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《南京农业大学》 2011年
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线虫与微生物相互作用及其对污染土壤扑草净降解影响的研究

周际海  
【摘要】:随着现代农业的不断发展,除草剂等农药的使用越来越多,除草剂的使用在防除草害的同时,大部分流失到环境中,从而造成了土壤、大气和水体环境污染,并对环境中的生物和人类健康产生威胁,因此必须对农药污染修复予以高度重视。微生物由于其数量多、个体小、繁殖速度快、代谢旺盛,被广泛用于农药污染土壤的修复。食细菌线虫是土壤里的一类重要的食细菌微型动物,由于其在土壤中数量多、代谢活性高、与微生物关系密切而被广泛关注。研究发现食细菌线虫能够直接通过代谢释放养分,或间接通过选择性取食而对微生物数量、活性和组成产生影响。但到目前为止研究结果仍不尽相同,线虫的作用可表现为降低或增加微生物数量,抑制或促进氮、磷的矿化,但总的趋势是促进作用。产生上述分歧的原因除了受线虫、细菌种类的影响外,还与土壤养分状况、有机质含量、土壤水分和温度等因素密切相关。鉴于上述研究结果,食细菌线虫能直接或间接的影响微生物的代谢,所以有理由相信食细菌线虫和微生物的相互作用同样可以影响污染土壤农药的降解。 本文在诸多前人及本实验室研究工作的基础上,通过设计相关实验,首先从农药厂活性污泥里富集筛选出扑草净降解菌;其次是通过向培养基里添加适当浓度扑草净,驯化培养出扑草净耐性线虫;第三,在悉生培养系统下,通过接种耐性线虫和扑草净降解菌,研究其相互作用对扑草净降解及微生物数量及活性的影响;第四,通过接种不同密度的耐性线虫,研究其与土著微生物相互作用对不同浓度扑草净污染土壤扑草净的降解、微生物活性及微生物群落结构的影响。以上研究旨在进一步证明耐性线虫和微生物相互作用及其对扑草净降解的影响机理。 研究结果表明: 1.微生物代谢具有多样性,环境中存在降解扑草净的微生物。本实验从农药厂活性污泥中分离到2株扑草净降解菌,分别命名为P-1、P-2。通过12天液体降解实验,菌株P-1、P-2对40 mg/L扑草净降解率分别达46.46%和65.41%。根据表型特征、生理生化特性和16S rDNA序列同源性分析:菌株P-1为G-,鉴定为苍白杆菌属(Ochrobactrum sp.);菌株P-2为G+,鉴定为芽孢杆菌属(Bacillus sp.)。 2.食细菌线虫由于个体小、繁殖快、易适应变化的环境,可以通过长期驯化培养获得耐性线虫。本研究以从农药厂土壤里分离到的优势食细菌线虫为材料,在含扑草净的长有混合菌群的基础盐培养基上驯化培养,不断提高扑草净浓度直到80mg/L,最终驯化得到一种扑草净耐性线虫,经鉴定为头叶科头叶属线虫(Cephalobus Bastian)。该线虫可以在多种浓度扑草净和不同培养基上生长,但其生长受培养基种类和扑草净浓度影响,耐性线虫在牛肉膏蛋白胨培养基上不能生长,基础盐固体培养基上耐性线虫的生长繁殖速度大于马铃薯蔗糖固体培养基,但马铃薯蔗糖培养基上耐性线虫的平均生物量则大于基础盐培养基,扑草净对耐性线虫生长繁殖的影响是扑草净浓度20 mg/L5 mg/L40 mg/L。 3.通过接种耐性线虫和扑草净降解菌,研究线虫和降解菌相互作用对污染土壤扑草净降解的影响。结果表明:降解菌P-1、P-2均能降解土壤中的扑草净,但降解速度比液体降解慢;降解菌P-1、P-2具有联合代谢降解扑草净的能力;耐性线虫和降解菌之间的相互作用可以促进土壤中扑草净的降解。耐性线虫的取食不仅促进了降解菌数量增殖,同时也明显提高了土壤基础呼吸强度及FDA水解和过氧化氢酶活性,但对FDA水解活性的促进明显强于对过氧化氢酶活性的促进作用。并且耐性线虫对降解菌P-1、P-2的促进趋势不完全相同,表明耐性线虫既能促进降解菌的增殖也能提高降解菌的活性,而且耐性线虫对降解茵的取食具有偏好性。 4.通过接种不同密度耐性线虫进入不同浓度扑草净污染土壤,探究耐性线虫和土著微生物相互作用对扑草净降解、微生物量碳和微生物量氮、微生物活性及土著微生物群落结构的影响。结果表明:接种耐性线虫可以促进污染土壤扑草净的降解率,提高范围在8.36~10.69%之间;扑草净在使用初期可以增加土壤微生物量碳和微生物量氮,促进土壤呼吸、FDA水解和过氧化氢酶活性,而后期表现为抑制作用;接种耐性线虫可以增加土壤微生物量碳和微生物量氮,促进土壤呼吸、FDA水解和过氧化氢酶活性。土壤微生物群落结构DGGE分析结果表明:在耐性线虫和扑草净的交互作用下,各处理微生物的丰富度、Shannon-Wiener指数、均匀度指数的总体变化趋势是培养初期先增加,中期减少,后期又回升;DGGE聚类分析结果表明,在培养第0天、8天、18天、30天时,各处理的微生物群落整体相似度分别是75%、44%、78%和49%;在整个培养期内,DGGE图谱显示扑草净处理和接种耐性线虫处理与对照处理相比,均有一些特征条带的出现和缺失,耐性线虫和扑草净及其相互作用均可以影响土壤微生物群落结构。 本研究初步探讨了线虫和微生物之间相互作用及其对污染土壤扑草净降解过程的影响,了解了耐性线虫和微生物相互作用对扑草净降解的部分机理,并可为今后进一步开展食微线虫在污染土壤修复过程中的作用研究提供了新的视角和方法,有较重要的理论意义和一定的应用前景。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X53

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