蚯蚓對(duì)土壤中乙草胺降解的作用及機(jī)理研究.pdf

1、乙草胺是一種在全球范圍內(nèi)廣泛使用的氯代酰胺類(lèi)除草劑，因其大量使用和滲透性強(qiáng)的特點(diǎn)在許多天然水體和土壤中都能檢測(cè)到，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康造成威脅。蚯蚓被譽(yù)為“土壤生態(tài)系統(tǒng)工程師”，具有強(qiáng)化降解土壤中有機(jī)污染物的潛能。本實(shí)驗(yàn)選用赤子愛(ài)勝蚓(Eisenia fetida)作為實(shí)驗(yàn)生物，通過(guò)土壤柱和微宇宙培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究蚯蚓對(duì)土壤中乙草胺降解的作用及機(jī)理。通過(guò)測(cè)定土壤柱實(shí)驗(yàn)中乙草胺含量的動(dòng)態(tài)變化研究蚯蚓對(duì)乙草胺降解的影響;通過(guò)微宇宙實(shí)驗(yàn)確定蚓觸圈基

2、質(zhì)對(duì)乙草胺降解能力的差異;通過(guò)測(cè)定不同時(shí)間點(diǎn)土壤理化性質(zhì)和微生物指標(biāo)分析蚯蚓刺激乙革胺降解的化學(xué)和生物學(xué)機(jī)理;通過(guò)高通量測(cè)序數(shù)據(jù)分析推測(cè)蚯蚓降解乙草胺過(guò)程中的功能微生物。主要結(jié)果和結(jié)論如下:
　　1.通過(guò)考察土壤柱實(shí)驗(yàn)中自然/滅菌土壤、添加/不添加蚯蚓處理組乙草胺的降解效果可以得出，土著微生物和蚯蚓都對(duì)土壤中乙草胺的降解發(fā)揮著重要作用。自然土壤中乙草胺降解率顯著高于滅菌組土壤(p＜0.05)，蚯蚓的加入能夠使自然和滅菌土壤中乙草胺

3、的降解率分別提高9％和51％。蚓糞是乙草胺降解的熱點(diǎn)區(qū)域，蚓糞中乙草胺的降解率要高于相應(yīng)土壤，在培養(yǎng)第14天時(shí)，自然/滅菌組蚓糞中乙草胺的濃度分別比相應(yīng)土壤要低47％和27％。
　　2.通過(guò)對(duì)土壤柱實(shí)驗(yàn)樣品土壤理化性質(zhì)和生物指標(biāo)的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，蚯蚓主要通過(guò)調(diào)節(jié)土壤pH、提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和微生物活性的方式促進(jìn)乙草胺降解。蚓糞具有更接近中性的pH、較豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和較高的微生物活性，為乙草胺提供了適宜的降解環(huán)境。乙草胺對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶、

4、脫氫酶、蔗糖酶的活性具有明顯的抑制作用，蚯蚓的加入能夠緩解乙草胺造成的微生物毒性，使得這三種酶的活性提高恢復(fù)至未污染水平。蚯蚓對(duì)土壤碳循環(huán)有明顯的刺激作用，對(duì)氮磷循環(huán)沒(méi)有明顯影響。乙草胺對(duì)細(xì)菌數(shù)量的抑制作用主要發(fā)生在實(shí)驗(yàn)前期（第3天），對(duì)真菌的抑制作用持續(xù)到了整個(gè)培養(yǎng)周期結(jié)束（30天），蚯蚓的加入對(duì)細(xì)菌和真菌數(shù)量的恢復(fù)都有一定的促進(jìn)作用，進(jìn)一步證明蚯蚓對(duì)乙草胺造成的生態(tài)毒害有明顯的緩解和修復(fù)作用。
　　3.不同蚓觸圈基質(zhì)（蚓糞、穴

5、壁土、腸道內(nèi)容物（蚯蚓組織代替））、空白土（蚯蚓處理組中非穴壁土部分）和對(duì)照土（未經(jīng)蚯蚓處理土壤）降解乙草胺的微宇宙實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，第20天時(shí)，蚓糞、穴壁土和空白土處理組中乙草胺的降解率分別74.7％、70.3％和68.7％，均高于對(duì)照土61.4％，蚓糞在厭氧環(huán)境中顯示了更快的乙草胺降解速率(83.4％)。包含腸道內(nèi)容物的蚯蚓組織對(duì)乙草胺的降解能力最強(qiáng)，第4天就達(dá)到90％以上，這是因?yàn)轵球灸c道微生物在富營(yíng)養(yǎng)條件下大量富集的結(jié)果，也說(shuō)明蚯蚓

6、腸道內(nèi)容物中含有乙草胺的潛在降解菌;但是模擬實(shí)際環(huán)境的土壤柱實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，赤子愛(ài)勝蚓短暫的腸道消化過(guò)程對(duì)土壤中乙草胺降解沒(méi)有明顯的促進(jìn)作用。
　　4.通過(guò)分析土壤柱實(shí)驗(yàn)和微宇宙實(shí)驗(yàn)樣品的高通量測(cè)序結(jié)果推測(cè)出一些已知或新型的乙草胺降解功能菌。通過(guò)柱實(shí)驗(yàn)樣品的高通量分析，推測(cè)出15種可能的乙草胺降解細(xì)菌和15種可能的乙草胺降解真菌，蚯蚓對(duì)其中8種細(xì)菌和10種真菌有促進(jìn)作用。這些降解菌中Sphingomonas、Pseudomonas_

7、fulva、Methylobacillus、Candidatus_Chlorothrix、Rhodococcus_ruber和Rhodococcus_jostu同時(shí)也是微宇宙實(shí)驗(yàn)中所推測(cè)出的乙草胺降解細(xì)菌。微宇宙實(shí)驗(yàn)中，Sphingomonas、Pseudomonas_fulva和Methylobacillus在各個(gè)基質(zhì)中的豐度基本一致，說(shuō)明它們可能是土壤中的乙草胺土著降解菌;Candidatus_Chlorothrix僅出現(xiàn)在蚓糞樣品