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熏蒸剂对土壤微生物群落多样性的影响及其方法学研究

作　者: 马旭
导　师: 安莲英；曹坳程
学　校: 成都理工大学
专　业: 分析化学
关键词: 熏蒸剂 BIOLOG微平板功能多样性磷脂脂肪酸微生物群落结构
分类号: X53
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文以北京市通州区大棚蔬菜试验田土壤为材料,运用现代生物化学手段,采用BIOLOG微平板与磷脂脂肪酸分析相结合的方法,探讨了熏蒸剂氯化苦和硫酰氟对农田土壤微生物群落结构和功能多样性的影响,对群落系统受到熏蒸剂扰动后的恢复能力进行了初步评价。本研究所获主要结论如下:1.采用BIOLOG方法系统研究了熏蒸剂氯化苦施用对土壤微生物功能多样性的影响以及氯化苦胁迫下土壤微生物功能恢复情况。研究结果表明,氯化苦处理后,土壤微生物的丰富度、均匀性和多样性均受到一定程度地影响。第一次取样,三个浓度氯化苦处理土壤的McIntosh指数与对照相比差异显著,分别降低72.31%、95.73%、97.33%,表明物种均匀性受到不同程度地影响,并且随浓度递增而加大;Simpson指数分别降低39.36%、45.93%、21.96%,说明氯化苦的添加降低了土壤微生物种群的生物多样性;而从Shannon指数来看,800mg/kg浓度处理过的土壤微生物的该指数值与对照相比增加6.66%,而80mg/kg浓度处理的该指数值与对照相比无显著差异,表明随着施药浓度的增大开始出现一定的耐受能力,生物量有所增大,丰富度指数有所增加。7d后取样结果表明,随着时间的推移,三指数都出现了波动,40mg/kg浓度处理的土壤其McIntosh指数值下降,但变化不显著,而80mg/kg和800mg/kg处理土壤的McIntosh值有小幅度的上升;高、中、低浓度处理土壤的Simpson多样性指数值均呈下降趋势,且减幅不显著;而Shannon丰富度指数经浓度梯度处理后均下降,其幅度不明显。AWCD值、Simpson指数、McIntosh指数和Shannon指数的变化能够较好的表征氯化苦胁迫下土壤微生物的功能抗性。均一性指数McIntosh能有效地指示污染环境的微生物学变化,在整个处理期间,该指数变化趋势与AWCD值变化值基本一致,表明AWCD值和McIntosh指数的表征效果较好。2.土壤微生物在原始状态下以糖类和氨基酸类为基础碳源进行代谢。氯化苦施用初期,对土壤微生物群落利用碳源的能力产生抑制作用。随着土壤培养时间的增加,土壤微生物逐渐适应了氯化苦,导致氯化苦对土壤微生物群落碳源利用能力的抑制程度减弱,土壤中优势种群大量繁殖,微生物对碳源的利用类型也逐渐增多。培养后期,随着土壤中内源性碳源的消耗,土壤中微生物种群出现功能性衰减,多样性降低,对BIOLOG中碳源的利用能力也减弱。80mg/kg和800mg/kg氯化苦对氨基酸、羧酸、胺类碳源的利用影响较大。4种样品中微生物生理代谢活性和碳代谢类群变现出明显差异,形成各自独特的微生物类群。3.在BIOLOG研究基础上,采用磷脂脂肪酸(PLFAs)方法,对熏蒸剂氯化苦和硫酰氟施用后土壤微生物群落结构变化进行了研究。研究发现,土壤中检测到PLFAs从C13到C20共计16种,包括饱和脂肪酸(16:0,18:0,20:0)、支链脂肪酸(i13:0,a14:0,i15:0,i16:0,a16:0,9Me18:0)、环丙烷脂肪酸(cy18:0)、单不饱和脂肪酸(16:1ω7c,18:1ω9c)和多不饱和脂肪酸(18:2ω6,9、22:4、20:3)。根据每种脂肪酸占总脂肪酸含量的百分数得出,偶数碳饱和脂肪酸的相对含量为41.97%,是土壤中含量最丰富的脂肪酸种类,其次是单不饱和脂肪酸和支链脂肪酸,相对含量分别为29.18%和13.22%。其中,饱和脂肪酸16:0和18:0、单不饱和脂肪酸18:1ω9c和16:1ω7c、支链脂肪酸a14:0为优势脂肪酸。多不饱和脂肪酸的相对含量较低,仅占到总PLFA的9.76%,而环丙基脂肪酸的相对含量最低,不到总PLFA的5%。通过对特征脂肪酸的分析表明,在所研究的农田生态系统中,真菌在该土壤基质中占有优势,并且在5～20cm土壤中好氧细菌为优势菌种。4.两种熏蒸剂氯化苦和硫酰氟对土壤微生物群落结构会产生不同程度的影响。研究发现,熏蒸剂处理过的土壤中脂肪酸a14:0、i15:0、i16:0(革兰氏阳性菌),16:1ω7c(革兰氏阴性菌),18:2ω6,9(真菌)的相对含量均有所下降,544mg/kg(SF64)的硫酰氟与212.48mg/kg(CP64)的氯化苦使i15:0/16:0下降幅度分别达到73.4%和59.8%,可以推断高浓度的气态熏蒸剂硫酰氟对细菌的杀灭能力更强。同时,硫酰氟和氯化苦施药后,16:1ω7c(革兰氏阴性菌)的降幅分别为79%和84%,a14:0、i15:0、i16:0(革兰氏阳性菌)的平均降幅分别为51.7%和68.4%。以上结果表明,在熏蒸剂的胁迫下,革兰氏阳性菌的生存能力较革兰氏阴性菌强。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章文献综述  11-29
  1.1 生物多样性背景介绍  11-12
    1.1.1 物种多样性  11
    1.1.2 遗传多样性  11
    1.1.3 功能多样性  11-12
  1.2 土壤微生物生态学研究进展  12-14
    1.2.1 土壤微生物的生物地球化学循环  12-14
  1.3 土壤微生物多样性的研究方法  14-29
    1.3.1 传统的微生物纯平板培养法  14-15
    1.3.2 Biolog微平板分析方法  15-20
    1.3.3 基于细胞膜化学成分的细胞分析化学技术  20-26
      1.3.3.1 醌指纹技术  21
      1.3.3.2 磷脂脂肪酸分析  21-26
    1.3.4 基于核酸的分子生物学方法  26-28
      1.3.4.1 群落水平的总DNA分析方法  26
      1.3.4.2 核酸杂交技术  26-27
      1.3.4.3 克隆文库分析法  27
      1.3.4.4 基因指纹图谱方法  27-28
    1.3.5 氯仿提取法(FE)和底物诱导呼吸法(SIR)  28-29
第2章氯化苦对土壤微生物功能多样性的影响及恢复过程  29-53
  2.1 引言  29-30
  2.2 材料与方法  30-32
    2.2.1 药品试剂  30
    2.2.2 仪器和设备  30
    2.2.3 ECO微平板介绍  30-31
    2.2.4 供试土壤  31
    2.2.5 土样采集及药剂处理  31
    2.2.6 土壤微生物功能多样性  31
    2.2.7 统计分析  31-32
  2.3 结果与讨论  32-52
    2.3.1 氯化苦对土壤微生物群落多样性的影响及其恢复过程.  32-35
    2.3.2 土壤微生物群落多样性指数分析.  35-37
    2.3.3 个体井OD590值变化与底物利用程度分析  37-40
    2.3.4 微生物群落对碳源代谢特征的聚类分析  40-45
    2.3.5 氯化苦施用后土壤微生物群落利用碳源多样性的主成分分析..  45-49
    2.3.6 氯化苦施用后土壤微生物群落功能多样性动力学参数特征  49-52
  2.4 小结  52-53
第3章基于磷脂脂肪酸_PLFA_技术分析土壤微生物群落结构.  53-59
  3.1 引言  53
  3.2 材料与方法  53-55
    3.2.1 实验试剂与仪器.  53-54
    3.2.2 土样采集及药剂处理  54
    3.2.3 土壤PLFA全分析  54-55
    3.2.4 平板菌落脂肪酸测定分析  55
  3.3 结果与讨论  55-59
    3.3.1 土壤中PLFAs组成及相对含量.  55
    3.3.2 土壤中特征脂肪酸的比值分布及意义.  55-56
    3.3.3 平板菌落脂肪酸组成分析  56
    3.3.4 熏蒸剂对土壤菌群结构的影响  56-59
结论  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-66
攻读学位期间取得学术成果  66

熏蒸剂对土壤微生物群落多样性的影响及其方法学研究

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