土壤微生物是土壤生态系统的主要生物类群,担负着分解动植物残体,维持土壤养分运转、有机质分解、污染物净化等重要使命。研究土壤微生物对于维持土壤生态系统平衡,保护我们赖以生存的土壤环境意义重大。 目前人们对土壤微生物的研究大多集中在土壤性质(如土壤类型、环境条件、肥力、污染物质)对微生物的影响,而针对土壤环境质量(包括肥力和环境污染)与微生态环境关系的综合研究相对较少。前人对土壤微生物的研究方法大多以传统微生物培养为基础,而传统的分离、富集、培养往往会导致微生物大量丢失、种群结构变化,极大程度地限制了对土壤微生物群落结构的研究。现代分子生物学方法是当前土壤微生物群落研究方法发展的新成果,它无需培养,直接对土壤微生物DNA进行分析,弥补了传统方法的不足。 变性梯度凝胶电泳(DGGE)已成为研究环境微生物群落的重要分子手段。本文运用PCR-DGGE方法研究肥料、重金属以及石油污染与土壤微生物数量、多样性以及特征酶活性的关系,为及时、准确的监测和诊断土壤环境污染状况提供技术支持,并为进一步利用土壤微生物群落结构多样性评价土壤环境质量夯实基础。实验结果表明： 1.施肥会打乱农业土壤微生态平衡,降低微生物数量和多样性。施用化肥(尿素)40d后,土壤微生物数量由3.7μgDNA/g土降至1.86μgDNA/g土,Shannon指数由3.47降至2.92。而施用腐殖酸复合肥对原有农业土壤微生态系统影响较小,微生物数量降至2.54μgDNA/g土,Shannon指数降至3.11。但施用化肥和腐殖酸复合肥均能明显提高土壤脲酶活性,即显著提高土壤肥力,其中施用腐殖酸复合肥脲酶活性更稳定,即更有利于保持土壤稳定的肥力质量。 2.以Cd为主的重金属Cd、Hg、Ni复合污染抑制土壤微生物活性,导致土壤微生物数量、多样性以及脲酶活降低。加入腐殖酸有机肥(诺沃肥和腐殖酸)和复合菌制剂(枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和荧光假单胞菌)对重金属污染有良好修复效果：30d后微生物数量由1.7μgDNA/g土升高至4.05μgDNA/g土,Shannon指数由1.96升至2.79,脲酶活性升高,重金属Cd生物有效量显著降低。 3.石油污染会导致土壤微生物数量、多样性以及脱氢酶活性下降。加入驯化60d的麦饭石净化剂(枯草芽孢杆菌、荧光假单胞菌、热带假丝酵母和白腐真菌等)培养30d后,石油烃降解速率和土壤微生物活性提高,除油率由5.25％增至38.57％,微生物数量由7.12μgDNA/g土增加至9.29μgDNA/g土,Shannon指数由2.14升至2.21,脱氢酶活性也明显升高。 4.土壤微生物数量和群落结构多样性与土壤肥力及污染状况密切相关。土壤肥力越稳定,微生物越丰富,多样性越高。土壤污染越严重,微生物越少,多样性越低。因此,研究土壤微生物群落结构多样性能有效反映土壤肥力和污染状况,为进一步评价土壤环境质量提供生物学指标。 5.PCR-DGGE方法能从分子水平快速、灵敏的指示不同土壤的微生物群落结构的细微差异。PCR-DGGE法只需使用0.25g土样和1～2天时间就能完成对一个土样微生物群落的分子生态分析。研究重金属污染土壤时,加入复合菌制剂的量仅相差1mL,DGGE谱图也能显示出菌群结构的差异。 6.运用PCR-DGGE法快速检测土壤污染修复过程中土壤微生物群落变化,能为及时、准确掌握污染修复效果提供可靠技术支持。同时,如果进一步对DGGE条带测序分析,还可以揭示降解污染物的微生物菌属的遗传密码,鉴别其菌种,探明降解功能基因,这对于彻底解决土壤环境污染问题意义重大。