【摘要】：隨著我國工業(yè)化和城市化程度的不斷加深,土壤污染的形勢愈加嚴峻。各種污染物進入土壤導致農(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。本研究在實驗室模擬培養(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)的多項指標,分別包括:土壤微生物活性(底物誘導呼吸實驗測定微生物呼吸)、微生物功能(分光光度計或滴定法測定酶活性)、微生物群落結構(16s rRNA高通量測序)以及微生物對污染物產(chǎn)生的耐性基因豐度(qPCR熒光定量測序)等指標,以闡明上述指標隨污染物添加濃度和培養(yǎng)時間推移的變化情況,定量探討上述污染條件對土壤生態(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)控機制,以期為重金屬、抗生素單一及復合污染的土壤構建微生物預警體系,并為土壤修復和風險評估工作提供理論依據(jù)。研究表明,添加不同濃度的DOX、Cu單一及復合污染可能會對土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生較為復雜的影響。具體研究結果如下:(1)對本研究基于微生物呼吸強度進行定量化分析的土壤生態(tài)功能穩(wěn)定性而言,DOX、Cu單一及復合污染在培養(yǎng)期內(nèi)均會顯著抑制土壤微生物呼吸強度。DOX、Cu的復合添加整體表現(xiàn)出對土壤抵抗力、恢復力及穩(wěn)定性的協(xié)同抑制,且抑制強度隨著復合物質(zhì)添加濃度的上升而增加,但在400 mg·kg~(-1) Cu與8mg·kg~(-1) DOX的復合污染條件下,而高濃度DOX會緩解Cu對穩(wěn)定性的抑制作用。同一類型污染條件下其恢復力大于抵抗力,故污染脅迫能夠激發(fā)修復土壤質(zhì)量的能力,導致培養(yǎng)后期微生物呼吸強度大于污染初期,以維持土壤系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時,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,其表達式為:Sb=23.558-0.022 Conc._(Cu)-0.516 Conc._(DOX)(R~2=0.672,p0.05)。(2)以土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶活性來指示重金屬及抗生素單一及復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單一及復合污染脅迫對脲酶活性在培養(yǎng)期主要為促進作用,對蔗糖酶、過氧化氫酶活性主要為抑制作用,對過氧化氫酶活性的抑制強度明顯大于蔗糖酶。此外,相關性分析發(fā)現(xiàn)Cu的添加濃度與過氧化氫酶活性、脲酶之間存在顯著性負相關關系,脲酶活性與蔗糖酶活性之間呈顯著負相關。(3)以OUTs及其在門綱科目屬層級上的注釋分類、Chao1指數(shù)、PD whole tree和Shannon等多個α多樣性指數(shù)來表征土壤微生物樣品的內(nèi)在多樣性及土壤細菌群落結構多樣性。研究發(fā)現(xiàn)土壤微生物群落結構隨污染物類型、濃度和培養(yǎng)時間變化的影響較大。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構的多樣性,但又由污染處理組其微生物呼吸強度顯著低于CK空白對照,說明添加污染物有可能導致土壤微生物種類更加豐富,但其整體活性較低。此外,Cu、DOX二者復合添加對微生物群落結構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)相對豐度作為表征微生物對污染物產(chǎn)生的耐性指標。4種抗性基因的總相對豐度總體呈先降低后增強的趨勢,可能是因為添加污染物后土壤系統(tǒng)需要7-15d左右的時間老化適應,土壤中預先存在的抗性基因在生存環(huán)境改變后會先轉(zhuǎn)移,且此時新加入外源抗生素尚未產(chǎn)生抗抗性基因誘導作用,導致抗性基因相對豐度均先降低,而到了培養(yǎng)后期,外源添加的抗生素產(chǎn)生抗性基因的誘導作用,促進抗生素抗性基因相對豐度逐漸增加。Cu與DOX高濃度復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tetA、tetW的提高效果更為明顯。此外,添加高濃度Cu會提高DOX誘導產(chǎn)生抗生素抗性基因的能力水平,提高tet基因的相對豐度。
【圖文】：

技術路線圖

38圖 7 土壤主要門（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)
【學位授予單位】：蘇州科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X53;X172

【參考文獻】

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本文編號：2698708