论文部分内容阅读
2-甲基-4-氯苯氧乙酸(MCPA)是世界范围内普遍使用的苯氧乙酸(PAA)类除草剂,也是土壤和地下水体中的潜在污染物,而微生物作用是其在环境中降解的主要途径。蚯蚓是在土壤中生活的最主要的大型生物之一,能够提高土壤微生物的活力。据此,蚯蚓的活动很可能促进MCPA在土壤中的降解,从而降低其污染的危害。本部分内容以内生型的模式蚯蚓背暗流蚓(Aporrectodeacal堙inosa)以及来自德国Scheyern农田的土壤作为研究对象,旨在探索蚯蚓对土壤中MCPA降解过程以及MCPA降解菌的作用。
我们发现,含有蚯蚓的土壤比无蚯蚓的土壤能更快的降解MCPA,而经过蚯蚓培育的土壤也显现出更高的降解能力,这说明土壤中蚯蚓的存在确实有利于MCPA的去除。ftdA-like、cadA和r/sdpA都是编码催化PAA有氧降解起始反应的加氧酶的编码基因,它们的基因丰度都随着MCPA的降解过程的进行而提高,且ftdA-like和r/sdpA的转录水平也有明显提高,这说明三种结构基因都不同程度的参与到土壤中MCPA的降解中。蚯蚓能提高土壤中ftdA-like基因的丰度和转录水平,最大或然数分析结果也证明培养过蚯蚓的土壤含有更多的MCPA降解菌。因此,蚯蚓是通过促进MCPA降解菌的生长和活力来促进MCPA降解的。蚓触圈(Drilosphere)是土壤中被蚯蚓活动影响的部分,包括蚯蚓肠道内含物、蚓洞和蚓粪,一直被认为具有更高的营养水平和微生物活力。研究结果表明,肠道内含物并未表现任何降解MCPA的能力,而蚓洞和蚓粪的MCPA能够快速的降解。蚓洞含有丰富的MCPA降解菌,其所具有的ftdA-like基因的转录水平以及表现的MCPA降解能力都比周围土壤要高得多。因此,蚓洞可能是土壤中MCPA降解的“热点”区域。
为了弄清土壤和蚓触圈中MCPA降解菌的种群构成,我们又分别进行了基于16S r RNA和功能基因DNA的稳定同位素标记(SIP)实验。16S rRNA基因末端限制性片段多态性(T-RFLP)分析显示在蚓触圈中同化的MCPA-[13C]比周围土壤中强度要高。进一步分析发现,在得到的所有73个16S rRNA cDNA的可操作分类单元(OUT)中,有7个OTU被13C强烈标记了,它们代表着Alpha变形菌、Beta变形菌、Gamma变形菌以及厚壁菌。其中,土壤和蚓触圈中最主要的MCPA利用者为Alpha变形菌(如,Sphingomonadaceae和Bradyrhizobiaceae),Beta和Gamma变形菌也是蚓触圈中重要的MCPA利用者,而当经过高浓度MCPA的培养后,它们成为蚓粪中是最主要的降解菌,这表明蚯蚓能促进和激活这类MCPA降解微生物。功能基因的SIP实验可以用于分析土壤和蚓触圈中含有tfdA-like、cad/1或r/s/sdpA且参与MCPA的降解的微生物的组成。实验发现,在土壤和蚓触圈中,含有上述三种基因的微生物类群被MCPA-[13C]标记了。13C标记的tfdA-like基因类群代表着已知的Group1和Group2微生物,却没有Group3微生物的标记。这很可能是由于以往对tfdA-like基因了解不完全造成的,从而导致对PAA降解菌的分类的偏差,即将Sphingomonas相关的Group3微生物归入了Group2中。在针对三个基因的分析中都发现了被MCPA-[13C]标记的新的未知类群,这说明土壤和蚓触圈中含有大量未知的且含有这些能够编码加氧酶基因的微生物,它们都参与MCPA的降解。与周围土壤相比,蚓触圈中MCPA降解菌的多样性较低,但是13C标记强度相对更高,且发生标记的类群也有所不同。这说明蚯蚓影响了土壤中含有tfdA-like、cadA及r/sdpA的MCPA降解菌的群落构成。