毒死蜱对棉花根际土微生物群落结构和功能的影响

发布时间：2017-04-13 23:07

  本文关键词：毒死蜱对棉花根际土微生物群落结构和功能的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：毒死蜱(C9H11C13NO3PS)是一种广谱含氯有机磷杀虫剂、杀线虫剂、杀螨剂,用于各种农作物(棉花、水稻等)、草坪和观赏植物等虫害防治。根际土壤微生物群落参与土壤矿质营养转化、控制病原菌消长等,在土壤营养物质循环及维持作物正常生长中起着重要的作用。长期反复使用毒死蜱可能会威胁到根际土壤微生物群落与功能的稳定性、农业的可持续发展及人类的健康。目前针对毒死蜱对棉花根际土壤微生物群落结构、功能及棉花生长的影响方面研究还未见报道。因此,开展毒死蜱使用后对农田土壤微生物群落结构和功能及对棉花生长的研究和评估具有重要的学术价值和实践应用意义。本研究以棉花根际土壤微生物为研究对象,使用光照培养箱进行室内盆栽试验,采用高效液相色谱(HPLC)、末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)、Illumina Miseq平台及Illumina NextSeq 500平台测序等技术,分析1倍、2倍、3倍及4倍推荐剂量(5mg·kg-1)毒死蜱对棉花生长及其根际土微生物群落结构和功能的影响。结果表明,1倍、2倍、3倍及4倍推荐剂量毒死蜱在土壤中的降解半衰期分别为10.04d、11.36d、11.55d和12.16 d；第60 d时土壤中的毒死蜱平均降解率高达97%以上。土壤中施用的毒死蜱浓度越高,其降解半衰期越长。土壤中施用1倍及以上推荐剂量毒死蜱,棉花的生长显著弱于对照组；且毒死蜱浓度越高,对棉花生长的抑制作用越强。末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术分析根际土细菌发现：1倍及以上推荐剂量毒死蜱处理土壤后,前30 d棉花根际土壤细菌群落多样性显著受到抑制,第60d时基本恢复到对照组水平；毒死蜱浓度越高,细菌群落多样性恢复越缓慢。根际土细菌群落结构与对照组存在显著性差异,毒死蜱浓度越高差异越显著。TRFs物种分析发现,毒死蜱处理后部分细菌相对含量显著改变。采用Illumina Miseq平台对根际土细菌16S rRNA测序分析发现：3倍推荐剂量毒死蜱处理土壤后,第30 d时棉花根际土细菌群落多样性显著受到抑制；细菌群落结构和对照组也存在显著差异。棉花根际土优势细菌主要为Proteobacteria、Acidobacteria、 Bacteroidetes、Actinobacteria、Gemmatimonadetes、Chloroflexi等。毒死蜱处理后,具有毒死蜱降解功能的细菌如Streptomyces、Paracoccus、Flavihumibacter、Klebsiella、Bacillus cereus、Pseudomonas stutzeri等相对含量显著上调,而Methylibium、Azoarcus、Nitrospira等细菌相对含量显著下调。采用Illumina NextSeq500平台对根际土微生物总DNA测序分析发现：3倍推荐剂量毒死蜱处理土壤后,第30 d时,棉花根际土中的真菌群落显著受到影响。分析根际土微生物功能基因变化发现,毒死蜱显著影响了参与诺卡霉素A(Nocardicin A)合成的基因、链霉素合成的基因、亚硝酸还原酶(NADH)小亚基的编码基因、氧化亚氮还原酶的编码基因、铁氧还蛋白硝酸还原酶的编码基因、三价铁转运蛋白的编码基因以及氮调控应答调节蛋白的编码基因等的相对含量。毒死蜱的施入显著影响了土壤微生物中参与氮循环、抗生素合成以及铁元素调控等的相关基因的含量。本研究较系统的评价了毒死蜱对棉花根际土微生物群落结构和功能的影响。揭示了土壤中的毒死蜱对棉花根际土微生物群落结构和功能基因具有显著影响,毒死蜱对棉花的生长有直接或(和)间接的抑制作用。为毒死蜱的高效、安全使用提供了重要的信息。同时,毒死蜱对棉花根际土壤微生态环境冲击较大,应对其生态安全性予以重视。
【关键词】：毒死蜱 棉花 根际土微生物 末端限制性片段长度多态性(T-RFLP) 二代测序技术
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S154.3;S482
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 前言12-23
• 1.1 毒死蜱的研究现状12-16
• 1.1.1 毒死蜱的残留及其降解研究现状13-14
• 1.1.2 毒死蜱人类健康和植物的影响14-15
• 1.1.3 毒死蜱对土壤微生物的影响15-16
• 1.2 土壤微生物群落的分子生物学研究方法16-20
• 1.2.1 末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析16-18
• 1.2.2 二代测序技术18-20
• 1.3 研究目的和意义20-21
• 1.4 研究内容与技术路线21-23
• 1.4.1 研究内容21-22
• 1.4.2 技术路线22-23
• 第2章 毒死蜱在土壤中的降解动态及其对棉花生长的影响23-30
• 2.1 材料与方法23-24
• 2.1.1 材料23
• 2.1.2 仪器23
• 2.1.3 试验土壤采集与预处理23-24
• 2.1.4 盆栽试验设计24
• 2.1.5 土壤中毒死蜱残留量检测24
• 2.1.5.1 土壤中毒死蜱的提取24
• 2.1.5.2 检测条件的确定24
• 2.1.6 棉花生物量测量24
• 2.1.7 数据分析24
• 2.2 结果与分析24-27
• 2.2.1 土壤中毒死蜱残留量24-26
• 2.2.2 毒死蜱对植物生长的影响26-27
• 2.3 讨论27-30
• 第3章 T-RFLP技术分析毒死蜱对棉花根际土细菌群落多样性和结构的影响30-40
• 3.1 材料与方法30-32
• 3.1.1 试剂30
• 3.1.2 仪器30
• 3.1.3 根际土取样30-31
• 3.1.4 土壤总DNA提取31
• 3.1.5 DNA纯度检测31
• 3.1.6 细菌16S rRNA PCR扩增31
• 3.1.7 PCR产物电泳检测31-32
• 3.1.8 PCR产物回收32
• 3.1.9 PCR产物酶切32
• 3.1.10 酶切产物T-RFLP检测32
• 3.1.11 数据处理与分析32
• 3.2 结果与分析32-37
• 3.2.1 毒死蜱对细菌群落结构的影响32-34
• 3.2.2 毒死蜱对根际细菌群落多样性的影响34-35
• 3.2.3 TRFs物种分类35-37
• 3.3 讨论37-40
• 第4章 Illumina Miseq测序技术分析棉花根际土细菌群落多样性和结构40-53
• 4.1 材料与方法40-41
• 4.1.1 主要试剂40
• 4.1.2 主要仪器40
• 4.1.3 根际土取样40
• 4.1.4 土壤DNA提取40-41
• 4.1.5 PCR扩增与高通量测序41
• 4.1.6 数据处理与分析41
• 4.2 结果与分析41-49
• 4.2.1 原始数据处理41-42
• 4.2.2 稀释曲线42-43
• 4.2.3 毒死蜱对根际细菌群落多样性的影响43
• 4.2.4 毒死蜱对细菌群落结构的影响43-44
• 4.2.5 毒死蜱对根际细菌物种种类组成的影响44-49
• 4.2.6 群落功能基因预测49
• 4.3 讨论49-53
• 第5章 denovo测序分析棉花根际土微生物群落结构和功能53-62
• 5.1 试验材料与方法53-54
• 5.1.1 试验试剂与仪器53
• 5.1.2 根际土取样53
• 5.1.3 土壤DNA提取53
• 5.1.4 denovo测序53-54
• 5.2 结果与分析54-59
• 5.2.1 数据过滤及质量评估54
• 5.2.2 微生物群落结构多样性54-56
• 5.2.3 KEGG数据库56-57
• 5.2.4 毒死蜱对根际微生物参与代谢基因的影响57-58
• 5.2.5 毒死蜱对根际微生物参与环境信息处理基因的影响58-59
• 5.3 讨论59-62
• 第6章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-72
• 致谢72-73
• 在读期间发表论文情况73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨益军;;2015年毒死蜱行情预测分析[J];中国农药;2015年05期

2 马栋山;熊薇;张琼琼;郭羿宏;赵文吉;郭逍宇;;基于T-RFLP和因子分析的香蒲根际细菌群落研究[J];中国环境科学;2014年10期

3 张清海;廖朝选;闫轶亚;林绍霞;杨鸿波;谭红;;毒死蜱对不同蔬菜种子生长的毒性研究[J];贵州科学;2013年06期

4 韩美哲;王小显;刘常宏;薛雅蓉;卜元卿;张明;;苏云金芽孢杆菌菌剂对棉花根际土壤细菌数量及多样性的影响[J];中国生态农业学报;2013年10期

5 贺纪正;张丽梅;;土壤氮素转化的关键微生物过程及机制[J];微生物学通报;2013年01期

6 孙宝利;陕红;袁志华;;毒死蜱及其主要代谢物3,5,6-TCP在土壤中的降解特征及影响因素[J];农业环境与发展;2012年06期

7 牟文婷;张涛;孙建;曾军;徐赢华;吴尊凤;胡雯;娄恺;;新疆特殊生境岩石内生细菌末端限制性片段长度多态性技术分析[J];微生物学报;2012年03期

8 尹丹韩;高观朋;夏飞;王伟;;生防菌哈茨木霉T4对黄瓜根围土壤细菌群落的影响[J];中国农业科学;2012年02期

9 ;Degradation of chlorpyrifos in laboratory soil and its impact on soil microbial functional diversity[J];Journal of Environmental Sciences;2009年03期

10 张清智;陈振德;王文娇;刘红玉;;毒死蜱胁迫对小白菜抗氧化酶活性和相关生理指标的影响[J];生态学报;2008年09期

  本文关键词：毒死蜱对棉花根际土微生物群落结构和功能的影响，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：304667