2期 胡晓等:有机磷农药对土壤微生物群落的影响 385 基础。 1 材料与方法 1.1供试材料 2 结果与分析 21.有机磷污染对土壤微生物总量的影响 2.1.1 对茵落总数、群落多样性及相似性的影响 1.1.1 培养基及试剂 ①培养基:NA,高氏1号 培养基,PDA[7】。产孢培养基、葡萄糖氧化发酵培 养基、明胶水解培养基、淀粉水解培养基、石蕊牛奶 由表1可看出,在菌落总数方面,重度污染的土壤的 菌落总数最低,仅有5.8×10。/g,且与其余2个处理 差异极显著。轻度污染的土壤的菌落总数居中,为 培养基、吲哚培养基、盐还原培养基L8 J。②染液试剂:草酸铵结晶紫液、卢哥尔氏碘液、95%乙醇、 0.5%石炭酸番红水溶液、7.6%的孔雀绿水溶液 J。 1.1.2仪器设备1.2试验方法 1.2.1样土的采集本试验从双流县境内的一农 药研究所排放口提取污染土壤,在A、B、C 3个地点 铲去表土层2—3 cm,取3—15 cm深层土壤50 g 引。8.9×10。/g,与无污染的土壤(菌落总数为5.2× 10 /g)差异显著;在菌落多样性指数方面,无污染土 壤中的物种丰富度最大,为1.366,重度污染的土壤 的多样性要比轻度污染的土壤大,分别为0.844和 0.755,且差异极显著,在物种均匀度方面,无污染土 超净工作台、摇床、电热恒温箱、 电热鼓风干燥箱、电热高压灭菌锅、电子天平等。壤的均匀度最大,为0.392,与其余2个处理差异极 显著,重度污染的土壤的均匀度大于轻度污染的土 壤的均匀度,分别为0.244和0.218,且差异显著, 在群落相似度上,污染较轻的群落和无污染土壤中 的物种最为相似(相似性指数为0.95)。 2.1.2对茵落总数及所占比例的影响 由表2可 以看出,细菌总数上,无污染的土壤群落的数量最大 A为离污染源较远的土壤,B为离污染源 较近的土壤,C为未受污染的土壤。用无菌的塑料 袋分装,做好采集时间、地点、环境等记录。采集后 及时保存在低温、干燥的条件下。 1.2.2 土壤微生物的分离与纯化 A、B、C 3个土 壤分别称取土样10 g,制备出l0~一10 土壤悬浮 液。每个土壤样本做5次重复L】¨。使用混菌法分 别用NA,高氏1号培养基,PDA对真菌、细菌、放线 菌进行培养,每个稀释度做3次重复,于25℃的培 养箱中培养3—7 d。菌落长出后分别接种到试管 中,直到获得纯培养,在转到9O nlnl的无菌培养皿 中,以观察菌落的形态特征【】¨。 1.3微生物的计数、鉴定与生态指标I.3.1 微生物数量的测定和鉴定 活菌的数量测 (细菌总数为4.2×10 /g),且与其余2个处理差异 极显著,居中的是轻度污染的土壤(细菌总数为7.6 ×10。/g),与重度污染的土壤的差异极显著(细菌总 数为4.7×10 /g);在真菌总数上,无污染的土壤群 落的数量最大(真菌总数为8.3×10。/g),且与其余 两个处理差异极显著,居中的是重度污染的土壤 (真菌总数为8.8×10 /g),与轻度污染的土壤的差 异显著(真菌总数为8.9×10 /g);在放线菌总数 上,无污染的土壤群落的数量最大(放线菌总数为 4.1×10。/g),且与其余两个处理差异极显著,居中 的是轻度污染的土壤(放线菌总数为1.8×10 /g), 定参考《微生物学试验教程》,细菌、放线菌的鉴定 参考《伯杰细菌鉴定手册(第八版)》、《细菌和放线 菌的鉴定》,真菌的鉴定参考《真菌鉴定手册》、《真 菌分类学》和《酵母菌的特征与鉴定手册》口 -16]。 1.3.2群落生态指标群落的物种群落相似性、优 与重度污染的土壤(放线菌总数为2.0×10 /g)差 异显著。 2.2不同土壤中微生物的鉴定及优势度分析 由表3可看出,真菌中,重度污染土壤中头孢霉 属为优势种群,优势度为0.311,无污染群落为稀有 势度、物群多样性指数参考《动物生态学原理》” 。 种群,轻度污染群落中未分离出来,且在绝对数量上 表1 3种土壤中微生物茵落总数、多样性及相似性的结果及差异显著性 Table 1 The results and signiicances On tfhe microbial total number species diversity and similarity of three soils 差异显著性 s。 t woe。 yp 物种多样性Diversity 差异显著性 群落相似性Similarity 类型M菌落‘ l tai ̄bialerot igniicfan………… bnumer( g)物登丰富度 i es 竺i6cant 物种异质度!!!!! E…qu…itab…ility’ nchncss A B 8.9×106 5.8×106 5.2 X10 0.775 O.844 O.2l8 O.95 O.5O 0.244 0.392 C 1.366 维普资讯 http://www.cqvip.com
386 西南农业学报 21卷 也是最大(2.7×10 /g),处理间差异极显著;灰葡萄 数量上无污染的土壤的数量最多,各处理问差异极 孢属、轮枝菌属、红酵母、根霉属、毛霉属只在重度污 显著;短杆菌属、节细菌属的优势度在无污染、轻度 染土壤中存在;木霉属、镰刀菌属的优势度从轻度污 污染、重度污染的土壤中依次降低,在绝对数量上也 染、无污染的土壤中依次降低,且各处理间差异极显 一样,处理间差异极显著;假单孢菌属的优势度在重 著,在重度污染中未分离出来;青霉属、曲霉属在轻 度污染、轻度污染的土壤中依次减少,在无污染的土 度污染、无污染、重度污染的土壤优势度依次下降, 壤中未分离出来,在绝对数量上重度污染中最多,处 且各处理间差异极显著,但在无污染土壤中数量最 理间差异极显著。 多,在重度污染中未分离出来。 链霉菌属的优势度在无污染、轻度污染、重度污 在细菌中,芽孢菌属的优势度从无污染、轻度污 染的土壤中依次增加,在重度污染的土壤中为优势 染、重度污染的土壤中依次增加,在重度污染的土壤 种群,优势度为0.746,并且在数量上也最多(1.5× 中优势度为0.291,为优势种群,各处理间差异极显 lO /g)。诺卡氏菌属的的优势度在无污染、重度污 著,但在绝对数量上没有明显优势;动胶菌属、链球 染、轻度污染的土壤中依次减少,且差异显著,在绝 菌属、土壤杆菌属在无污染、轻度污染的土壤中优势 对数量上无污染的土壤中最多;分枝杆菌属优势度 度依次增加,处理问差异极显著,在重度污染土壤中 在重度污染、轻度污染、无污染的土壤中依次减少, 未分离出来,在数量上无污染的土壤最多,处理间差 绝对数量上无污染的土壤中最多,且差异极显著。 异极显著。产碱杆菌属在轻度污染、无污染的土壤 小单孢菌属在轻度污染的土壤中优势度最小,与另 中优势度依次降低,但在重度污染的土壤中中却未 外两个处理极差异显著,无污染的土壤中物种与重 分离出来,但在数量上无污染的数量最多,处理间差 度污染的土壤中的优势度差异不显著,在绝对数量 异极显著;微球菌属、黄杆菌属的优势度在重度污 上无污染的土壤最多。 染、无污染、轻度污染的土壤中依次减少,但在绝对 表3 3种土壤中物种的初步鉴定结果、优势度及差异显著性 Table 3 The results of the preliminary identiifcation。the relative abundance of species and signiifcance in three soils 维普资讯 http://www.cqvip.com 2期 B c胡晓等:有机磷农药对土壤微生物群落的影响 ( 387 增 A B c 镰凡 7 B c 凡 A B c A B c罐~(属m 0.058aA 5.1×104bB B 0.185cC 8.7×105bB B 0.184cC 3.7×10 cC 0.106bB 8.8×105cC 0.117bB 4.9×106cC C 0.054aA 2.2×105bB 小单孢菌属 (Micromonospora) 0.04cC 3.6×103bB O.O21bB 1.6× 05bB A O.O16aA 2.9× O aA OaA OaA O.O13aA 6.1× O aA B O.O32bB 6.5× 0 bB O.O18bB 1.5×105cC O.O42cC 1.8× 06cC C O.034bB 1.4× 05cC 头孢霉属 (Cephalosporium) 未知 cA OaA 属也 OaA 属 1.2× 06bB A O.203 3.7× O5 B O.3l1cC 2.7×105cC O.187cC 8.8× O5aA B 0.001 2.4× O C 0.028bB 2.3×105bB 一一A B c一一A B O.156aA c O.163bB 6.8× 06cC C 0.247 1.O× O6 根霉 产碱杆菌属 (Fusarium) (Alcaligenes) A O O A 0.19cC 1.4×106bB O.17 1.5×105 B OaA OaA O O C 0.079bB 3.3×106cC 产碱杆菌属 (Alcaligenes) O O A 0.19cC 1.4×106bB O.17 1.5×105 B 0aA OaA O O C 0.079bB 3.3×106cC 红酵母 节细菌属 (Rhodotorula) (Arthrobactor) A O O A 0.141bB 1.1×106bB B O.O5 4.4×10 B 0.108aA 5.1×105aA C O O C O.148cC 6.2×106cC 轮枝菌属 芽孢杆菌属 (Verticillium) (Bacillius) O O A O.194bB 1.5× 06bB O.216 1.9×105 B O.291cC 1.4× 06aA O O C 0.036aA 1.5× 06bB 动胶菌属 (Zoogloea) O O A O.O23bB 1.7×lO5bB 0.014 1.2×10 B 0aA OaA O O C 0.044cC 1.8×106cC 灰葡萄孢属 假单孢杆菌属 (Botrytis) (Pseudomonas) A O O A O.OO7bB 5.3×10 bB B O.18 1.6×105 B O.O13cC 6.1×10 cC C O 0 C OaA 0aA 未知 未知 Note!Diifer丽 ent lowereaae in the 88111e column represent孩两 s signiif砑 巧 cant diference at P≤O.05%between t天写孚 表示同二层次不同处理在1%水平上的显著差 。reatments in the 8ame layer,diferent majuscule in the ̄tnle column represents signiifcant diference at P≤O.O1%between U'eatments in the 8ame layer・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 388 西南农业学报 21卷 3讨论与结论 在本文的研究中,农药处理对微生物的总数有 菌¨],这可能是与重度污染中的优势种群头孢霉属 产生对抗关系,也有可能是外部环境影响了微生物 的降解,如环境的温度、水分含量、pH、氧含量 等 。 抑制作用,浓度越高,微生物总数越少,种群密度降 低,这与以往研究相符 J。在物种多样性指数方 面,无污染群落中的物种丰富度最大,高浓度的农药 处理比低浓度的农药处理多样性指数大,微生物群 落向着耐受农药的微生物顶级群落方向演替,无污 染群落的物种分布最均匀,群落异质度高,群落结构 细菌中,芽孢杆菌属在重度污染的土壤中为优 势种群,农药的污染加强了芽孢杆菌属所在的生态 位中同其它菌株的竞争,在这个群落中是的有机磷 农药的降解菌。假单孢菌属在轻度污染、重度污染 的土壤中数量中依次增加,在无污染土壤中未分离 最为稳定,这与以往研究相符 。而高浓度的农药 处理的多样性指数较高,群落结构比低浓度的农药 处理群落结构稳定,这与以往的研究不相符合 , 有可能从低浓度农药处理到高浓度农药处理的土壤 中,群落在逐渐发育,逐渐到成熟期。在群落相似度 上,轻度污染群落和无污染群落的物种最为相似,高 浓度的农药处理使群落结构发生了很大变化,向着 耐受农药的微生物群落方向演替。 细菌在群落中的数量最多,以往研究认为细菌 的个体小,数量多,繁殖能力强,变异能力强,适应能 力也最强,环境污染可使生物个体数量减少,种群密 度减少,但有些污染物能加快细菌的生活史,导致个 体数量的增加和种群密度上升,故重度污染土壤中 的细菌数量高于轻度污染中的数量。农药处理能抑 制细菌总数,筛选掉农药敏感菌,农药处理的浓度越 高,细菌总数越少。低浓度的农药处理抑制真菌和 放线菌菌类的增长,高浓度的农药处理刺激了菌类 的增长,有可能低浓度农药处理对群落产生影响,但 优势种群还没有完全替换,有些仍然是对农药较为 敏感的种类,故数量最低,高浓度农药处理刺激群落 中的某些种群,优势种群替换为有机磷农药的降解 菌或耐受菌,减少了与敏感菌的空间竞争,使数量增 加。 真菌中,头孢霉属对高浓度农药的抗性明显,可 能为有机磷农药的优势降解菌或耐受菌,前人的研 究中报道过头孢霉属有降解氮苯类除草剂的能 力H引,对有机磷农药的降解还有待证实。灰葡萄孢 属、轮枝菌属、红酵母、根霉属、毛霉属在无污染土壤 和轻度污染土壤中未分离出来,根霉属、毛霉属为机 磷农药的降解菌或耐受菌,这在前人的研究中得到 证实,其它菌是否为有机磷农药的降解菌或耐受菌 还有待进一步试验。木霉属、曲霉属的数量在轻度 污染比无污染的数量多,但在重度污染中未分离出 来或为稀有种群,可能一定浓度下有可能为有机磷 农药的降解菌或耐受菌【1 ,镰刀菌属、青霉属在无 污染、轻度污染、重度污染的土壤中数量依次下降, 前人报道过镰刀菌属、青霉属为有机磷农药的降解 出来,可能无污染土壤中的优势种土壤杆菌属分泌 出的分泌物质对其有所抑制,而在轻度污染、重度污 染土壤中,土壤杆菌属的数量有所减少,竞争作用减 弱,假单孢菌属数量有所增加,诺卡氏菌和假单孢菌 在群落中以互营关系就降解环已烷的作用,木霉能 和假单孢菌属共同降解马拉硫磷 ]。这于分离出 来的木霉和诺卡氏菌的优势度变化相吻合。产碱杆 菌属在一定浓度下为有机磷农药的降解菌,但在高 浓度下却受到了抑制。微球菌属、黄杆菌属在重度 污染的土壤中的优势度比轻度污染的土壤中的优势 度大,可能受到农药刺激,菌株有所变异,耐受能力 加强,数量增加,有可能为有机磷农药的降解菌或耐 受菌。短杆菌属、节细菌属、链球菌属、土壤杆菌属、 动胶菌属在无污染、轻度污染、重度污染的土壤中数 量依次减少,研究表明,节杆菌和链霉菌共同生活时 能降解地亚农 J,其它菌是否为有机磷农药的降解 菌或耐受菌还有待进一步的试验。 放线菌中,链霉菌属的的优势度在重度污染的 土壤中为优势种群,是主要的有机磷农药的降解菌。 小单孢菌属、诺卡氏菌属的优势度在无污染、重度污 染的轻度污染的土壤中中依次减少,可能受农药刺 激后,菌株变异,耐受能力加强,小单孢菌属是否为 有机磷农药的耐受菌或降解菌,有待进一步验证。 分枝杆菌属的优势度在重度污染的、轻度污染、无污 染的土壤中中依次减少,能够适应被农药污染过的 环境,有可能为降解菌或耐受菌,有待进一步验证。 有机磷农药的污染促使生物群落向着降解或耐 受农药的方向演替。能降解有机磷农药的菌种的优 势度增加。环境微生物群落适应污染物的机制有几 个方面:第一,由于某些基因被诱导使有的微生物类 群能耐受或降解污染物,这类微生物在污染环境中 由于竞争优势数量增加。第二,有些微生物由于各 种突变如单核普酸突变DNA的重排等导致对污染 物的抗性或降解能力。第三,某些微生物可以通过 水平基因转移(HGT)从群落中相近或系统发育关 系较远的微生物中获取对污染物的抗性或降解遗传 信息 ]。 维普资讯 http://www.cqvip.com
2期 胡晓等:有机磷农药对土壤微生物群落的影响 389 本试验通过混菌法对被有机磷污染不同程度的 土壤的对比分析,但这一方法具有局限性,如:①各 种微生物,如细菌对养分都有选择性,单一培养基上 培养效率很低,②土壤分散效率及对菌落的计数误 差。到目前为止,一般认为至少有95%以上的微生 物在种的水平上还无法分离和培养"J。这种分离 真菌的方法并不能真实地反映真菌的生存状态与种 群分布,虽然应用这种方法已被很多土壤微生物工 作者所采用,然而,他们所测得的结果也大致相 同 。 由试验得到有机磷农药的污染对菌落总数有减 少的作用,多样性指数在总体上有下降的趋势,但高 浓度的处理刺激了多样性变化,群落结构有很大变 化,向耐受农药的方向演替,优势种群替换为耐受农 药的头孢霉属、芽孢菌属、链霉菌属,得到丰富的可 能为有机磷农药降解菌资源,如:根霉属、毛霉属、镰 刀菌属、青霉属、木霉属、曲霉属、芽孢杆菌属假单孢 菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属、节细菌属、链霉菌属、 诺卡氏菌属,对菌株的进一步研究具有指导意义。 参考文献: [1]张瑞福,吴旭平,樊奔,等.污染土壤中有机磷农药降解菌的分 离及其多样性[J].生态学报,2005。25(6):1502—1508. [2]李建政,任南琪.污染控制微生物生态学[M].哈尔滨:哈尔滨工 业大学出版社。2005. [3]Mulbry W,Kearney PC.Degradation of pesticides by microorganisms and the potential genetic manipulation[J].Crop Prot,1991,10:334 —346. [4]李顺鹏.环境生物学[M].北京:中国农业出版社,2000. [5]王圣惠,张琛,闰艳春.有机磷农药微生物降解研究进展[J]. 生物技术,2006,16(3):95—97. f6]柏文琴。何风琴,邱星辉.有机磷农药生物降解研究进展[J].应 用与环境生物学报。2004。10(5):675—680. [7]姚槐应,黄昌勇.土壤微生物生态学及其试验技术[M].北京:科 学出版社。2006. [8]东秀珠。蔡妙英.常见细菌系统鉴定手册[M].北京:科学出版 社.2001.2. [9][美]瓦克特(Waekett L P)[美]赫什伯格(Hershberger。C.D): 沈德中主译.生物催化和生物降解——有机化合物的微生物转 化[M].北京:化学工业出版社,2005.27-34. [10]夏北成.环境污染物生物降解[M].北京:化学工业出版社。 2o()2.295—296. [11]杨革.微生物学试验教程[M].北京:科学出版社,2004.138 —164. [12]R.E.布坎南,N.E.吉布斯等编著.伯杰细菌鉴定手册(第八版) [M],北京:科学出版社。1984. [13]东秀珠,蔡妙英.常见细菌系统鉴定手册[M].北京:科学出版 社。2001.2. [14]邵力平,沈瑞祥。张素轩,等.真菌分类学[M].哈尔滨:东北林 学院,1981.8. [15]微景超.真菌鉴定手册[M].上海:上海科学技术出版社。1979. 9. [16]J.A.巴尼特。R.w.佩恩。D.亚罗.酵母菌的特征与鉴定手册 [M].青岛:青岛海洋大学出版社。2001. [1_7]孙儒泳.动物生态学原理[M].北京:北京师范大学出版社, 2001.9:385—448. [1 8]Zhang RuiFu,Cui ZhongLi,Jiang JianDong,et a1.Diversi竹of organ- ophosphorus pesticide-・degrading bacteria in a polluted soil and con・・ servation of their organophosphorus hydrolase genes[J].Canadina Journal of Microbiology,2005,51(4):337—343. [19]明惠青,李莉.甲胺磷降解菌的筛选及降解特性研究[J].生 物学杂志。2006,26(2):60—62. [20]高云超,朱文珊,陈文新.秸秆覆盖免耕土壤真菌群落结构与生 态特征研究[J].生态学报,2002,1(10):1704—1707. (责任编辑陈虹)
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