分析51-58
• 3.2.1 北京地區(qū)2013年的平均氣溫和降水51-53
• 3.2.2 轉(zhuǎn)基因楊樹對土壤微生物數(shù)量的影響53
• 3.2.3 土壤微生物對碳源利用的動力學(xué)特征53-54
• 3.2.4 土壤微生物群落多樣性指數(shù)分析54-55
• 3.2.5 土壤微生物對六大類碳源的利用能力55-56
• 3.2.6 土壤微生物對碳源利用多樣性的主成分分析56-58
• 3.3 小結(jié)58-60
• 第四章 轉(zhuǎn)基因楊樹對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性的影響60-72
• 4.1 材料與方法60-62
• 4.1.1 試驗材料60
• 4.1.2 試驗方法60-62
• 4.2 結(jié)果與分析62-69
• 4.2.1 根際微生物DNA樣品62-63
• 4.2.2 土壤中細(xì)菌的豐富性63-66
• 4.2.3 根際土壤細(xì)菌門分類66-67
• 4.2.4 土壤樣品的主坐標(biāo)、熱圖和聚類分析67-69
• 4.3 小結(jié)69-72
• 第五章 轉(zhuǎn)基因楊樹的生長和木材材性的分析72-78
• 5.1 材料與方法72-74
• 5.1.1 試驗材料72-73
• 5.1.2 測試方法73
• 5.1.3 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計方法73-74
• 5.2 結(jié)果與分析74-76
• 5.2.1 轉(zhuǎn)多基因楊樹無性系基本生長情況分析74
• 5.2.2 轉(zhuǎn)多基因楊樹無性系物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)比較分析74-76
• 5.2.3 各選擇指標(biāo)的隸屬度及綜合評價76
• 5.3 小結(jié)76-78
• 第六章 轉(zhuǎn)基因楊樹木材代謝組分析78-96
• 6.1 材料與方法78-80
• 6.1.1 試驗材料78
• 6.1.2 測試方法78-79
• 6.1.3 代謝物的測定和識別79
• 6.1.4 數(shù)據(jù)處理79-80
• 6.2 結(jié)果與分析80-95
• 6.3 小結(jié)95-96
• 第七章 結(jié)論與討論96-100
• 7.1 結(jié)論96-98
• 7.2 討論98-99
• 7.3 展望99-100
• 參考文獻(xiàn)100-113
• 在讀期間的學(xué)術(shù)研究113-114
• 致謝114

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 陳一峰;高亞楠;朱杰;張偉;;新疆棉花長期連作對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)組成的影響[J];中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報;2015年01期

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本文編號：558627