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两种相同碳链长度的咪唑类离子液体对土壤微生物群落多样性的影响

郭鹏鹏  
【摘要】:离子液体作为新一代的化学溶剂,因其环境友好的特性,已经被大范围的应用于许多化学领域,被认为是传统溶剂的优良替代品,存在巨大的潜在利用价值。最初的研究报道一般认为离子液体属于环境友好的化学溶剂,然而,近年来随着研究者们对离子液体的使用可能会对整个生态群落造成的影响的风险评价研究,离子液体绿色性的观念受到了广泛的质疑。土壤微生物群落结构和多样性的变化能较早地反映土壤环境质量的变化过程,并揭示微生物的生态功能差异,被认为是评价土壤环境质量健康与否的敏感的生物学指标之一,其变化在一定程度上反映了土壤质量甚至环境安全。本研究选择了相同碳链长度的两种典型咪唑类离子液体[C8mim]Cl和[C8mim]Br,以棕壤为机制土壤,运用稀释平板法、酶活光度测定法、Biolog-ECO微平板、T-RFLP及RT-PCR技术,研究了离子液体染毒7,14,21和28天后,土壤中细菌、真菌、放线菌等可培养微生物的数量,脲酶、磷酸酶等土壤功能酶活性,微生物代谢功能多样性、微生物群落结构多样性和土壤功能微生物AOA、AOB的群落数量变化。研究结果如下:(1) [C8mim]Cl在处理前期和后期抑制细菌数量,在处理中期促进细菌生长。[C8mim]Br对土壤中可培养细菌数量在整个染毒周期中存在显著的剂量-效应抑制。[C8mim]Cl和中高浓度[C8mim]Br处理(10.0和100.0 mg/kg)对土壤中真菌数量在整个染毒周期中存在显著的剂量-效应抑制;低浓度[Csmim]Br处理组(1.0mg/kg)显著促进土壤中真菌数量增加。[C8mim]Cl和[C8mim]Br处理21天及之前,处理组放线菌数量较对照组有所增加,28天后这种促进作用基本消失。(2) [Csmim]Cl和[Csmim]Br处理组随处理时间的延长、浓度的增加,脲酶活性表现出显著增加。实验离子液体([C8mim]Cl和[C8mim]Br)对土壤磷酸酶活性在整个实验周期中(7-28天)总体没有显著影响。(3) [C8mim]Cl对土壤微生物碳源代谢的影响主要表现为,糖类、氨基酸利用率有所增加,酚类、聚合物和胺利用率的降低;[C8mim]Br处理后微生物碳源代谢变化主要表现为对糖类和氨基酸的利用率的降低和对酚类化合物及聚合物的利用率增高。说明以糖类、氨基酸、聚合物和酚类化合物这四种碳源为主要代谢底物的微生物群落发生了变化,导致整个微生物群落丰度和均匀度的变化,这也验证了Shannon和Simpson指数的变化规律以及PCA分析中谱图分散的原因,而以羧酸为主要碳源的微生物群落维持稳定。(4)分析离子液体[Csmim]Cl和[C8mim]Br处理后土壤中微生物群落结构谱图,选取谱图中面积变化最大片段长度依次为66、92、138/139、148、400和432,发现其对应的菌属为Arthrobacter(节杆菌)、Bacteroides(拟杆菌)、Bacillus(芽孢杆菌)、Eubacterium(真细菌)、Rhizobium(根瘤菌)和Ralstonia(劳尔氏菌)。(5)在本试验所设周期和浓度范围内,[Csmim]Cl和[C8mim]Br处理组AOB-amoA基因拷贝数均显著降低;在本试验所设测试时间和浓度内,[C8mim]Cl处理组AOA-amoA基因拷贝数显著降低;[C8mim]Br处理组在染毒7和14天AOA-amoA基因拷贝数显著降低,21和28天,部分处理组AOA-amoA基因拷贝数有所增加。总体来说,[Csmim]Cl和[Csmim]Br具有相同的碳链长度,其土壤生态效应也表现出很大的相似性,都会对土壤生态环境造成不同程度的影响。


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