三种抗生素和铜单一及复合污染对土壤酶和微生物群落功能多样性的影响

发布时间：2017-09-04 05:08

  本文关键词：三种抗生素和铜单一及复合污染对土壤酶和微生物群落功能多样性的影响

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【摘要】：近年来,我国集约化畜牧养殖业迅猛发展,含兽药抗生素和重金属的禽畜粪便年用量不断增加,这些抗生素和重金属随畜禽粪便以有机肥的形式进入土壤环境后,造成兽药抗生素和重金属的复合污染,对土壤生态和人类健康造成危害。为评价抗生素和重金属复合污染对土壤生态环境的潜在影响,本研究在室内模拟的条件下,以土霉素(oxytetracycline,OTC)、恩诺沙星(enrofloxacin,ENR)、磺胺二甲嘧啶(sulfadimidine,SM2)和Cu为目标化合物,其中抗生素浓度为0,0.05,0.20,0.80mmol/kg,Cu的浓度0、1.60 mmol/kg,运用分光光度法、Biolog-ECO微平板技术等,分析了三种抗生素和Cu单一及复合处理7d,14d,21d,28d后,对土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性及微生物群落功能多样性的影响,研究结果如下:1、三种抗生素和Cu单一及复合污染对土壤酶活性的影响:(1)单一污染下,该试验浓度下的重金属Cu(1.60 mmol/kg)对于四种土壤酶活性(蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶)主要表现为抑制作用,但对不同类型的酶活性的抑制作用不同,其抑制作用强度为脲酶蔗糖酶酸性磷酸酶过氧化氢酶。OTC单一处理下,抑制蔗糖酶活性,而且随浓度升高抑制作用越强;对脲酶的活性,与对照比,在高浓度处理下(0.80mmol/kg)表现出显著的抑制作用;对磷酸酶也在高浓度处理下表现为抑制作用;各处理组对过氧化氢酶活性的影响与对照比差异不大。低浓度ENR处理时对蔗糖酶活性表现为“激活-抑制-激活”的趋势,高浓度表现为显著抑制作用;各处理组对酸性磷酸酶活性在前期表现为激活作用,随培养时间的延长,激活作用减弱,最后与对照无显著差异;对脲酶的活性的影响,与对照比较,低浓度表现出前期抑制,后期轻微激活,高浓度下与对照差异不大;对过氧化氢酶活性,各处理组表现出轻微的激活作用。SM2单一污染,对蔗糖酶活性表现出显著的抑制作用;低浓度SM2对酸性磷酸酶活性表现出先激活后抑制,高浓度则一直处于显著抑制状态;高浓度处理对脲酶活性表现为显著抑制作用;对过氧化氢酶,低浓度下(0.05,0.20mmol/kg),在第7d和21d表现为显著促进作用,高浓度下影响不大。(2)复合污染下,OTC与Cu复合污染对蔗糖酶活性显著抑制,且OTC浓度越高,抑制作用越强;对酸性磷酸酶主要表现出显著的抑制作用;对脲酶与对照比明显抑制酶活性;对过氧化氢酶低浓度下(0.05,0.20mmol/kg)和Cu复合表现出前期显著促进作用,后期与对照无显著差异,高浓度复合组与对照在整个培养周期都与对照无明显差异。ENR与Cu复合污染下,与对照比较,蔗糖酶、酸性磷酸酶、脲酶活性均被显著抑制,对过氧化氢酶活性整体上影响不大。SM2与Cu复合污染,蔗糖酶、酸性磷酸酶、脲酶活性均被显著抑制,对过氧化氢酶先促进后抑制。对于复合污染的相互交互作用类型,从整个试验周期来看,OTC与Cu复合处理在整个处理过程主要为拮抗作用,ENR与Cu的复合处理在第7d和28d以协同作用为主,第14和21d以拮抗作用为主,而SM2与Cu受浓度和处理时间的影响表现出更为复杂拮抗和协同交替的交互类型,高浓度(0.80mmol/kg)SM2和1.60 mmol/kg Cu复合处理组在处理前期表现拮抗作用,后期表现为协同为主。2、三种抗生素和铜单一及复合污染对土壤微生物群落功能多样性的影响(1)单一污染下,浓度为1.60 mmol/kg的重金属Cu显著降低AWCD值,微生物整体活性受到抑制,对Shannon指数无明显著影响,对Simpson指数则表现出显著的抑制作用。OTC、ENR各单一处理组降低了AWCD值,对Shannon、Simpson指数表现出一定的抑制作用,说明微生物丰度和均匀度降低。SM2对AWCD值影响不大,SM2单一处理下的Shannon指数则与对照差异不大,对Simpson指数主要表现为抑制。从整体上来看,三种抗生素对微生物整体活性的抑制作用大小为OTCENRSM2,这也验证了三种抗生素和Cu处理下的功能多样性指数的变化规律。(2)复合污染下,ENR与Cu复合处理,除高浓度ENR(0.8 mmol/kg)和Cu复合组对AWCD值表现为促进外,其他各处理以降低为主,对Shannon指数无明显的影响,与对照之间差异不大,对Simpson指数在第14d表现出一定的促进作用,21d低浓度表现出抑制作用,高浓度复合表现轻微的激活。OTC与Cu复合处理组下的AWCD值主要表现为明显的降低,Shannon指数低于对照,处于被抑制的状态,Simpson指数与对照相比也被显著抑制。对SM2和Cu的处理组,对AWCD值影响不大,对Shannon指数与对照比无显著性差异,对Simpson指数在第14d表现出明显的抑制作用,21d后则与对照无显著差异。3、从三种抗生素和Cu单一及复合污染对土壤酶活性影响的毒性差异分析可知,抗生素的类型、浓度、染毒时间、酶的类别及污染物之间的交互作用都会影响其对土壤酶的毒性,复合污染的毒性效应不是单一作用毒性的简单相加,而是与抗生素类型及处理的时间有明显的关系,并且由于以上因素的不同会产生拮抗作用和协同作用。
【关键词】：土霉素 恩诺沙星 磺胺二甲嘧啶 铜 土壤酶 Biolog-ECO
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53
【目录】：

• 中文摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 1 引言13-26
• 1.1 土壤复合污染13-16
• 1.1.1 复合污染的概念与分类13
• 1.1.2 关于污染物间复合污染的联合作用13-14
• 1.1.3 土壤重金属-有机物复合污染存在的交互作用14-16
• 1.2 三种抗生素和重金属的理化性质及作用机理16-18
• 1.2.1 三种抗生素理化性质及作用机理16-17
• 1.2.2 土壤中常见重金属的理化性质及形态17-18
• 1.3 抗生素和重金属在土壤环境中残留及生态毒性效应18-21
• 1.3.1 抗生素的应用及在土壤环境中的残留及生态毒性效应18-19
• 1.3.2 土壤中重金属残留及生态毒性效应19
• 1.3.3 土壤中抗生素和重金属的复合污染及生态毒性效应19-21
• 1.4 土壤微生物的组成及作用21-22
• 1.4.1 土壤微生物的组成21
• 1.4.2 土壤微生物的作用21-22
• 1.5 常用的微生物生态学研究方法22-24
• 1.5.1 平板菌落计数法22
• 1.5.2 分光光度法测定土壤酶活性22-23
• 1.5.3 Biolog微孔板法23
• 1.5.4 磷脂脂肪酸技术23
• 1.5.5 末端限制性片段长度多态性23-24
• 1.5.6 荧光定量PCR方法24
• 1.6 本文研究内容及技术路线24-26
• 2 材料与方法26-33
• 2.1 实验所用药品试剂26
• 2.2 实验所用仪器设备26-27
• 2.3 供试材料27-28
• 2.3.1 土壤采集及理化性质的测定27
• 2.3.2 主要试剂的配制27-28
• 2.4 试验方法28-32
• 2.4.1 土壤染毒28-29
• 2.4.2 土壤酶活性的测定29-31
• 2.4.3 Biolog-ECO微平板实验31-32
• 2.5 数据统计与分析32-33
• 3 结果与分析33-69
• 3.1 OTC和CU单一及复合污染对土壤酶活性的影响及复合污染对土壤酶的交互作用类型33-38
• 3.1.1 OTC和Cu单一及复合污染对土壤脲酶活性的影响33-34
• 3.1.2 OTC和Cu单一及复合污染对土壤磷酸酶活性的影响34-36
• 3.1.3 OTC和Cu单一及复合污染对土壤蔗糖酶活性的影响36-37
• 3.1.4 OTC和Cu单一及复合污染对土壤过氧化氢酶活性的影响37-38
• 3.2 ENR和CU单一及复合污染对土壤酶活性的影响38-44
• 3.2.1 ENR和Cu单一及复合污染对土壤脲酶活性的影响38-39
• 3.2.2 ENR和Cu单一及复合污染对土壤磷酸酶活性的影响39-41
• 3.2.3 ENR和Cu单一及复合污染对土壤蔗糖酶活性的影响41-42
• 3.2.4 ENR和Cu单一及复合污染对土壤过氧化氢酶活性的影响42-44
• 3.3 SM2和CU单一及复合污染对土壤酶活性的影响44-48
• 3.3.1 SM2和Cu单一及复合污染对土壤脲酶活性的影响44-45
• 3.3.2 SM2和Cu单一及复合污染对土壤磷酸酶活性的影响45-46
• 3.3.3 SM2和Cu单一及复合污染对土壤蔗糖酶活性的影响46-47
• 3.3.4 SM2和Cu单一及复合污染对土壤过氧化氢酶活性的影响47-48
• 3.4 三种抗生素和CU在土壤中对土壤酶的交互作用类型48-54
• 3.4.1 OTC和Cu对土酶的交互作用类型49-51
• 3.4.2 ENR和Cu对土酶的交互作用类型51-53
• 3.4.3 SM2和Cu对土酶的交互作用类型53-54
• 3.5 三种抗生素和CU对土壤酶毒性差异分析54-57
• 3.5.1 对脲酶的毒性差异54
• 3.5.2 对酸性磷酸酶的毒性差异54-55
• 3.5.3 对蔗糖酶的毒性差异55
• 3.5.4 对过氧化氢酶的毒性差异55-57
• 3.6 三种抗生素和CU单一及复合污染对土壤微生物群落功能多样性的影响57-67
• 3.6.1 三种抗生素和Cu单一及复合污染作用下土壤微生物整体活性变化57-62
• 3.6.2 三种抗生素和Cu单一及复合污染对土壤微生物多样性指数的影响62-67
• 3.7 三种抗生素和CU对土壤微生物功能多样性毒性差异分析67-69
• 3.7.1 对微生物整体活性的影响67-68
• 3.7.2 对微生物多样性指数的影响68-69
• 4 讨论69-71
• 4.1 三种抗生素和CU对细土壤酶活性的影响研究69-70
• 4.2 三种抗生素和CU对微生物功能多样性影响研究70-71
• 5 结论71-73
• 6 创新之处与不足73-74
• 参考文献74-81
• 致谢81

【参考文献】

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1 闫雷;毕世欣;赵启慧;王U，

本文编号：789503