论文部分内容阅读
苄嘧磺隆(Bensulfuron methyl)属于磺酰脲类除草剂,具有高效、低毒、广谱的特点,在我国被广泛使用。由于其降解速率慢,使得在农田土壤中残留严重,易对后茬敏感作物产生药害。因此,对苄嘧磺隆污染土壤的修复与治理问题迫在眉睫,而微生物的降解作用是苄嘧磺隆降解的重要方式。磺酰脲类除草剂降解菌Hansschlegelia zhihuaiae S113为本实验室前期筛选的一株细菌,能高效降解苄嘧磺隆。丛枝菌根真菌(Arbuscularmycorrhizal fungi,AMF)是土壤中常见的一类有益微生物,能促进宿主植物对营养物质的吸收,促进植物生长。本文以菌株S113与丛枝菌根真菌Rhizophagusintraradices为研究材料,选择田间对苄嘧磺隆敏感,又能作为AMF侵染宿主的作物玉米为研究对象。设置添加菌株S113、AMF和苄嘧磺隆的不同处理,研究了不同处理对玉米生长的影响、苄嘧磺隆的降解率以及AMF的侵染率,AMF对菌株S113在玉米根部定殖的影响,最后对玉米根际土壤中的细菌群落结构变化进行了分析,为农药降解菌和植物促生菌联合修复除草剂污染土壤提供更多的理论依据。1.丛枝菌根真菌和菌株S113对苄嘧磺隆污染土壤的修复作用苄嘧磺隆浓度为3 mg.kg-1时,通过灌根添加OD600=1.5的S113菌悬液15 mL,能使玉米生长恢复到CK水平。在添加不同组合S113、AMF和苄嘧磺隆的处理中,仅添加菌株S113对玉米生长没有显著影响,添加AMF对健康的玉米有显著促生长作用。苄嘧磺隆对玉米有药害作用,添加菌株S113可以解除药害。添加AMF于菌株S113解除药害的处理中,能显著促进玉米生长。AMF不能解除苄嘧磺隆的药害,但可以使受药害的玉米长势略好。在苄嘧磺隆污染土壤中,36 d时,残留浓度为1.57 mg·kg-1,添加AMF处理的残留浓度为1.35 mg·kg-1。添加菌株S113的处理苄嘧磺隆降解较快,6d时苄嘧磺隆残留浓度约为0.5mg.kg-1,12d时检测不到残留。36d时,AMF对健康玉米的侵染率达到80-90%,但药害条件下的侵染率只有20-30%,苄嘧磺隆药害显著降低了 AMF的侵染率。2.丛枝菌根真菌和cheA敲除对菌株S113在玉米根际定殖的影响在菌株S113体内电转导入携带有GFP基因的质粒,使其能够发绿色荧光。在激光共聚焦显微镜(CLSM)下,定性观察接种AMF对菌株S113在玉米根表和根际土中定殖的影响,发现无论是否接种AMF,菌株S113都可以定殖在玉米根表,并且随着时间延长,荧光强度下降,第15d时,只能检测到微弱的荧光信号。利用荧光定量PCR,定量测定AMF对菌株S113在玉米根表和根际定殖的影响。结果表明,在灌根接种OD600=1.5的S113菌悬液15 mL时,5 d时在玉米根表的密度可以达到4.5×104 cells·g-1根,在根际土中能达到5.2×108 cells·g-1 土。随着时间的推移,菌株密度逐渐下降。20 d时,接种AMF处理的根际土菌株S113含量多于未接种处理。说明AMF的侵染,可以提高菌株S113在玉米根际土中的数量。组氨酸激酶CheA是细菌运动性和趋化性的重要元件,也是细菌具有定殖能力的重要驱动因素。对菌株S113中基因cheA敲除后,平板实验得知菌株S113对草酸有趋化能力,而ΔcheA-S1 13的趋化能力不明显;毛细管实验发现,ΔcheA-S113的趋化运动能力下降,进入毛细管的菌株ΔcheA-S1 13量仅为5.7×103 CFU·mL-1,而菌株S113的数量为20.8×103 CFU·mL-1。通过qPCR的方法,定量测定菌株S113和菌株ΔcheA-S113在玉米根表和根际土中定殖的数量。发现菌株S113在根际土中的初始密度达到3.8×108 cells·g-1 土,菌株ΔcheA-S113 达到3.6×108 cells·g-1土。20d 时,根际土中菌株S113浓度为1.6×104 cells·g-1 土,但菌株ΔcheA-S1 13浓度过低而检测不到,说明根际中定殖的菌株S113含量多于菌株ΔcheA-S1 13。5 d时,菌株S113在根表密度达到4.9×104 cells·g-1 根,菌株ΔcheA-S1 13 为 2.3×104 cells·g-1 根。15d 时,菌株ΔcheA-S1 13检测不到,而20d时菌株S113仍能达到1.2×104 cells·g-1根,说明菌株ΔcheA-S113在根表定殖的密度低于菌株S113。3.丛枝菌根真菌和菌株S113对苄嘧磺隆污染土壤修复的生态学效应通过高通量测序进一步探究不同组合菌株S113、AMF和苄嘧磺隆的处理,在12、24和36d所取的根际土壤样品中细菌群落结构的动态变化过程。Alpha多样性分析可知,外源添加菌株S113和AMF,有助于增加玉米根际土壤细菌群落的多样性和丰富度。Beta多样性的分析表明,添加菌株S113、AMF、菌株S113+苄嘧磺隆、菌株S113+AMF这四个处理,与CK差异较大,可能是因为外源添加菌株S113和AMF,造成了细菌群落结构的改变。分别以菌株S113、AMF和苄嘧磺隆为单因素变量的分析表明,添加菌株S113、AMF、苄嘧磺隆三个因素后,细菌群落结构在相同处理不同时间之间差异较小,不同处理之间差异较大,且添加以上三个处理后,与0d样品的差异都比较大,说明这三种处理,对群落结构都有影响。门水平物种相对丰度显示,菌株S113对Acidobacteria门相对丰度的增加有促进作用。属水平相对丰度的结果表明,12和24 d时,添加菌株S113的所有处理中,Hansschlegelia属的相对丰度都显著增加,说明菌株S113至少可以在根际土壤存活24 d。添加菌株S113对Nocardioides属存在抑制作用,Pseudoduganella属在有苄嘧磺隆药害的土壤中相对丰度显著增加,可能是此属中含有能以苄嘧磺隆为碳源的菌株,在AMF侵染后期对Sphingomonas属的相对丰度有抑制现象。