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《浙江大学》 2004年
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酰胺类除草剂苯噻草胺的微生物生态毒理研究及其降解

叶央芳  
【摘要】:本论文以浙江大学华家池校区农场的水稻土为研究材料,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,全面探讨了酰胺类除草剂苯噻草胺对水稻田土壤的微生物生态的毒性效应,并筛选分离到几株苯噻草胺降解菌,进行了苯噻草胺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、环境质量评价及苯噻草胺降解菌的有效利用提供有益的参考。本研究所获主要结果如下: 1.以浙江大学华家池校区水稻土为材料,采用室内培养方法,系统研究了用不同浓度的外源除草剂苯噻草胺处理对淹水稻田土壤可培养微生物特别是厌氧微生物种群多样性、土壤生物活性以及酶活性动态变化过程的影响。研究结果表明:淹水条件下稻田土壤各微生物类群、土壤呼吸作用和土壤酶对不同浓度的苯噻草胺具有各自不同的反应。苯噻草胺能刺激好氧细菌数量增加,但不利于真菌和放线菌的生长。低浓度苯噻草胺刺激水解发酵性细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌数量的增加,但高浓度苯噻草胺却具有抑制性。在苯噻草胺施用第4周时可强烈刺激反硝化细菌数量的增加。苯噻草胺也能刺激厌氧固氮菌数量增加,但这种刺激作用在第2周才出现,且作用时间不长。苯噻草胺对呼吸作用的影响基本上不大。苯噻草胺刺激脱氢酶和磷酸酶的活性,抑制脲酶和蛋白酶活性,对过氧化氢酶活性基本无影响。经t-检验表明,高浓度苯噻草胺对脲酶活性的抑制作用达显著水平,所以可推荐脲酶活性变化来作为评价淹水稻田土壤苯噻草胺污染的指标。 2.在传统微生物污染生态研究基础上,运用DGGE分子指纹技术,对苯噻草胺污染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。通过对苯噻草胺和苯噻草胺降解菌Sphingobacterium multivorum Y1处理后的稻田土壤微生物DNA进行基因多样性的分子指纹图谱分析发现,随着培养时间的不同,各处理间的土壤微生物基因多样性出现了一定的差异。但在整个试验期间,苯噻草胺单独处理土壤对土壤微生物种群的毒害作用不明显,DGGE图谱没有明显差异,土壤微生物多样性没有明显下降,这说明水稻田中使用正常田间施用浓度的苯噻草胺不会对微生物群落结构造成较大影响,这与前2章所研究的苯噻草胺对水稻田土壤微生物和酶活性的影响结果一致,苯噻草胺是一种相对比较安全的除草剂,可以大力推广在田间使用。Y1菌株的添加能缓解苯噻草胺的负面效应,刺激其他细菌的生长,使土壤微生物的基因多样性提高。本研究是一个新的尝试,即添加Sphingobacterium multivorum Y1来修复苯噻草胺污染的环境。本试验还证明了DGGE技术是分析苯噻草胺污染土壤微生物 中文摘要 群落多样性变化的有力工具,为采用新的实验手段研究污染环境下土壤微生物的多样性提供 参考。 3.采用Eco板测试了苯唆草胺污染条件下稻田土壤微生物群落结构的代谢指纹。结果显 示,污染土壤的微生物群落结构发生了变化,微生物群落代谢剖面(AWCD)及群落丰富度、 多样性指数均低于非污染土壤,表明苯唾草胺污染可导致土壤微生物群落功能多样性下降, 使能利用有关碳源的微生物数量减少,从而降低了微生物对单一碳源底物的利用能力,但这 种影响是短暂的,试验最终没有导致土壤微生物群落功能结构多样性下降,因此可以认为在 水稻田中施用0.133雌·岁千土的苯嘎草胺是相对安全的。而且添加助几l’ngobacterium moltivorum Yl有利于提高水稻田土壤微生物群落的功能多样性。动力学特征研究表明,3种 土壤的群落代谢剖面值与培养时间之间呈非线性关系,其变化过程符合微生物种群生长动态 模型(S形)。模型模拟分析表明,动力学参数a和x。能更灵敏地表征苯嘎草胺和Yl菌株处理 对水稻田土壤微生物群落结构的影响。此外,在本实验中多样性指标Shannon(H)能全面 而有效地指示污染环境的微生物学变化,但群落丰富度指标颜色变化孔数(S)提供的信息 较片面。Biofog技术是分析苯唾草胺污染土壤微生物群落代谢多样性变化的有力工具,可用 于其他农药污染环境中的土壤微生物代谢多样性研究。 4.苯唾草胺污染对应激酶活性的影响研究表明,不同浓度苯曝草胺对助ingobacterium multivorum Yl、Eseherieh公eoli K12和Baeillus:ubrilis B19培养不同时间的SOD、CAT和 ATP酶活性均有不同程度的诱导作用。本研究中苯咪草胺对微生物的SOD、CAT和ATP酶 活性先激活后抑制,不同微生物的应激反应存在差异,表明苯噬草胺污染可对这3种细菌造 成氧化性胁迫。SOD和CAT活性的增加是机体对抗氧化胁迫的一种适应性变化,而ATP酶 在细菌抗氧化胁迫过程中也发生了一系列变化,因此SOD、CAT和ATP酶活性变化可共同 间接地反映环境中有毒有害物质的存在,且能在早期作出较灵敏的指示。利用微生物体内 500、CAT和ATP酶活性作为环境受到污染胁迫的分子指标具有一定的可行性。 5.从污水处理厂的活性污泥中分离纯化获得一株高效苯唾草胺降解菌,编号为Yl,能 有效降解苯噬草胺,在1周内的降解率约为90%。经形态观察、生理生化分析、特征性的 细胞脂肪酸成分分析、165 rDNA序列同源性比较和Biolog碳源利用分析,鉴定该菌为多食 鞘氨醇杆菌(SP人ing
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