蚯蚓對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到，對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成威脅。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。本實驗選用赤子愛勝蚓(Eisenia fetida)作為實驗生物，通過土壤柱和微宇宙培養(yǎng)實驗探究蚯蚓對土壤中乙草胺降解的作用及機(jī)理。通過測定土壤柱實驗中乙草胺含量的動態(tài)變化研究蚯蚓對乙草胺降解的影響;通過微宇宙實驗確定蚓觸圈基

2、質(zhì)對乙草胺降解能力的差異;通過測定不同時間點(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;通過高通量測序數(shù)據(jù)分析推測蚯蚓降解乙草胺過程中的功能微生物。主要結(jié)果和結(jié)論如下:
　　1.通過考察土壤柱實驗中自然/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，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.通過對土壤柱實驗樣品土壤理化性質(zhì)和生物指標(biāo)的測定發(fā)現(xiàn)，蚯蚓主要通過調(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。乙草胺對土壤過氧化氫酶、

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。蚯蚓對土壤碳循環(huán)有明顯的刺激作用，對氮磷循環(huán)沒有明顯影響。乙草胺對細(xì)菌數(shù)量的抑制作用主要發(fā)生在實驗前期（第3天），對真菌的抑制作用持續(xù)到了整個培養(yǎng)周期結(jié)束（30天），蚯蚓的加入對細(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）和對照土（未經(jīng)蚯蚓處理土壤）降解乙草胺的微宇宙實驗結(jié)果表明，第20天時，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)容物的蚯蚓組織對乙草胺的降解能力最強(qiáng)，第4天就達(dá)到90％以上，這是因為蚯蚓腸道微生物在富營養(yǎng)條件下大量富集的結(jié)果，也說明蚯蚓

6、腸道內(nèi)容物中含有乙草胺的潛在降解菌;但是模擬實際環(huán)境的土壤柱實驗結(jié)果顯示，赤子愛勝蚓短暫的腸道消化過程對土壤中乙草胺降解沒有明顯的促進(jìn)作用。
　　4.通過分析土壤柱實驗和微宇宙實驗樣品的高通量測序結(jié)果推測出一些已知或新型的乙草胺降解功能菌。通過柱實驗樣品的高通量分析，推測出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同時也是微宇宙實驗中所推測出的乙草胺降解細(xì)菌。微宇宙實驗中，Sphingomonas、Pseudomonas_fulva和Methylobacillus在各個基質(zhì)中的豐度基本一致，說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