【摘要】：隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化程度的不斷加深,土壤污染的形勢(shì)愈加嚴(yán)峻。各種污染物進(jìn)入土壤導(dǎo)致農(nóng)業(yè)環(huán)境現(xiàn)狀亟待改善、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問(wèn)題亟需重視。其中,重金屬和抗生素污染是農(nóng)田土壤中不可忽視的污染類型。本研究在實(shí)驗(yàn)室模擬培養(yǎng)條件下,選用銅(Cu,添加濃度分別為0、100、400 mg·kg~(-1))、強(qiáng)力霉素(DOX,添加濃度分別為0、8、15 mg·kg~(-1))分別作為重金屬、抗生素的代表性外源污染物,系統(tǒng)性地從微生物及分子角度選擇土壤生態(tài)系統(tǒng)的多項(xiàng)指標(biāo),分別包括:土壤微生物活性(底物誘導(dǎo)呼吸實(shí)驗(yàn)測(cè)定微生物呼吸)、微生物功能(分光光度計(jì)或滴定法測(cè)定酶活性)、微生物群落結(jié)構(gòu)(16s rRNA高通量測(cè)序)以及微生物對(duì)污染物產(chǎn)生的耐性基因豐度(qPCR熒光定量測(cè)序)等指標(biāo),以闡明上述指標(biāo)隨污染物添加濃度和培養(yǎng)時(shí)間推移的變化情況,定量探討上述污染條件對(duì)土壤生態(tài)功能穩(wěn)定性及土壤微生物的影響程度,從而較為全面地闡述抗生素與重金屬單一及復(fù)合污染條件下土壤生態(tài)功能穩(wěn)定性及其微生物影響調(diào)控機(jī)制,以期為重金屬、抗生素單一及復(fù)合污染的土壤構(gòu)建微生物預(yù)警體系,并為土壤修復(fù)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作提供理論依據(jù)。研究表明,添加不同濃度的DOX、Cu單一及復(fù)合污染可能會(huì)對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生較為復(fù)雜的影響。具體研究結(jié)果如下:(1)對(duì)本研究基于微生物呼吸強(qiáng)度進(jìn)行定量化分析的土壤生態(tài)功能穩(wěn)定性而言,DOX、Cu單一及復(fù)合污染在培養(yǎng)期內(nèi)均會(huì)顯著抑制土壤微生物呼吸強(qiáng)度。DOX、Cu的復(fù)合添加整體表現(xiàn)出對(duì)土壤抵抗力、恢復(fù)力及穩(wěn)定性的協(xié)同抑制,且抑制強(qiáng)度隨著復(fù)合物質(zhì)添加濃度的上升而增加,但在400 mg·kg~(-1) Cu與8mg·kg~(-1) DOX的復(fù)合污染條件下,而高濃度DOX會(huì)緩解Cu對(duì)穩(wěn)定性的抑制作用。同一類型污染條件下其恢復(fù)力大于抵抗力,故污染脅迫能夠激發(fā)修復(fù)土壤質(zhì)量的能力,導(dǎo)致培養(yǎng)后期微生物呼吸強(qiáng)度大于污染初期,以維持土壤系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時(shí),本研究建立了DOX、Cu濃度與土壤穩(wěn)定性之間的三維線性模型,其表達(dá)式為:Sb=23.558-0.022 Conc._(Cu)-0.516 Conc._(DOX)(R~2=0.672,p0.05)。(2)以土壤過(guò)氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶活性來(lái)指示重金屬及抗生素單一及復(fù)合污染脅迫下土壤微生物功能的變化情況。研究發(fā)現(xiàn),DOX、Cu單一及復(fù)合污染脅迫對(duì)脲酶活性在培養(yǎng)期主要為促進(jìn)作用,對(duì)蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶活性主要為抑制作用,對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的抑制強(qiáng)度明顯大于蔗糖酶。此外,相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)Cu的添加濃度與過(guò)氧化氫酶活性、脲酶之間存在顯著性負(fù)相關(guān)關(guān)系,脲酶活性與蔗糖酶活性之間呈顯著負(fù)相關(guān)。(3)以O(shè)UTs及其在門(mén)綱科目屬層級(jí)上的注釋分類、Chao1指數(shù)、PD whole tree和Shannon等多個(gè)α多樣性指數(shù)來(lái)表征土壤微生物樣品的內(nèi)在多樣性及土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性。研究發(fā)現(xiàn)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)隨污染物類型、濃度和培養(yǎng)時(shí)間變化的影響較大。培養(yǎng)期內(nèi),添加外源污染物傾向于提高土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的多樣性,但又由污染處理組其微生物呼吸強(qiáng)度顯著低于CK空白對(duì)照,說(shuō)明添加污染物有可能導(dǎo)致土壤微生物種類更加豐富,但其整體活性較低。此外,Cu、DOX二者復(fù)合添加對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性的提高幅度較單一污染更明顯。(4)以檢出的4種抗性基因(tetA、tetC、tetG及tetW)相對(duì)豐度作為表征微生物對(duì)污染物產(chǎn)生的耐性指標(biāo)。4種抗性基因的總相對(duì)豐度總體呈先降低后增強(qiáng)的趨勢(shì),可能是因?yàn)樘砑游廴疚锖笸寥老到y(tǒng)需要7-15d左右的時(shí)間老化適應(yīng),土壤中預(yù)先存在的抗性基因在生存環(huán)境改變后會(huì)先轉(zhuǎn)移,且此時(shí)新加入外源抗生素尚未產(chǎn)生抗抗性基因誘導(dǎo)作用,導(dǎo)致抗性基因相對(duì)豐度均先降低,而到了培養(yǎng)后期,外源添加的抗生素產(chǎn)生抗性基因的誘導(dǎo)作用,促進(jìn)抗生素抗性基因相對(duì)豐度逐漸增加。Cu與DOX高濃度復(fù)合添加較其余污染處理在培養(yǎng)中后期能顯著提高抗性基因豐度,其中對(duì)tetA、tetW的提高效果更為明顯。此外,添加高濃度Cu會(huì)提高DOX誘導(dǎo)產(chǎn)生抗生素抗性基因的能力水平,提高tet基因的相對(duì)豐度。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

38圖 7 土壤主要門(mén)（前 15 種）在不同處理中的分布（熱圖）Figure 7 Distribution of major phylum in soil (top 15) in different treatments (Heatmap)
【學(xué)位授予單位】：蘇州科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X53;X172

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳欣瑤;陳楸健;李敏;牛曉叢;周陽(yáng);趙喬;張園;;農(nóng)業(yè)土壤生態(tài)功能穩(wěn)定性的影響因素及其相關(guān)性分析[J];山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年06期

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本文編號(hào)：2698708