莠去津對土壤微生物群落結構及分子多樣性的影響.pdf

1、莠去津既具有持久性有機污染物的顯著特征，又屬于環(huán)境激素污染物的范疇，是全球比較受關注的污染物之一。除歐盟外，莠去津仍在全球范圍內大面積使用，它對土壤生態(tài)系統(tǒng)勢必產生一定程度的影響。系統(tǒng)地從微生物生物量及土壤微生物的功能、結構和遺傳多樣性的角度考察其土壤微生物的生態(tài)效應，報道較少。
　　 本項目以莠去津為污染物，在室內模擬的條件下，開展莠去津對土壤微生物的生態(tài)毒理效應研究，采用熏蒸提取的方法確定微生物生物量變化，通過Biolog、

2、T-RFLP和DGGE等技術手段明確莠去津對土壤微生物功能、結構和遺傳多樣性的影響。將傳統(tǒng)方法和分子生物學技術相結合，從生化和分子水平上探明莠去津污染對土壤微生物的生態(tài)毒性及土壤微生物對土壤污染的響應過程及時間，為客觀評價莠去津對土壤微生物的生態(tài)風險提供科學依據和技術支持。主要研究結果如下：
　　 1、通過微生物的平板計數(shù)實驗，研究了土壤中0.1、1、10mg/kg三個莠去津濃度染毒影響下土壤細菌、真菌、放線菌的數(shù)量變化，實驗表

3、明在莠去津的污染影響下，第7、14、21、28、42天土壤中的細菌、真菌、放線菌都呈現(xiàn)出生長受到抑制的現(xiàn)象。且這種抑制效應隨莠去津濃度的增大而增強，表現(xiàn)出良好的劑量-效應關系。采用熏蒸-提取法研究了莠去津對土壤微生物生物量碳的影響，結果表明，在莠去津污染的影響下，土壤微生物生物碳量的變化趨勢呈現(xiàn)一定的抑制效應，且與莠去津的處理濃度有關，莠去津濃度越高，抑制效應越明顯。土壤微生物生物碳量的響應與莠去津處理濃度間呈現(xiàn)出良好的劑量-效應關系，

4、這和莠去津污染狀況下土壤微生物數(shù)量的響應變化規(guī)律是一致的。
　　 2、采用BIOLOGECO研究了莠去津污染狀況下土壤微生物功能多樣性的變化，結果表明室內條件下低濃度莠去津處理土壤不會影響土壤微生物的群落的整體活性，在整個實驗周期內，相對較高濃度的莠去津(10mg/kg)對土壤微生物的整體活性(AWCD)略有抑制，但在大部分時間內差異不明顯。Shannon、Simpson和Mcintosh等三種多樣性指數(shù)在實驗條件下的變化規(guī)律基

5、本一致，相對較高濃度(10mg/kg)的莠去津對三個指數(shù)均表現(xiàn)出輕微的抑制效應，使土壤微生物群落的豐富度降低，常見物種的優(yōu)勢度和物種的均一性均呈減小的表現(xiàn)。微生物主要利用的碳源種類水平順序為糖類及其衍生物>代謝中間產物和次生代謝產物>脂類和脂肪酸類>氨基酸及其衍生物。
　　 3、采用PCR-DGGE技術研究莠去津污染狀況下土壤微生物遺傳多樣性的變化，本文主要對土壤細菌、真菌和古菌的群落結構的變化規(guī)律進行了研究：
　　 (

6、1)在莠去津污染對土壤細菌的研究中，通過泳道/條帶識別分析、泳道圖譜對比分析和聚類分析發(fā)現(xiàn)土壤樣品中細菌種群受莠去津影響較小，但莠去津的濃度相對越高，其與對照處理組間的相似性和親緣關系就相對越低；通過計算Shannon、Simpson和Mcintosh多樣性指數(shù)表明，在整個實驗周期內莠去津對土壤細菌的物種豐富度影響甚微，但較高濃度的莠去津卻提高了常見菌群的優(yōu)勢度，而低濃度莠去津處理下的細菌的均勻度更好；通過切膠回收條帶、連接轉化和測序分

7、析后，發(fā)現(xiàn)細菌DGGE條帶所代表的土壤樣品中優(yōu)勢細菌菌群主要屬于5個大門類即變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、棲熱菌門(Deinococcus-Thermus)、放線菌門(Actinobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)，其中變形菌類群覆蓋了α-Proteobacteria、β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria三大菌綱。另外，在莠去津污染條件下

8、，土壤中的厚壁菌門(Firmicutes)的豐度明顯增加。
　　 (2)在莠去津污染對土壤古菌的研究中，通過泳道/條帶識別分析、泳道圖譜對比分析和聚類分析發(fā)現(xiàn)土壤樣品中古菌類群受莠去津影響較小，但莠去津的濃度相對越高，其與對照處理組間的相似性和親緣關系就相對越低，這與細菌的響應基本一致；通過計算Shannon、Simpson和Mcintosh多樣性指數(shù)表明，較高濃度的莠去津抑制了古菌類型的豐富度，并提高了常見類型的優(yōu)勢度，而其他

9、處理間差異不顯著。通過切膠回收條帶、測序分析和構建系統(tǒng)進化樹后，發(fā)現(xiàn)古菌DGGE條帶所代表的土壤樣品中優(yōu)勢古菌菌群主要屬于3個大門類即泉古菌門(Crenamhaeota)、廣古菌門(Euryarchaeota)、7haumarchaeota。其中有6條條帶與氨氧化古菌(AOA)及亞硝化暖菌屬(Nitrososphaera)相似度極高，可見莠去津的污染刺激了這些參與氮循環(huán)的菌群的活性。
　　 (3)在莠去津污染對土壤真菌的研究中，

10、通過泳道/條帶識別分析、泳道圖譜對比分析和聚類分析，發(fā)現(xiàn)相對較高濃度的莠去津對土壤真菌的類群存在輕微的影響；通過計算Shannon、Simpson和Mcintosh多樣性指數(shù)表明，莠去津的污染對土壤真菌的物種豐富度、最常見物種的優(yōu)勢度已經物種的均一性均未產生明顯影響。通過切膠回收條帶、測序分析和構建系統(tǒng)進化樹后，發(fā)現(xiàn)真菌DGGE條帶所代表的土壤中真菌的主要類群有子囊菌門(Ascomycota)、擔子菌門(Basidiomycota)、不

11、等鞭毛門(Stramenopiles)三大門類。另外，莠去津的存在誘導了真菌中漆斑菌的活性提高或相應豐度的增加。
　　 4、采用PCR-T-RFLP技術分析莠去津對土壤中細菌群落結構的影響。結果表明：通過T-RFLP實驗，可以比較直觀的得到土壤中細菌的優(yōu)勢菌群已經土壤中菌群的變化情況。土壤中細菌在實驗莠去津濃度的影響下物種多樣性降低，說明在莠去津影響下土壤微生物種群的穩(wěn)定性受到一定的影響而降低，但除相對較高濃度(10mg/kg)

12、處理的Brillouin指數(shù)(H)與Shannon指數(shù)(H’)與對照相比變化較顯著外(P<0.05)，其他各處理組之間無明顯差異。將T-RFs數(shù)據輸入PhylogenetieAssignmentTool數(shù)據庫進行比對，發(fā)現(xiàn)，圖譜中占絕對優(yōu)勢地位的T-RFs都可以由屬變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、棲熱菌門(Deinococcus-Thermus)、放線菌門(Actinobacteria)、酸桿