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杨树人工林连作酚酸生物降解的研究

王宗芹  
【摘要】: 杨树人工林连作造成严重的地力衰退现象,化感物质的累积是造成连作障碍的重要原因,如何消除土壤中化感物质的累积是解决连作障碍的根本途径。本文以I-69杨(Populous deltoids“I-69/55”)为试材,以杨树人工林根际土壤中常见的几种酚酸(阿魏酸、苯甲酸、对羟基苯甲酸、肉桂酸和香草醛)为降解对象,拟从连作杨树人工林根际土壤中筛选出以上述酚酸为唯一碳源的微生物,并开展筛选微生物对这几种酚酸的降解效率研究,探究筛选菌株的最佳发酵条件,并将菌株按浓度梯度释放到二代杨树人工林土壤当中,进行降解菌环境安全性的评价。主要研究结果表明: 1.以阿魏酸、苯甲酸、对羟基苯甲酸、肉桂酸和香草醛为唯一碳源,从二代杨树人工林根际土壤中筛选出4株高效降解的微生物,经菌落观察和分子水平的鉴定,F2、F3、B5和B6分别为Basidiomycete yeast sp、Aspergillus oryzae(米曲霉)、Sinorhizobium sp.(中华根瘤菌)和Pseudomonas putida(假单胞菌)。 2.各菌株对阿魏酸、苯甲酸、对羟基苯甲酸和肉桂酸均有较好的降解能力。经96 h的降解,各菌株处理下的阿魏酸降解率均达到90%以上,对阿魏酸的降解能力为:Pseudomonas putidaAspergillus oryzaeSinorhizobium sp.Basidiomycete yeast sp。各菌株对苯甲酸的降解效果较好,真菌对苯甲酸的降解效率高于细菌,各菌株对苯甲酸的降解能力:Basidiomycete yeast sp Aspergillus oryzaeSinorhizobium sp.Pseudomonas putida。Aspergillus oryzae、Sinorhizobium sp.和Pseudomonas putida降解24 h时,对羟基苯甲酸的降解率均达到80%以上,降解48h降解率达到90%以上,各菌株对对羟基苯甲酸的降解能力为:Sinorhizobium sp.Pseudomonas putidaAspergillus oryzaeBasidiomycete yeast sp。Aspergillus oryzae对肉桂酸的降解效果最好,在降解24 h降解效率就达到93.9%;而Basidiomycete yeast sp和Sinorhizobium sp.在降解72 h后,降解率也分别达到99%和98.2%;Pseudomonas putida的降解效果最差,降解96 h后,肉桂酸的降解率仅为88.2%。各菌株对肉桂酸的降解能力:Aspergillus oryzaeBasidiomycete yeast spSinorhizobium sp.Pseudomonas putida。真菌对香草醛的降解效率优于细菌,Basidiomycete yeast sp对香草醛的的降解能力最强,各菌株对香草醛的降解能力:Basidiomycete yeast spAspergillus oryzaePseudomonas putidaSinorhizobium sp.。用一元二次方程均能对各降解过程进行模拟,R~20.8。 3.在混合酚酸条件下,Basidiomycete yeast sp的最佳培养条件是pH=7,T=35℃。偏酸性环境(pH=6;pH=7)下Basidiomycete yeast sp的数量高于偏碱性环境(pH=8;pH=9)下的数量。Aspergillus oryzae的最佳培养条件是pH=7,T=40℃,酸性低温条件不适合Aspergillus oryzae的生长。Sinorhizobium sp.的最佳发酵条件是:pH=8,T=35℃,偏碱高温条件利于Sinorhizobium sp.的增长繁殖。Pseudomonas putida的最佳发酵条件是:pH=8,T=35℃。各pH下的Pseudomonas putida数量随着温度的升高而不断增加。 各浓度真菌Basidiomycete yeast sp/Aspergillus oryzae处理下,细菌和放线菌数量呈先降低后升高的趋势,真菌数量呈先增高后降低的趋势。处理达到30d时,各浓度Basidiomycete yeast sp/Aspergillus oryzae处理下的细菌数量与放线菌数量显著降低;真菌数量分别增加了对照的64倍、6.4倍和8.3倍,多重比较均达到极显著水平(p=0.01)。释放时间达到60d时,各微生物群落数量基本恢复到对照时的数量。这说明各浓度Basidiomycete yeast sp/Aspergillus oryzae释放到土壤中最终并没有引起各微生物群落数量的明显变化,Basidiomycete yeast sp/Aspergillus oryzae释放到环境中应当是安全的。各浓度细菌Sinorhizobium sp./Pseudomonas putida处理下,放线菌和真菌数量呈先降低后升高的趋势,细菌数量呈先增加后降低的趋势。处理达到30d时,各浓度Sinorhizobium sp.处理下的放线菌数量显著下降;细菌菌落数量明显增加,多重比较均达到极显著水平(p=0.01),并且随着Sinorhizobium sp./Pseudomonas putida浓度的增加,细菌数量成上升趋势。释放时间达到60d时,浓度1、浓度5的Sinorhizobium sp.和各浓度Pseudomonas putida处理下的细菌和放线菌恢复处理前的数量状态,说明低浓度下的Sinorhizobium sp./Pseudomonas putida释放到环境中是安全的。各浓度混合菌株下的微生物群落数量在处理的各个时间段都没有明显变化,说明混合菌株释放到环境中是安全的。 本实验重点针对连作杨树人工林地呈明显累积的5种酚酸开展降解菌的筛选、鉴定、降解效率评价和发酵条件研究,通过实验研究筛选出高效降解杨树连作人工林根际土壤中酚酸的菌株;同时对降解菌在杨树根际土壤安全性进行评测。以上研究在杨树人工林地力衰退研究领域均属于创新和突破,预期成果的取得将大大提升我省的林业科研水平,并可将相关研究成果应用于实践,产生巨大的生态、社会和经济效益。本项研究的实施开展在研究水平上将达到国内领先,力争达到国际先进水平。


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