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3-溴咔唑与1，3，6，8-四溴咔唑对土壤微生物群落结构和功能的影响认领

被引量： 4

作者：

史百卉

学位授予单位：

山东农业大学

摘要：

卤代咔唑(polyhalogenated carbazoles,PHCZs)作为一类新型有机污染物,在世界各地土壤中被普遍检出,鉴于其土壤生态风险尚不明确,本研究选取具有代表性的3-溴咔唑(3-bromocarbazole,3-BCZ)和1,3,6,8-四溴咔唑(1,3,6,8-tetrabromocarbazole,1,3,6,8-TBCZ)为研究对象,以土壤微生物数量、多样性、群落结构、氮碳循环功能基因丰度和土壤酶活性为评价指标。采用16S r DNA和ITS高通量测序技术研究了土壤细菌群落结构和功能的改变;采用实时定量聚合酶链反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,Q-PCR)测定16S r DNA、ITS、nif H、nar G、AOA-amo A、AOB-amo A以及cbb L基因表达量情况;采用比色法测定脱氢酶、脲酶、酸性磷酸酶和β-葡萄糖苷酶的活性变化;使用综合生物标志物响应指数(integrated biomarker response index,IBR)评估了不同污染物不同暴露浓度的综合毒性表现。从不同角度评估了两种PHCZs对土壤微生物的生态风险:(1)3-BCZ暴露提高了土壤真菌数量和物种多样性,1,3,6,8-TBCZ暴露降低了土壤真菌数量,同样提高了物种多样性,两种PHCZs暴露下细菌数量显著减少。从群落结构来讲,各浓度3-BCZ和1,3,6,8-TBCZ暴露后土壤真菌群落结构与对照组呈现出差异,细菌群落结构没有表现出显著差异,主要表现为慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)、Bryobacter、Ilumatobacter、Reyranella、被孢霉属(Mortierella)、木霉属(Trichoderma)和尾梗霉属(Cercophora)等菌属的相对丰度下降,而芽单胞菌属(Gemmatimonas)、硝化螺旋菌(Nitrospira)、RB41、黑粉菌属(Filobasidium)、子囊菌属(Archaeorhizomyces)、Aspergillus和葡孢霉属(Botryotrichum)等菌属相对丰度上升。(2)PHCZs显著影响了细菌和真菌的相互作用网络,网络平均度和密度均有所增加。0.1 mg/kg 3-BCZ显著增加细菌间的正相关关系比例,促进了土壤中细菌间的协同共生关系;而0.1 mg/kg 1,3,6,8-TBCZ显著增加细菌间的负相关关系比例,细菌间的竞争互斥等反作用关系增加;0.1 mg/kg 1,3,6,8-TBCZ真菌间的正相关关系比例增大,促进了土壤中真菌间的互作共生等关系。(3)两种PHCZs对土壤微生物生态功能也产生影响:3-BCZ和1,3,6,8-TBCZ对土壤氮循环和碳循环相关生物过程如甲醇氧化、甲基营养和碳氢化合物降解等过程具有潜在诱导效应,而对土壤固氮、硝化、反硝化、二氧化碳固定和好氧化合作用等过程具有潜在抑制效应;真菌功能群方面,粪便腐生生物和未定义腐生生物占主要地位,且3-BCZ和1,3,6,8-TBCZ显著改变了真菌营养功能群(粪便腐生真菌、土壤腐生真菌、木材腐生真菌等);3-BCZ和1,3,6,8-TBCZ对酸性磷酸酶和β-葡萄糖苷酶没有显著影响,对脱氢酶有抑制作用;1,3,6,8-TBCZ对脲酶活性有抑制作用。(4)土壤微生物于两种PHCZs中暴露80天后,通过计算16S r DNA、ITS、nif H、nar G、AOA-amo A、AOB-amo A、cbb L、脱氢酶和脲酶这9个指标的IBR综合毒性指数得出:16S r DNA和nar G是最敏感的2个指标;1,3,6,8-TBCZ对土壤微生物的IBR指数大于3-BCZ。综上所述,暴露于两种PHCZs后,土壤细菌数量显著减少,氮循环和碳循环功能受到抑制,土壤酶活性相对稳定,1,3,6,8-TBCZ对土壤微生物的综合毒性大于3-BCZ。通过以上研究,我们从不同角度明确了PHCZs对土壤微生物的毒性效应,丰富了PHCZs的研究数据,为PHCZs的土壤生态风险评估提供数据支撑。

摘要译文

关键词：

卤代咔唑(PHCZs); 土壤微生物; 高通量测序; 功能基因丰度; 土壤酶

学位年度：

2022

学位类型：

硕士

学科专业：

环境科学与工程

导师：

杜仲坤

中图分类号：

S154.3[土壤微生物学];X172[环境微生物学];X53[土壤污染及其防治⑨]

学科分类号：

0713[生态学];083606[微生物发酵工程];090301[土壤学];083002[环境工程];120116[资源与环境管理];120406[土地资源管理]

D O I：

10.27277/d.cnki.gsdnu.2022.000470