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二氯二苯基三氯乙烷(DDT)作为持久性有机污染物(POPs)之一,虽然禁止生产和使用近二十年,但在土壤中残留仍然长期存在。由于其特殊化学结构,它似乎是硝化抑制剂之一,但很少有相关研究报道。氨氧化过程是全球氮循环的中心环节,是土壤硝化作用的初始步骤和限速步骤。负责完成这一功能的氨氧化古菌(ammonia oxidizing archeae,AOA)与氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)的生态学功能,也成为微生物学研究焦点。目前,在农田、山地、河底等自然环境中的AOA和AOB的生态学功能研究较多,而关于污染环境中的氨氧化过程及相关的AOA、AOB研究鲜有报道。DDT作为持续性有机污染物(POPs)的一种,对环境污染由来已久,环境科学方面的研究也很多,但是关于其对土壤氨氧化过程的影响以及生态学机制尚无报道。本研究将首次以DDT作为模式污染物,研究其污染对土壤氨氧化过程及相关的AOA和AOB的影响。项目将利用特异性16S rRNA片段和amoA,分析在DDT污染土壤中AOA、AOB的丰度、功能和群落结构的变化;利用微生物物种多样性测序及其功能基因测序,检测AOA与AOB丰度,确定他们对氨氧化的相对贡献及功能和群落结构。本项目为DDT污染土壤的评价、治理以及污染土壤氨氧化过程研究提供理论基础和数据参考。本研究的主要研究结果如下:1.土壤氨氧化作用在DDT污染初期(0到6天时)受到抑制,并且随着DDT污染浓度增大而加剧,但是在后期(16天后)能够适应并逐渐恢复。2.土壤样本中细菌以Sphingomonadaceae科的Sphingononas属和Anaerolineaceae科和Nitrosomonadaceae科占比最大。其中Sphingononas属在第6天到10天时,占比显著上升,成为优势物种,说明Sphingononas属是氨氧化过程受到抑制时受影响最明显的细菌群落,同时主导着DDT的降解。古菌以来自土壤的Crenarchaeotic纲、Nitrososphaera科、Thermoplasmatales目、Candidatus Nitrosotalea属和某两属未报道未分类古菌占比最大,其中Nitrososphaera科古菌是主导硝化过程的优势古菌,对DDT的适应性较强。高DDT浓度(20mg/kg ds),ds指干燥土壤dry soil,对细菌微生物群落影响显著,低浓度不敏感。古菌微生物群落随DDT浓度增加而呈明显的梯度变化,说明古菌群落对DDT含量变化更加敏感。3.土壤样本中AOB占比较大的有Nitrosomonadales目、Ntrosospira属和Nitrosomonadaceae科。Nitrosomonadales目是主导氨氧化过程的优势氨氧化细菌群落。AOA占比较大的有Crenarchaeota门、Ntrososphaera属和两类环境样本中未分类氨氧化古菌占比最大。4.RDA分析揭示不同时间段土壤样本细菌和古菌属水平群落组成与不同环境因子之间的相关性。氯离子和铵态氮对Sphingomonas属细菌影响显著;硝态氮、DDT、DDE和DDD对Anaerolineaceae科细菌影响显著。DDT和硝态氮对Nitrososphaera科古菌影响显著。Crenarchaeota门是受到氯离子和铵态氮影响最明显的AOA,Nitrososphaera科是受到DDT和硝态氮影响最明显的AOA。Ntrososphaera属丰度对DDT刺激较敏感,Crenarchaeota门和Ntrososphaera属是主导氨氧化过程优势AOA群落。Nitrosomonadales目是受到硝态氮、DDT影响最明显的AOB。5.污染处理中期(10到16天)AOB对DDT的适应性较好。后期(16天后)AOA对DDT的适应性较好,是氨氧化过程的优势群落。结合群落组成柱形图分析,Ntrososphaera属是氨氧化过程中占主导地位的AOA菌属。6.甲醇的添加对土壤古菌群落有瞬时刺激,随着时间延长,甲醇的挥发以及微生物对甲醇的适应,甲醇对土壤古菌群落没有明显抑制作用