降解菌、大豆和咪唑乙烟酸对土壤微生物多样性的影响

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咪唑乙烟酸是一种广谱高效的除草剂,广泛应用于大豆田中,但咪唑乙烟酸在土壤中残留时间较长,易对后茬作物造成危害,目前微生物降解是去除其残留物主要治理方法之一。本文通过盆栽试验,对筛选出的咪唑乙烟酸的高效降解菌的降解效能进行了评价,将微生物平板培养法与高通量测序技术相结合分析了土壤微生物的多样性,探讨了土壤微生物多样性与降解菌、大豆、咪唑乙烟酸之间的相互关系。主要研究结果如下:对筛选获得的高效降解菌株P2、D1进行了鉴定,确定P2为粪产碱菌(Alcaligenes faecalis),D1为粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)。分别控制咪唑乙烟酸浓度、pH、温度为单一变量,设置梯度试验,得出粪产碱菌的最适降解条件是:咪唑乙烟酸浓度为100mg/kg,温度是30℃,pH=7。粘质沙雷氏菌的最适降解条件是:咪唑乙烟酸浓度为 100mg/kg,温度是 25℃,pH=8。采用平板稀释法分离试验土壤微生物,对土壤微生物数量和种类进行分析;采用高效液相色谱法检测土壤中咪唑乙烟酸含量,对土壤中的咪唑乙烟酸残留进行分析。结果表明:在短密木霉(Trichoderma brevicompalctum)作为降解菌的盆栽试验中,加入短密木霉后,短密木霉对其他真菌以及细菌均具有抑制作用,与对照组相比,土壤真菌数量、种类差异显著,细菌的种类差异不显著。单独种植大豆后,土壤真菌的数量、种类变化不显著,对细菌的数量有促进作用,种类变化不显著。咪唑乙烟酸浓度对土壤微生物数量、种类有显著的影响。短密木霉、大豆、咪唑乙烟酸三者互作试验组与对照组差异显著。土壤中的咪唑乙烟酸残留量随着处理时间的增加会逐渐的减少,10~20 d降解效率最高。短密木霉、大豆和咪唑乙烟酸都会影响咪唑乙烟酸的降解。基于高通量测序技术分析第30天处理土样与对照组(原始土样)的微生物多样性。结果证明短密木霉、大豆、咪唑乙烟酸及三者互作均对土壤微生物多样性有显著的影响,大豆对土壤微生物的影响较小于其他处理组。短密木霉、大豆、咪唑乙烟酸三者互作后,真菌门水平上,子囊菌门(Ascomycota)显著减少,细菌门水平上,放线菌门(Actinobacteria)显著减少,变形菌门(Proteobacteria)显著增加。在粪产碱菌、粘质沙雷氏菌分别作为降解菌的盆栽试验中,粪产碱菌和粘质沙雷氏菌对真菌多样性的影响不显著,对细菌多样性的影响显著,都能在土壤中大量的增殖并抑制其他细菌的生长。大豆对土壤微生物有促进的趋势,真菌与细菌的数量略高于对照组,种类没有太大的变化。咪唑乙烟酸对微生物的影响差异显著,咪唑乙烟酸浓度越高,真菌与细菌的数量越少,20 d后真菌的数量逐渐恢复到对照组水平,真菌与细菌的种类基本不受影响。两株高效降解细菌分别与大豆、咪唑乙烟酸三者互作试验组与对照组差异显著。基于高通量测序技术分析第20天处理土样,对比试验前后的土壤微生物多样性,结果表明粪产碱菌、粘质沙雷氏菌、大豆、咪唑乙烟酸对土壤微生物多样性均有显著的影响,粪产碱菌、大豆、咪唑乙烟酸三者互作及粘质沙雷氏菌、大豆、咪唑乙烟酸三者互作均对土壤微生物多样性有显著影响。在真菌门水平上,大豆、咪唑乙烟酸、粪产碱菌(粘质沙雷氏菌)及三者互作均能使子囊菌门的丰度减少,加入粪产碱菌后,接合菌门(Zygomycota)显著增加,细菌门水平上,粪产碱菌、大豆、咪唑乙烟酸三者互作后,拟杆菌门(Bacteroidetes)显著增加,粘质沙雷氏菌、大豆、咪唑乙烟酸三者互作后,放线菌门和硬壁菌门(Firmicutes)显著减少。本研究为咪唑乙烟酸微生物降解的可行性提供了理论和技术支撑,通过传统平板培养法与高通量测序技术相结合对土壤微生物多样性进行探究,对于深入理解修复对土壤微生物的影响作用机制具有重要的理论意义。
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