除草剂二氯喹啉酸对水稻田土壤微生态的影响及其降解特性研究

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本文以浙江大学华家池校区农场水稻土为研究材料,综合运用传统及现代分子生物学手段,采用室内培养、纯培养及统计分析相结合的方法,全面探讨了除草剂二氯喹啉酸对水稻田土壤的微生物生态及毒性效应,并筛选、分离和鉴定了几株二氯喹啉酸降解菌,进行了二氯喹啉酸降解途径的初步探讨,为建立有效的除草剂污染预警指标体系、环境质量评价及二氯喹啉酸降解菌的有效利用提供有益的参考。本研究所获主要结论如下: 1.采用传统方法研究了二氯喹啉酸对水田土壤好氧性细菌、放线菌、真菌和厌氧性水解发酵细菌(AFB)、产氢产乙酸细菌(HAB)、反硝化细菌(DNB)、产甲烷细菌(MB)、固氮菌生长的影响及对土壤磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶、脱氢酶、蛋白酶活性和土壤微生物呼吸强度的影响。研究结果表明,土壤中二氯喹啉酸浓度在1μg g-1干土以下时能促进土壤中细菌、真菌和反硝化细菌数量。随着二氯喹啉酸施用浓度的进一步增加,好氧细菌的滞留适应期延长,而且受到抑制。用药后第4d,各浓度二氯喹啉酸对土壤中放线菌均呈一定程度的抑制效应,且与二氯喹啉酸浓度具有一定的直线负相关性,后期呈现第二次抑制。二氯喹啉酸对AFB、固氮菌是一种很好的刺激剂,但对水稻田土壤中MB抑制作用较大,培养第5d最高抑制率达到72.9%。 使用初期低浓度二氯喹啉酸对水稻田土壤各种酶活性影响不大,或者有轻微刺激作用,但高浓度对酶活性均有一定抑制作用,而且浓度越高,受抑制程度越强,且高浓度施用量需要较长时间酶活才得以恢复。施药第4d,过氧化氢酶活性与施用浓度有很好曲线相关性。后期抑制程度减轻,并逐渐回升甚至高于对照水平。二氯喹啉酸在施用4d后脲酶活性较对照降低了51.3%-71.9%。土壤脱氢酶对二氯喹啉酸比较敏感,施用浓度大于1μg g-1干土的3个土样在用药之初抑制率即达到80%以上。各浓度二氯喹啉酸对土壤中蔗糖酶活性影响不大,用药后4d,只呈现轻微抑制效应,并与二氯喹啉酸浓度具有较好的直线负相关性,11d后,由于酶活性的恢复甚至出现刺激效应,这种相关性逐渐消失。当土壤中二氯喹啉酸浓度在1μg g-1干土以下时能促进土壤呼吸强度,这种刺激作用在4d时并不明显,但11d时相当显著。研究二氯喹啉酸在土壤中的残留发现施用二氯喹啉酸3周后,残留量低于检测限。 2.在传统微生物污染生态研究基础上,运用分子生态学手段,建立了有效的土壤总DNA的提取方法,提取到满足PCR扩增的高质量的土壤总DNA,获得用于进行DGGE分子指纹分析的特异16S rDNA V3区扩增片段。并采用DGGE分子指纹技术,避开传统的分离培养中文摘要过程,对二氯哇琳酸施用条件下稻田土壤微生物种群的基因多样性进行了初步研究。通过对不同培养时间、不同浓度二氯喳琳酸施用后淹水稻田土壤的微生物DNA进行DGGE基因多样性的分子指纹图谱分析,发现不同浓度二氯哇琳酸施用后一段时间内土壤微生物群落结构有一定的变化。但是21周后,对照土壤与二氯哇琳酸处理土壤的微生物多样性差异很小,几乎相同。对培养时期DGGE图谱中出现的特异性条带进行割胶回收克隆测序分析,获得4个克隆子,分别与cz口slrl’diu,paraPutr沪cum、SPhl刀gobaclerl’uoth“加ophilum ATCC 43320、xan功omona:,esiealoria eNPH345、尺人。由eoccus叩acus的165 rDNA序列具有很高的相似性。这4株克隆子是二氯喳琳酸施用过程中特征性细菌,应与消除二氯喳琳酸污染或污染修复有关。 3.采用B10LOG ECO微平板检测了二氯喳琳酸施用后土壤微生物碳源利用的功能多样性。结果显示二氯喳琳酸施用初期土壤微生物群落结构发生了相应的变化,微生物群落代谢剖面(AWCD)及群落丰富度、多样性指数均不同程度有了变化,施用高浓度二氯喳琳酸后在短期内土壤微生物对碳源利用的变化比较显著,2.00雌·岁干土二氯哇琳酸处理的土壤微生物群落功能多样性下降,能利用有关碳源底物的微生物数量减少,微生物对单一碳源底物的利用能力降低,最终导致了土壤微生物群落功能结构多样性发生变化。而二氯喳琳酸施用8周后土壤微生物群落功能生理代谢逐渐回升。典型变量分析表明,施用二氯哇琳酸后土壤微生物群落结果发生了明显的改变,且8周内随培养时间延长越来越明显,但对土壤微生物原有群落结构的损伤并不长期持续。多样性指标Shannon(H)能灵敏而有效地指示污染环境的微生物学变化,在整个处理期间,群落丰富度指数(s)变化趋势与AWCD值变化情况基本一致,表明群落丰富度指数(S)作为表征土壤微生物群落代谢多样性比Shannon指数 (H)更为合理。总之,微生物群落功能多样性在一定程度上可反映施用二氯哇琳酸后土壤环境生态功能的演变规律,同时也是指示其环境质量变化的灵敏、有效生物学指标。 4.以大肠杆菌(Escherichia eoli)K12、枯草芽抱杆菌(Baesllus:ubrilis)B19等稻田土壤典型微生物及二氯哇琳酸降解菌洋葱伯克氏菌(Burkholderl’a cePacia)wzl为实验材料,通过对稻田土壤典型微生物和二氯哇琳酸降解菌的生长、活性、应激反应以及生化指标方面的影响,研究了二氯喳琳酸胁迫对微生物纯培养的生理毒性,初步获得结论:?
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