纳米磁性氧化铁对玉米根际土壤真菌群落结构和功能的影响
发布时间：2022-01-02 03:43
纳米产品的广泛应用导致纳米材料不可避免地进入农田土壤,对农田生态系统产生潜在影响.本研究以纳米磁性氧化铁（Fe3O4）为研究对象,以玉米（Zea mays L.）为供试植物,采用盆栽试验方法,模拟不同纳米Fe3O4水平（0.1、1.0、10.0 mg/kg）的土壤,并以相同水平的微米Fe3O4为纳米效应的对照,利用Illumina高通量测序技术对土壤真菌群落结构进行分析,并结合FUNGuild解析土壤真菌功能对纳米Fe3O4的响应.通过比较不同Fe3O4处理的土壤真菌多样性和群落结构发现,微米Fe3O4和纳米Fe3O4对土壤真菌多样性的影响较小,但10.0 mg/kg施加水平的纳米Fe3O4显著（P <0.05）改变了土壤真菌群落结构...
【文章来源】：应用与环境生物学报. 2020,26(02)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
10.0 mg/kg纳米Fe3O4和微米Fe3O4对土壤真菌属水平不同类群的影响（95%的置信区间）.
PD和Chao1指数分别表示真菌系统发育多样性和菌种丰富度.从表2可看出，与对照相比，微米Fe3O4和纳米Fe3O4施加水平均未对土壤真菌群落多样性指数产生明显影响.图2 10.0 mg/kg纳米Fe3O4和微米Fe3O4对土壤真菌属水平不同类群的影响（95%的置信区间）.
目前研究发现，土壤真菌多样性不仅与植物品种和年龄有关[38-39]，还受土壤水分和养分等因素的影响[40-41].本研究对土壤真菌系统发育多样性和菌种丰富度等多样性指数的分析发现，不同Fe3O4处理均未显著改变土壤真菌多样性（表2）.这与其他研究结果类似.例如，Shah等也发现纳米Fe未显著改变微生物多样性[42].我们的前期研究也发现土壤真菌多样性受纳米银的影响较小[43].这可能是由于土壤真菌对纳米Fe3O4具有一定抗性并且植物品种对土壤真菌多样性具有一定主导作用[44-45].通过分析土壤真菌群落结构，发现微米Fe3O4和纳米Fe3O4处理下土壤真菌的群落结构不同，高纳米Fe3O4施加水平（10.0 mg/kg）使土壤真菌群落结构发生显著分异，而3个微米Fe3O4施加水平对土壤真菌群落结构的影响较小（图1b，表1），这表明土壤真菌群落结构的变化与Fe3O4颗粒粒径有关.徐江兵等也发现Fe3O4对土壤细菌群落结构的影响与其粒径有关[8].He等的研究指出纳米Fe3O4显著改变了土壤微生物活性而微米Fe3O4的影响较小[26].该现象可能是由于纳米Fe3O4的特殊理化性质.据报道，纳米Fe3O4因其纳米粒径，具有较高的比表面积和较强的比表面活性，在相同施加水平下，添加纳米Fe3O4的土壤中溶解性Fe含量较微米Fe3O4土壤高[26,46].纳米Fe3O4可释放Fe2+和Fe0,Fe2+和Fe0的氧化可产生活性氧，导致氧化胁迫，进而对微生物产生负面影响[10,47].如，Chatterjee等研究发现纳米Fe3O4显著抑制了大肠杆菌的生长[14].本研究发现高纳米Fe3O4施加水平显著降低了土壤篮状菌属Talarmyces、镰刀菌属Fusarium、隐球菌Cryptococcus和被孢霉属Mortierella等真菌的相对丰度，但增加了一些分类地位未定的真菌类群，这可能是不同真菌类群对纳米Fe3O4的敏感性和利用的底物不同[17].已有研究发现不同细菌对纳米材料的敏感性不同，如纳米Fe3O4可显著促进蓝细菌的生长，而鞘脂杆菌的繁殖则易被纳米材料抑制[42,48].就真菌功能而言，高纳米Fe3O4施加水平降低了腐生营养型真菌的相对丰度，而共生营养型真菌丰度显著增加（图2、3）.众所周知，共生营养型真菌具有帮助植物抵抗重金属胁迫和促进植物养分特别是磷P吸收的功能[49-50].已有研究发现，一定浓度的纳米Fe3O4可对植物产生氧化胁迫，抑制植物生长[11]，并可降低土壤速效P含量[13].本实验针对玉米植株的研究发现，高纳米Fe3O4施加水平显著降低了玉米植株地上部和地下部生物量[51].当植物生长受到纳米Fe3O4胁迫时，植物可能将更多的光合产物碳分配给共生营养型真菌让其帮助植物抵抗胁迫，而其他微生物如腐生营养型真菌等可利用的碳源则减少.这一现象在纳米银胁迫下已有相关报道[25].闫华等研究发现重金属污染胁迫下稻田土壤菌根真菌（共生营养型真菌）的相对丰度增加[52].同时，高纳米Fe3O4水平下病理营养型真菌丰度增加，表明高纳米Fe3O4水平下植物可能更易被真菌感染.总之，一定浓度的纳米Fe3O4可能对土壤真菌群落结构和生态功能产生一定的影响，进而对植物生长和土壤养分循环产生潜在影响.4 结论
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同程度重金属污染对稻田土壤真菌群落结构的影响[J]. 闫华,欧阳明,张旭辉,应多,赵熙君,张玉娇,郑聚锋,刘晓雨,卞荣军,李恋卿,潘根兴. 土壤. 2018(03)
[2]茶园年限对根际土壤真菌群落结构及多样性的影响[J]. 张玥,胡雲飞,王树茂,柯子星,高水练,林金科. 应用与环境生物学报. 2018(05)
[3]纳米Fe3O4对生菜生长及土壤细菌群落结构的影响[J]. 徐江兵,王艳玲,罗小三,冯有智. 应用生态学报. 2017(09)
[4]丛枝菌根真菌和纳米磁性氧化铁对玉米生长和Fe吸收的影响[J]. 曹际玲,冯有智,林先贵. 生态与农村环境学报. 2017(06)
[5]纳米银对潮土玉米根际真菌群落结构和多样性的影响[J]. 曹际玲,冯有智,林先贵. 菌物学报. 2017(05)
[6]我国玉米生产现状及发展对策分析[J]. 翁凌云. 中国食物与营养. 2010(01)
[7]利用还原共沉淀法制备纳米四氧化三铁磁性粉体(英文)[J]. 王缓,徐利华,邸云萍,张菡. 纳米科技. 2007 (06)
本文编号：3563400
【文章来源】：应用与环境生物学报. 2020,26(02)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
10.0 mg/kg纳米Fe3O4和微米Fe3O4对土壤真菌属水平不同类群的影响（95%的置信区间）.
PD和Chao1指数分别表示真菌系统发育多样性和菌种丰富度.从表2可看出，与对照相比，微米Fe3O4和纳米Fe3O4施加水平均未对土壤真菌群落多样性指数产生明显影响.图2 10.0 mg/kg纳米Fe3O4和微米Fe3O4对土壤真菌属水平不同类群的影响（95%的置信区间）.
目前研究发现，土壤真菌多样性不仅与植物品种和年龄有关[38-39]，还受土壤水分和养分等因素的影响[40-41].本研究对土壤真菌系统发育多样性和菌种丰富度等多样性指数的分析发现，不同Fe3O4处理均未显著改变土壤真菌多样性（表2）.这与其他研究结果类似.例如，Shah等也发现纳米Fe未显著改变微生物多样性[42].我们的前期研究也发现土壤真菌多样性受纳米银的影响较小[43].这可能是由于土壤真菌对纳米Fe3O4具有一定抗性并且植物品种对土壤真菌多样性具有一定主导作用[44-45].通过分析土壤真菌群落结构，发现微米Fe3O4和纳米Fe3O4处理下土壤真菌的群落结构不同，高纳米Fe3O4施加水平（10.0 mg/kg）使土壤真菌群落结构发生显著分异，而3个微米Fe3O4施加水平对土壤真菌群落结构的影响较小（图1b，表1），这表明土壤真菌群落结构的变化与Fe3O4颗粒粒径有关.徐江兵等也发现Fe3O4对土壤细菌群落结构的影响与其粒径有关[8].He等的研究指出纳米Fe3O4显著改变了土壤微生物活性而微米Fe3O4的影响较小[26].该现象可能是由于纳米Fe3O4的特殊理化性质.据报道，纳米Fe3O4因其纳米粒径，具有较高的比表面积和较强的比表面活性，在相同施加水平下，添加纳米Fe3O4的土壤中溶解性Fe含量较微米Fe3O4土壤高[26,46].纳米Fe3O4可释放Fe2+和Fe0,Fe2+和Fe0的氧化可产生活性氧，导致氧化胁迫，进而对微生物产生负面影响[10,47].如，Chatterjee等研究发现纳米Fe3O4显著抑制了大肠杆菌的生长[14].本研究发现高纳米Fe3O4施加水平显著降低了土壤篮状菌属Talarmyces、镰刀菌属Fusarium、隐球菌Cryptococcus和被孢霉属Mortierella等真菌的相对丰度，但增加了一些分类地位未定的真菌类群，这可能是不同真菌类群对纳米Fe3O4的敏感性和利用的底物不同[17].已有研究发现不同细菌对纳米材料的敏感性不同，如纳米Fe3O4可显著促进蓝细菌的生长，而鞘脂杆菌的繁殖则易被纳米材料抑制[42,48].就真菌功能而言，高纳米Fe3O4施加水平降低了腐生营养型真菌的相对丰度，而共生营养型真菌丰度显著增加（图2、3）.众所周知，共生营养型真菌具有帮助植物抵抗重金属胁迫和促进植物养分特别是磷P吸收的功能[49-50].已有研究发现，一定浓度的纳米Fe3O4可对植物产生氧化胁迫，抑制植物生长[11]，并可降低土壤速效P含量[13].本实验针对玉米植株的研究发现，高纳米Fe3O4施加水平显著降低了玉米植株地上部和地下部生物量[51].当植物生长受到纳米Fe3O4胁迫时，植物可能将更多的光合产物碳分配给共生营养型真菌让其帮助植物抵抗胁迫，而其他微生物如腐生营养型真菌等可利用的碳源则减少.这一现象在纳米银胁迫下已有相关报道[25].闫华等研究发现重金属污染胁迫下稻田土壤菌根真菌（共生营养型真菌）的相对丰度增加[52].同时，高纳米Fe3O4水平下病理营养型真菌丰度增加，表明高纳米Fe3O4水平下植物可能更易被真菌感染.总之，一定浓度的纳米Fe3O4可能对土壤真菌群落结构和生态功能产生一定的影响，进而对植物生长和土壤养分循环产生潜在影响.4 结论
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同程度重金属污染对稻田土壤真菌群落结构的影响[J]. 闫华,欧阳明,张旭辉,应多,赵熙君,张玉娇,郑聚锋,刘晓雨,卞荣军,李恋卿,潘根兴. 土壤. 2018(03)
[2]茶园年限对根际土壤真菌群落结构及多样性的影响[J]. 张玥,胡雲飞,王树茂,柯子星,高水练,林金科. 应用与环境生物学报. 2018(05)
[3]纳米Fe3O4对生菜生长及土壤细菌群落结构的影响[J]. 徐江兵,王艳玲,罗小三,冯有智. 应用生态学报. 2017(09)
[4]丛枝菌根真菌和纳米磁性氧化铁对玉米生长和Fe吸收的影响[J]. 曹际玲,冯有智,林先贵. 生态与农村环境学报. 2017(06)
[5]纳米银对潮土玉米根际真菌群落结构和多样性的影响[J]. 曹际玲,冯有智,林先贵. 菌物学报. 2017(05)
[6]我国玉米生产现状及发展对策分析[J]. 翁凌云. 中国食物与营养. 2010(01)
[7]利用还原共沉淀法制备纳米四氧化三铁磁性粉体(英文)[J]. 王缓,徐利华,邸云萍,张菡. 纳米科技. 2007 (06)
本文编号：3563400
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