锌铬复合胁迫对大豆根系土壤微生物学特性的影响

论文摘要

随着我国工业的快速发展,人口剧增以及城市化进程,土壤重金属污染日益严重。土壤重金属污染不仅抑制农作物生长发育、降低产量,而且经农作物的吸收通过食物链危害人体健康。本实验是作物生产安全性系列研究之一,以成都平原紫色土为供试土壤,以重要农作物大豆为材料,按照国家环境质量标准（GB15618-1995）（旱地pH>7.5）设计重金属锌和铬浓度,采用根袋法栽种作物—大豆。通过研究锌铬复合胁迫大豆根际土与非根际土的土壤呼吸强度、微生物数量、微生物量碳（SMBC）、微生物量氮（SMBN）、微生物量磷（SMBP）、土壤脲酶活性（URASE）、土壤过氧化氢酶活性（CAT）以及土壤蔗糖酶活性（INVERTASE）,利用PCR-DGGE技术分析了供试土样的根际土壤微生物多样性,揭示了在锌铬复合胁迫下,根际土壤与非根际土壤微生物学特性,为大豆的安全生产提供一定理论依据。研究结果如下：（1）在锌铬复合胁迫条件下,大豆根际土壤呼吸强度强于非根际土壤呼吸强度。当Zn为0,100mg.kg-1时,随铬浓度的增加,表现为先升再降的趋势。当Zn为250,500 mg.kg-1时,随铬浓度的增加,表现为逐渐降低的趋势；当Cr为0,90mg.kg-1时随锌浓度的增加,都表现为先升后降低的趋势。当Cr为300,400.kg-1时,随着锌浓度的增加,表现为降低的趋势。（2）在锌铬复合胁迫条件下,大豆土壤中,细菌数量为主导地位,其次是放线菌和真菌。当Zn为0,100mg.kg-1时,随铬浓度的增加,根际土壤细菌数量表现为先升后降的趋势；当Zn为250,500 mg.kg-1时,随铬浓度的增加,根际土壤细菌数量均表现降低的趋势；当Cr为0,90mg.kg-1时随锌浓度的增加,都表现为先升后降的趋势；当Cr为300,400 mg.kg-1时,随锌浓度的增加,细菌数量表现为逐渐降低的趋势；当Zn或Cr为0mg.kg-1时,根际土壤放线菌及非根际土壤细菌数量随铬或锌浓度的增加,都表现为先升后降的趋势；当Zn为100,250,500 mg.kg-1时,则随铬浓度的增加,非根际土壤细菌数量及根际土壤放线菌数量都表现为逐渐降低的趋势；当Cr为90,300,400mg.kg-1时,则随锌浓度的增加,非根际土壤细菌数量及根际土壤放线菌数量都表现为逐渐降低的趋势。真菌数量在根际与非根际土壤呈现相同的趋势。根际土壤与非根际土壤以及非根际放线菌数量都随锌或铬浓度增加,逐渐降低。（3）当Zn为0,100 mg.kg-1,根际SMBC、SMBN,随着铬浓度增加,SMBC、SMBN先增后降,当Zn为250,500 mg.kg-1时,SMBC、SMBN随铬浓度增加,逐渐降低。当铬一定时,根际SMBC、SMBN、SMBP以及非根际SMBC、SMBN、SMBP都随锌浓度增加而降低。当锌一定时,根际SMBP随铬浓度的增加而逐渐降低。当锌为0 mg.kg-1时,非根际SMBC、SMBN随铬浓度的增加,先升后降,当Zn为250,500 mg.kg-1,非根际SMBC、SMBN随铬浓度的增加,而逐渐降低。（4）大豆根际土壤酶活性大于非根际土让酶活性。当锌一定时,根际与非根际土壤URASE随着铬浓度的增加而逐渐降低；当铬为0 mg.kg-1时,根际与非根际土壤URASE,随着锌浓度增加,先升后降,当Cr为90,300,400 mg.kg-1,随着锌浓度增加,根际与非根际土壤URASE逐渐降低。当Zn为0 mg.kg-1时,根际与非根际CAT,非根际INVERTASE随着铬浓度增加先升后降,Zn为100,250,500 mg.kg-1,根际与非根际URASE、INVERTASE随着铬浓度增加而逐渐降低。当铬一定时,非根际土壤CAT,根际与非根际INVERTASE随着锌浓度的增加而逐渐降低。Cr为0,90 mg.kg-1,根际土壤过CAT随着锌浓度的增加,先升后降；Cr为300,400 mg.kg-1,根际土壤CAT随着锌浓度的增加,逐渐降低。Zn为0,100 mg.kg-1,根际土壤INVERTASE随着铬浓度增加,先升后降低；Zn为250,500 mg.kg-1,根际土INVERTASE随着铬浓度增加,逐渐降低。（5）根际土壤呼吸商小于非根际土壤呼吸商。当Zn为0,100mg.kg-1,根际与非根际土壤呼吸商随着铬浓度增加而升高,当Zn为250 mg.kg-1时,根际土壤呼吸商随着铬浓度增加,先升后降；当Zn为500 mg.kg-1时,随着铬浓度的增加,根际土壤呼吸商逐渐降低,Zn为250,500 mg.kg-1,随着铬浓度增加,非根际土壤呼吸商逐渐下降。当铬一定,根际与非根际土壤呼吸商随锌浓度先升后降。（6）真菌种群的均匀度介于0.9494-0.9994。聚类分析发现,所有真菌样品之间的相似性在37%-68%之间,真菌的种群结构有差异。细菌的均匀度非常接近,在0.9857-0.9993之间,而多样性指数在2.6368-3.2513之间。细菌之间的相似性在21%-80%之间,细菌的种群结构有差异。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 重金属污染对土壤微生物学特性的影响
• 1.2.2 重金属污染对土壤微生物群落结构的影响
• 1.2.3 重金属污染对土壤微生物的生态毒性
• 1.2.4 根际土壤微生物与植物的关系
• 1.2.5 根际微生物对重金属生物有效性的影响
• 1.2.6 土壤酶活性
• 1.3 本研究的目的及意义
• 2 材料与方法
• 2.1 供试材料
• 2.1.1 供试作物
• 2.1.2 供试土壤
• 2.1.3 供试重金属
• 2.2 试验设计
• 2.3 盆栽处理
• 2.3.1 试验处理
• 2.3.2 试验时间及地点
• 2.4 大豆栽培与管理
• 2.4.1 盆栽大豆
• 2.4.2 盆栽大豆管理
• 2.4.3 土壤样品采集
• 2.5 测定内容与方法
• 2.5.1 培养基
• 2.5.2 主要试剂
• 2.5.3 细菌、真菌、放线菌计数
• 2.5.4 土壤呼吸强度
• 2.5.5 土壤微生物量的测定
• 2.5.6 土壤酶活性的测定
• 2.5.7 土壤微生物DGGE分析
• 2.6 数据处理方法
• 3 结果与分析
• 3.1 锌铬复合胁迫对大豆根系土壤呼吸强度的影响
• 3.1.1 锌铬复合胁迫对大豆根际土壤呼吸强度的影响
• 3.1.2 锌铬复合胁迫对大豆非根际土壤呼吸强度的影响
• 3.2 锌铬复合污染对大豆根系土壤微生物数量的影响
• 3.2.1 锌铬复合污染对大豆根际土壤细菌数量的影响
• 3.2.2 锌铬复合污染对大豆非根际土壤细菌数量的影响
• 3.2.3 锌铬复合污染对大豆根际土壤真菌数量的影响
• 3.2.4 锌铬复合污染对大豆非根际土壤真菌数量的影响
• 3.2.5 锌铬复合污染对大豆根际土壤放线菌数量的影响
• 3.2.6 锌铬复合污染对大豆非根际土壤放线菌数量的影响
• 3.3 锌铬复合污染对大豆根系土壤微生物量的影响
• 3.3.1 锌铬复合胁迫对大豆根际土壤微生物量碳的影响
• 3.3.2 锌铬复合胁迫对大豆非根际土壤微生物量碳的影响
• 3.3.3 锌铬复合胁迫对大豆根际土壤微生物量氮的影响
• 3.3.4 锌铬复合胁迫对大豆非根际土壤微生物量氮的影响
• 3.3.5 锌铬复合胁迫对大豆根际土壤微生物量磷的影响
• 3.3.6 锌铬复合胁迫对大豆非根际土壤微生物量磷的影响
• 3.4 锌铬复合污染对大豆根系土壤酶活性的影响
• 3.4.1 锌铬复合胁迫对大豆根际土壤脲酶活性的影响
• 3.4.2 锌铬复合胁迫对大豆非根际土壤脲酶活性的影响
• 3.4.3 锌铬复合胁迫对大豆根际土壤过氧化氢酶活性的影响
• 3.4.4 锌铬复合胁迫对大豆非根际土壤过氧化氢酶活性的影响
• 3.4.5 锌铬复合胁迫对大豆根际土壤蔗糖酶活性的影响
• 3.4.6 锌铬复合胁迫对大豆非根际土壤蔗糖酶活性的影响
• 3.5 锌铬复合胁迫对大豆根系土壤呼吸商的影响
• 3.5.1 锌铬复合胁迫对大豆根际土壤呼吸商的影响
• 3.5.2 锌铬复合胁迫对大豆非根际土壤呼吸商的影响
• 3.6 PCR-DGGE分析
• 3.6.1 土壤细菌和真菌PCR扩增
• 3.6.2 DGGE电泳条件优化
• 3.6.3 DGGE图谱分析
• 4. 讨论
• 4.1 锌铬复合胁迫对大豆根系土壤呼吸强度的影响
• 4.2 锌铬复合胁迫对大豆根系土壤微生物数量的影响
• 4.3 锌铬复合胁迫对大豆根系土壤微生物量的影响
• 4.4 锌铬复合胁迫对大豆根系土壤酶活性的影响
• 4.5 锌铬复合胁迫对大豆根系土壤微生物呼吸商的影响
• 4.6 锌铬复合胁迫对细菌、真菌多样性的影响
• 5. 结论
• 参考文献
• 致谢