毒死蜱乳油对辣椒根围土壤细菌群落结构的影响

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毒死蜱(chlorpyrifos)是一种广谱的中等毒性有机磷杀虫剂,广泛用于农作物害虫以及庭院卫生害虫的防治。随着甲胺磷、氧化乐果等高毒高残留有机磷农药的禁用,毒死蜱作为高毒有机磷农药的高效替代品受到人们的普遍关注。土壤质量是植物健康生长的前提,毒死蜱大量重复施用势必会造成土壤的严重污染。土壤微生物与土壤健康息息相关,土壤微生物多样性更是评估土壤健康的一个重要指标。而目前针对毒死蜱与土壤微生物以及植物的互作研究未见报道。  本试验以辣椒根围细菌群落为主要研究对象,通过传统的平板计数法、基于PCR的限制性片段多样性分析(T-RFLP)、454焦磷酸测序三种方法多角度、多层次分析根围细菌种群。同时,结合室内盆栽试验分析不同浓度毒死蜱乳油对辣椒生长情况的影响,综合评估毒死蜱对辣椒及其根围细菌群落的影响,探索毒死蜱对土壤健康的影响。  室内盆栽试验选取辣椒为研究对象,通过测定辣椒种子萌发率、植株鲜重、干重、株高、根长等生物量,综合评估毒死蜱对辣椒生长的影响。结果表明,毒死蜱无论浓度高低对辣椒种子都具有毒性,会显著降低种子萌发率。高浓度毒死蜱(>15 mg·kg-1)会持续抑制辣椒根部的生长,减少根部须根数量,与之相反,低浓度的毒死蜱(0.5 mg·kg-1,1.0 mg·kg-1,1.5 mg·kg-1)对辣椒生长则具有显著促进作用。  选择具有代表性的辣椒根围土壤,采用末端限制性片段多样性分析(T-RFLP)与平板计数相结合初步评估毒死蜱对根围土壤细菌群落多样性的影响。结果表明,15 mg·kg-1毒死蜱处理组在毒死蜱施入土壤后前30天对土壤细菌群落有短暂影响,随后影响逐渐减小。而150 mg·kg-1的毒死蜱处理组则对土壤细菌群落影响显著,大大降低了土壤细菌丰度。由SIMPER分析获得了T-RFLP数据中对群落丰度贡献较大的TRFs片段,分别为TRF240、TRF239。结合对TRF片段做的初步统计,经过在线比对,这些TRFs片段所代表的主要菌群为Actinobacterium(放线菌属)、Bacillus(芽孢杆菌属)、Pseudomonas(假单胞菌属)、Geobacillus(地芽孢杆菌属)等。  在T-RFLP分析基础上,选择受毒死蜱影响较大的土壤总DNA,利用454焦磷酸测序技术,对辣椒根围土壤细菌群落作进一步分析。本次试验选用Roche454 GS FLX+system高通量测序平台,对同一样品跨越16S rDNA多V区进行微生物检验,共得到每个样品的平均测序数目20310条,过滤后平均优质序列14826条,优化后归属于8399个OTU。通过测序,我们得到了辣椒根围土壤中占优势的细菌种群,主要有Bacillus、Turicibacter、Sporacetigenium、Steroidobacter、Clostridium、Elizabethkingia等。Alpha多样性分析表明,对照组从第0天到第30天变化相对平稳,群落多样性差异不显著,而处理组则存在不同程度的波动,特别是在第30天时,辣椒根围土壤细菌群落的丰富度和多样性差异最大,特别是在毒死蜱含量为1.5 mg·kg-1及150 mg·kg-1时,显著降低了根围菌群群落多样性。经种群分析可知,毒死蜱的施入极为显著的增加了Thermomonospora、Dokdonella、Jiangella的含量,而降低了Halobacillus、Roseburia、Streptococcus、Hydrogenophaga、Nocardiopsis的含量。  研究揭示了毒死蜱-辣椒-根围微生物三者互作的相互关系,焦磷酸测序分析将毒死蜱对根围细菌群落的影响确定到属水平,系统地评价了毒死蜱对辣椒根围细菌群落整体结构的影响,为毒死蜱的科学、合理施用,田间残留的监测以及土壤中毒死蜱的生物修复提供了重要的理论基础和技术支撑。
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