人工合成麝香作為藥品與個人護理品(PPCPs)類的新型污染物,其產量高,應用廣,且具有持久性、高脂溶性和環(huán)境穩(wěn)定性等特點;重金屬鎘(Cd)己成為中國土壤首要污染物,它們均引起了國內外學者們的普遍關注。污水灌溉和污泥利用是人工合成麝香與Cd共同的重要來源,因此二者在土壤環(huán)境中的共存也較為普遍,己成為土壤中具有潛在危害的新型復合污染物,探究其對土壤微生物生態(tài)效應的影響具有重要的現(xiàn)實意義。本研究選取典型人工合成麝香佳樂麝香(HHCB)與重金屬Cd為研究對象,采用室內土壤微宇宙培養(yǎng)法,系統(tǒng)研究了 HHCB與Cd單一、復合污染對土壤微生物數(shù)量、土壤酶活性、土壤微生物群落功能、結構以及遺傳多樣性的影響,多角度全面揭示二者復合污染對土壤微生物的生態(tài)毒理效應及作用機制,填補了國內外該領域研究的不足,研究結果為土壤HHCB風險評估和生態(tài)診斷提供基礎依據(jù),為建立復合污染生態(tài)毒理診斷指標、風險評價及修復基準提供了科學依據(jù)。選擇 HHCB 濃度為 100、500 和 1000 mg·kg—1,Cd 濃度為 10 mg·kg—1。采用平板菌落計數(shù)法連續(xù)10周測定土壤細菌、真菌及放線菌數(shù)量,并對復合污染聯(lián)合毒性效應進行了分析。結果顯示:土壤HHCB單一污染及其與Cd復合污染均對土壤細菌生長表現(xiàn)為先抑制后促進,對真菌表現(xiàn)為促進作用,對放線菌有顯著的抑制作用,并且放線菌的抑制率隨著HHCB濃度的增加而增加。HHCB對土壤微生物的毒害效應表現(xiàn)為放線菌細菌真菌。放線菌對HHCB污染很敏感,放線菌的數(shù)量與土壤HHCB污染關系密切,二者劑量-效應關系呈對數(shù)關系。HHCB與Cd復合污染對細菌的聯(lián)合毒性效應起初表現(xiàn)協(xié)同作用,隨著時間的延長轉為拮抗作用;對真菌和放線菌的聯(lián)合毒性效應均表現(xiàn)為拮抗作用。測定土壤中脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性,并對復合污染聯(lián)合毒性效應進行了分析。結果顯示:土壤HHCB單一污染及其與Cd復合污染均對土壤脲酶活性表現(xiàn)為先促進后抑制,對酸性磷酸酶表現(xiàn)為先抑制后促進,對蔗糖酶有顯著的抑制作用,并且蔗糖酶的抑制率隨著HHCB濃度的增加而增加。HHCB與Cd復合污染對脲酶的聯(lián)合毒性效應表現(xiàn)為協(xié)同作用;對酸性磷酸酶和蔗糖酶的聯(lián)合毒性效應均以拮抗作用為主。研究發(fā)現(xiàn):與脲酶和磷酸酶相比,蔗糖酶對HHCB的污染更加敏感,因此,可將蔗糖酶作為土壤HHCB污染的預警指標。采用Biolog-Eco微平板測定土壤微生物碳源利用情況,并對微生物群落多樣性指數(shù)和代謝功能進行了分析。結果顯示:土壤HHCB單一污染及其與Cd復合污染下,平均顏色變化率(AWCD)均高于空白對照組,表明加入HHCB提高了土壤微生物對碳源的利用能力;培養(yǎng)初期(第2周),Shannon和Simpson指數(shù)沒有顯著變化;培養(yǎng)中期(第4周),500、1000 mg·kg-1 HHCB單一及其Cd復合污染的Shannon、Simpson和McIntosh指數(shù)顯著提高,表明土壤微生物種群的豐富度顯著提高,優(yōu)勢種群得到顯著增加,種群間的均一性被打破;培養(yǎng)后期(第10周),三種指數(shù)沒有顯著變化。土壤微生物對6大類碳源的利用強度有所差異,對酯類的利用最高,而對糖類和羧酸類的利用較低。主成分分析(PCA)結果表明,500 mg·kg—1 HHCB與Cd復合污染土壤微生物的代謝功能顯著改變。采用磷脂脂肪酸(PLFA)技術研究土壤微生物群落結構,測定土壤中各類菌種特征脂肪酸含量,并進行了 PCA和多樣性指數(shù)分析。結果顯示:隨著HHCB濃度的增加,細菌脂肪酸含量增加,而真菌和放線菌脂肪酸含量減少;1000 mg·kg-1 HHCB污染對細菌表現(xiàn)促進作用;1000 mg·kg-1 HHCB與Cd復合污染對真菌表現(xiàn)顯著抑制作用;HHCB單一污染及其與Cd復合污染均對放線菌表現(xiàn)顯著抑制作用,放線菌脂肪酸含量與土壤HHCB污染關系密切。1000 mn·kg-1 HHCB單一污染及其與Cd復合污染均顯著提高了 B/F、GN/GP值和壓力指數(shù),并且這兩個處理的土壤微生物群落結構均顯著改變,PCA結果表明,500 mg·kg-1 HHCB與Cd復合污染,1000 mg·kg-1 HHCB單一及其與Cd復合污染對脂肪酸17:0、17:0 cyclo、17:0 anteiso、16:1ω7c 和 16:1ω9c 的影響較大。1000 mg·kg-1 HHCB 與 Cd復合污染的Shannon、Margalef和Pielou三種指數(shù)均顯著低于空白對照組,表明土壤微生物群落的多樣性、均勻度和豐富度均顯著降低。采用PCR-DGGE和高通量測序方法研究土壤微生物群落遺傳多樣性,結果顯示:細菌PCR-DGGE圖譜顯示的條帶在數(shù)量和位置都上發(fā)生了顯著變化,一些條帶消失,而另一些條帶則得到富集;單一 HHCB污染對菌種多樣性的影響強于HHCB與Cd復合污染;Shannon和Margalef指數(shù)隨著土壤中HHCB濃度的增加而減小,500 mg·kg-1 HHCB單一污染、1000 mg·kg-1 HHCB單一及其與Cd復合污染的Shannon、Margalef和Pielou指數(shù)顯著低于空白對照組,微生物群落的多樣性、均勻度和豐富度顯著降低。高通量測序結果表明,不同處理的土壤樣品中主要類群為變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、放線菌門(Actinobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)和芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)。隨著HHCB濃度升高,變形菌門(Proteobacteria)的相對豐度升高,而其它4菌門降低。HHCB單一及其與Cd復合污染促進了變形菌門(Proteobacterfia)的生長,卻抑制其它4菌門的生長。放線菌門的相對豐度與土壤HHCB污染關系密切,這與平板菌落計數(shù)和PLFA技術的結果一致,由此得出放線菌對HHCB污染很敏感,HHCB對放線菌具有很強的毒害作用,可將放線菌作為土壤HHCB污染的早期預警指標。PCR-DGGE在門水平上的聚類和高通量在屬水平上的聚類共同表明,500、1OOOmg·kg-1HHCB單一污染及其與Cd復合污染顯著改變了土壤微生物群落結構。
【學位單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：X53
【部分圖文】：

東北大學博士學位論文邐第１章緒論逡逑染對土壤微生物碳源代謝及其多樣性指數(shù)的影響。分析并對比二者單一、復合污逡逑染條件下土壤微生物群落代謝功能的差異性。逡逑（４）邐ＨＨＣＢ與Ｃｄ單一、復合污染對土壤微生物群落結構多樣性的影響逡逑采用微生物磷脂脂肪酸（ＰＬＦＡ）技術研宄土壤微生物群落結構多樣性對逡逑ＨＨＣＢ與Ｃｄ單一、復合污染的響應及其作用機制。逡逑（５）邐ＨＨＣＢ與Ｃｄ單一、復合污染土壤微生物群落遺傳多樣性的影響逡逑采用ＰＣＲ－ＤＧＧＥ和高通量測序研究ＨＨＣＢ與Ｃｄ單一、復合污染對土壤微逡逑生物群落結構遺傳多樣性的影響及其機制。逡逑１．４．４技術路線逡逑本文的研宄思路和技術路線如下圖］．６所示：逡逑

實測值Ｐ（７）且，聯(lián)合毒性效應都表現(xiàn)為拮抗作用。逡逑２．３．３．２邋ＨＨＣＢ與Ｃｄ復合污染對真菌聯(lián)合毒性效應逡逑如圖２．９所示，在所培養(yǎng)的１０周內，１００、５００和１０００邋ｍｇ－ｋｇ＿１邋ＨＨＣＢ與Ｃｄ逡逑復合污染對真菌數(shù)量的抑制率的預測值戶（幻均大于實測值Ｐ（７），但１００邋ｍｇ＋ｇｄ逡逑ＨＨＣＢ與Ｃｄ復合污染中第３、５、７、８和１０周都顯著；５００邋ｍｇ＇ｋｇ４邋ＨＨＣＢ與逡逑Ｃｄ復合污染中除了第３和１０周都顯著；１０００邋ｍｇ＊ｋｇＭ邋ＨＨＣＢ與Ｃｄ復合污染中逡逑第７、８和１０周都顯著；因此，ＨＨＣＢ與Ｃｄ的聯(lián)合毒性效應在這些周中表現(xiàn)為逡逑拮抗作用，不同濃度ＨＨＣＢ與Ｃｄ復合污染對真菌聯(lián)合效應在第７和８周都表現(xiàn)逡逑為拮抗作用，作用模式不隨濃度的改變而改變�？傊龋龋茫屡cＣｄ復合污染對逡逑真菌聯(lián)合毒性效應都表現(xiàn)為拮抗作用。逡逑２＿３．３．３邋ＨＨＣＢ與Ｃｄ復合污染對放線菌數(shù)量聯(lián)合毒性效應逡逑由圖２．１０可見，在所培養(yǎng)的１０周內１００、５００和１０００邋ｍｇ‘ｋｇ＿１邋ＨＨＣＢ與Ｃｄ逡逑復合污染對放線菌數(shù)量抑制率的預測值尸（￡）都顯著大于實測值Ｐ（７），因此，可逡逑以認為，ＨＨＣＢ與Ｃｄ的聯(lián)合毒性效應為拮抗作用，并且其作用模式不隨時間和逡逑濃度的變化而變化。逡逑有機物與重金屬的聯(lián)合毒性效應產生機理研究有以下幾個方面：競爭結合位逡逑點、螯合或絡合作用及沉淀作用、影響酶的活性、影響生物細胞結構、干擾生物逡逑生理活動和功能和干擾生物大分子的結構和功能。周啟星等［６］研宄表明

邐ｍｌ逡逑0邐１邐２邐３邐４邐５６７８９邋１０邐１１逡逑時間（ｗｅｅｋ）逡逑圖２．８邋１００邋（ａ）、５００邋（ｂ）和１０００邋（ｃ）邋ｍｇ．ｋｇｄ邋ＨＨＣＢ分別與Ｃｄ復合污染下細菌抑制率預測值和逡逑檢測值比較（＊尸＜0．0５；邋＊＊戶＜０．０］）逡逑Ｆｉｇ．２．８邋Ｔｈｅ邋ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ邋ｒａｔｅ邋ｏｆ邋ｂａｃｔｅｒｉａ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ邋ａｎｄ邋ｏｂｓｅｒｖｅｄ邋ｖａｌｕｅｓ邋ｕｎｄｅｒ逡逑ｊｏｉｎｔ邋ｓｔｒｅｓｓ邋ｏｆ邋１００邋（ａ），邋５００邋（ｂ）邋ａｎｄ邋１０００邋（ｃ）邋ｍｇ．ｋｇ＿１邋ＨＨＣＢ邋ａｎｄ邋Ｃｄ，邋ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ邋（＊尸＜０．０５；逡逑＊＊邋尸＜０．０１）逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2815354