微生物群落構(gòu)建和演替對石油污染物的響應(yīng)研究.pdf

1、土壤生態(tài)系統(tǒng)是土壤中多種生物與環(huán)境通過物質(zhì)、能量和信息交換，相互作用所構(gòu)成的一個整體。土壤微生物是土壤中最活躍的組成部分，直接參與土壤的生物化學(xué)過程及生態(tài)功能發(fā)揮。然而石油污染土壤中微生物群落構(gòu)建以及響應(yīng)于石油污染物的微生物群落演替規(guī)律仍不清楚。本文針對陜西五個煉油廠附近石油污染土壤（相距46-360千米），研究長期石油污染土壤微生物的生物地理分布模式和生物多樣性，探索豐富和稀有微生物的群落構(gòu)建和生態(tài)地位;并對采自成陽和靖邊兩個地區(qū)污染

2、土壤樣本進(jìn)行10個批次共100天的連續(xù)富集培養(yǎng)，通過添加不同污染物，包括:菲;正十八烷;菲+正十八烷;菲+正十八烷+氯化鎘，探索有機(jī)污染物連續(xù)污染和降解過程中的微生物群落的演替機(jī)制。微生物群落的分析是采用16S rRNA基因V4-V5區(qū)的MiSeq高通量測序。分析結(jié)果如下:
　　(1)通過對石油污染土壤微生物群落構(gòu)建的解析，發(fā)現(xiàn)pH、總石油烴、總氮、鎘含量能顯著影響微生物群落結(jié)構(gòu)，微生物α-多樣性與pH呈正相關(guān)關(guān)系而與總石油烴含量

3、呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。微生物群落相似度隨著地理距離的增加不斷減少，表現(xiàn)出顯著的距離-衰減關(guān)系，說明微生物群落構(gòu)建受空間距離和環(huán)境因子的共同驅(qū)動。通過方差分解分析，發(fā)現(xiàn)空間距離單獨(dú)解釋的微生物群落差異比環(huán)境變量大。通過共發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分析，確定了五個關(guān)鍵類群(Keystone)包括Rubrivivax、Nitrospira、Methylotenera、Methyloversatilis和Acidaminobacter，微生物共發(fā)生模式是非隨機(jī)的且受微生

4、物功能驅(qū)動。
　　(2)石油污染土壤中，稀有和豐富微生物有不同的分布模式，稀有微生物是特殊的、瞬時存在的，而豐富微生物是普遍的、持續(xù)存在的。通過功能預(yù)測，發(fā)現(xiàn)豐富微生物在一些主要代謝功能表現(xiàn)更高的活性，而稀有微生物包含更多的代謝功能多樣性。同時，豐富和稀有微生物群落都表現(xiàn)出顯著的距離-衰減模式，但它們受不同的因子驅(qū)動;豐富微生物主要受土壤因子驅(qū)動，而稀有微生物主要受地理因子驅(qū)動。通過共發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分析，比較子網(wǎng)絡(luò)水平和節(jié)點(diǎn)水平上的拓?fù)?/p>

5、特性差異，發(fā)現(xiàn)豐富微生物處在核心的生態(tài)地位，而稀有微生物則沒有。
　　(3)不同污染物或組合能顯著改變富集菌群微生物群落的演替方向，且菌群微生物豐富度，多樣性和均勻度隨著演替的進(jìn)行不斷降低。這些富集降解菌群主要由一些已知有降解石油烴功能的微生物組成，包括Acinetobacter、Gordonia、Sphingobium、Sphingopyxis和Castellaniella。而有一些新發(fā)現(xiàn)的微生物如Niabella和Naxiba

6、cter可能也參與石油烴的降解過程。不同降解菌群的共發(fā)生網(wǎng)絡(luò)的差異，表明污染物能影響微生物之間的相互作用。
　　(4)通過maSigPro分析，發(fā)現(xiàn)在降解菌群富集過程中，不同污染物處理菌群有相同的動態(tài)變化模式，即持續(xù)增多（induction），持續(xù)減少（repression）和起伏變化(fluctuation)，而前兩類是主要的動態(tài)變化模式。降解菌群中，物種-時間關(guān)系(STRs)和時間-衰減關(guān)系(TDRs)的指數(shù)比其他環(huán)境高如水，