佳乐麝香与镉复合污染对土壤微生物生态效应的影响

发布时间：2020-09-09 19:09

　　人工合成麝香作为药品与个人护理品(PPCPs)类的新型污染物,其产量高,应用广,且具有持久性、高脂溶性和环境稳定性等特点;重金属镉(Cd)己成为中国土壤首要污染物,它们均引起了国内外学者们的普遍关注。污水灌溉和污泥利用是人工合成麝香与Cd共同的重要来源,因此二者在土壤环境中的共存也较为普遍,己成为土壤中具有潜在危害的新型复合污染物,探究其对土壤微生物生态效应的影响具有重要的现实意义。本研究选取典型人工合成麝香佳乐麝香(HHCB)与重金属Cd为研究对象,采用室内土壤微宇宙培养法,系统研究了 HHCB与Cd单一、复合污染对土壤微生物数量、土壤酶活性、土壤微生物群落功能、结构以及遗传多样性的影响,多角度全面揭示二者复合污染对土壤微生物的生态毒理效应及作用机制,填补了国内外该领域研究的不足,研究结果为土壤HHCB风险评估和生态诊断提供基础依据,为建立复合污染生态毒理诊断指标、风险评价及修复基准提供了科学依据。选择 HHCB 浓度为 100、500 和 1000 mg·kg—1,Cd 浓度为 10 mg·kg—1。采用平板菌落计数法连续10周测定土壤细菌、真菌及放线菌数量,并对复合污染联合毒性效应进行了分析。结果显示:土壤HHCB单一污染及其与Cd复合污染均对土壤细菌生长表现为先抑制后促进,对真菌表现为促进作用,对放线菌有显著的抑制作用,并且放线菌的抑制率随着HHCB浓度的增加而增加。HHCB对土壤微生物的毒害效应表现为放线菌细菌真菌。放线菌对HHCB污染很敏感,放线菌的数量与土壤HHCB污染关系密切,二者剂量-效应关系呈对数关系。HHCB与Cd复合污染对细菌的联合毒性效应起初表现协同作用,随着时间的延长转为拮抗作用;对真菌和放线菌的联合毒性效应均表现为拮抗作用。测定土壤中脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性,并对复合污染联合毒性效应进行了分析。结果显示:土壤HHCB单一污染及其与Cd复合污染均对土壤脲酶活性表现为先促进后抑制,对酸性磷酸酶表现为先抑制后促进,对蔗糖酶有显著的抑制作用,并且蔗糖酶的抑制率随着HHCB浓度的增加而增加。HHCB与Cd复合污染对脲酶的联合毒性效应表现为协同作用;对酸性磷酸酶和蔗糖酶的联合毒性效应均以拮抗作用为主。研究发现:与脲酶和磷酸酶相比,蔗糖酶对HHCB的污染更加敏感,因此,可将蔗糖酶作为土壤HHCB污染的预警指标。采用Biolog-Eco微平板测定土壤微生物碳源利用情况,并对微生物群落多样性指数和代谢功能进行了分析。结果显示:土壤HHCB单一污染及其与Cd复合污染下,平均颜色变化率(AWCD)均高于空白对照组,表明加入HHCB提高了土壤微生物对碳源的利用能力;培养初期(第2周),Shannon和Simpson指数没有显著变化;培养中期(第4周),500、1000 mg·kg-1 HHCB单一及其Cd复合污染的Shannon、Simpson和McIntosh指数显著提高,表明土壤微生物种群的丰富度显著提高,优势种群得到显著增加,种群间的均一性被打破;培养后期(第10周),三种指数没有显著变化。土壤微生物对6大类碳源的利用强度有所差异,对酯类的利用最高,而对糖类和羧酸类的利用较低。主成分分析(PCA)结果表明,500 mg·kg—1 HHCB与Cd复合污染土壤微生物的代谢功能显著改变。采用磷脂脂肪酸(PLFA)技术研究土壤微生物群落结构,测定土壤中各类菌种特征脂肪酸含量,并进行了 PCA和多样性指数分析。结果显示:随着HHCB浓度的增加,细菌脂肪酸含量增加,而真菌和放线菌脂肪酸含量减少;1000 mg·kg-1 HHCB污染对细菌表现促进作用;1000 mg·kg-1 HHCB与Cd复合污染对真菌表现显著抑制作用;HHCB单一污染及其与Cd复合污染均对放线菌表现显著抑制作用,放线菌脂肪酸含量与土壤HHCB污染关系密切。1000 mn·kg-1 HHCB单一污染及其与Cd复合污染均显著提高了 B/F、GN/GP值和压力指数,并且这两个处理的土壤微生物群落结构均显著改变,PCA结果表明,500 mg·kg-1 HHCB与Cd复合污染,1000 mg·kg-1 HHCB单一及其与Cd复合污染对脂肪酸17:0、17:0 cyclo、17:0 anteiso、16:1ω7c 和 16:1ω9c 的影响较大。1000 mg·kg-1 HHCB 与 Cd复合污染的Shannon、Margalef和Pielou三种指数均显著低于空白对照组,表明土壤微生物群落的多样性、均匀度和丰富度均显著降低。采用PCR-DGGE和高通量测序方法研究土壤微生物群落遗传多样性,结果显示:细菌PCR-DGGE图谱显示的条带在数量和位置都上发生了显著变化,一些条带消失,而另一些条带则得到富集;单一 HHCB污染对菌种多样性的影响强于HHCB与Cd复合污染;Shannon和Margalef指数随着土壤中HHCB浓度的增加而减小,500 mg·kg-1 HHCB单一污染、1000 mg·kg-1 HHCB单一及其与Cd复合污染的Shannon、Margalef和Pielou指数显著低于空白对照组,微生物群落的多样性、均匀度和丰富度显著降低。高通量测序结果表明,不同处理的土壤样品中主要类群为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)。随着HHCB浓度升高,变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度升高,而其它4菌门降低。HHCB单一及其与Cd复合污染促进了变形菌门(Proteobacterfia)的生长,却抑制其它4菌门的生长。放线菌门的相对丰度与土壤HHCB污染关系密切,这与平板菌落计数和PLFA技术的结果一致,由此得出放线菌对HHCB污染很敏感,HHCB对放线菌具有很强的毒害作用,可将放线菌作为土壤HHCB污染的早期预警指标。PCR-DGGE在门水平上的聚类和高通量在属水平上的聚类共同表明,500、1OOOmg·kg-1HHCB单一污染及其与Cd复合污染显著改变了土壤微生物群落结构。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X53
【部分图文】：

路线图,路线,土壤微生物群落,复合污染

东北大学博士学位论文逦第１章绪论逡逑染对土壤微生物碳源代谢及其多样性指数的影响。分析并对比二者单一、复合污逡逑染条件下土壤微生物群落代谢功能的差异性。逡逑（４）逦ＨＨＣＢ与Ｃｄ单一、复合污染对土壤微生物群落结构多样性的影响逡逑采用微生物磷脂脂肪酸（ＰＬＦＡ）技术研宄土壤微生物群落结构多样性对逡逑ＨＨＣＢ与Ｃｄ单一、复合污染的响应及其作用机制。逡逑（５）逦ＨＨＣＢ与Ｃｄ单一、复合污染土壤微生物群落遗传多样性的影响逡逑采用ＰＣＲ－ＤＧＧＥ和高通量测序研究ＨＨＣＢ与Ｃｄ单一、复合污染对土壤微逡逑生物群落结构遗传多样性的影响及其机制。逡逑１．４．４技术路线逡逑本文的研宄思路和技术路线如下图］．６所示：逡逑

复合污染,检测值,抑制率,预测值

实测值Ｐ（７）且，联合毒性效应都表现为拮抗作用。逡逑２．３．３．２邋ＨＨＣＢ与Ｃｄ复合污染对真菌联合毒性效应逡逑如图２．９所示，在所培养的１０周内，１００、５００和１０００邋ｍｇ－ｋｇ＿１邋ＨＨＣＢ与Ｃｄ逡逑复合污染对真菌数量的抑制率的预测值户（幻均大于实测值Ｐ（７），但１００邋ｍｇ＋ｇｄ逡逑ＨＨＣＢ与Ｃｄ复合污染中第３、５、７、８和１０周都显著；５００邋ｍｇ＇ｋｇ４邋ＨＨＣＢ与逡逑Ｃｄ复合污染中除了第３和１０周都显著；１０００邋ｍｇ＊ｋｇＭ邋ＨＨＣＢ与Ｃｄ复合污染中逡逑第７、８和１０周都显著；因此，ＨＨＣＢ与Ｃｄ的联合毒性效应在这些周中表现为逡逑拮抗作用，不同浓度ＨＨＣＢ与Ｃｄ复合污染对真菌联合效应在第７和８周都表现逡逑为拮抗作用，作用模式不随浓度的改变而改变。总之，ＨＨＣＢ与Ｃｄ复合污染对逡逑真菌联合毒性效应都表现为拮抗作用。逡逑２＿３．３．３邋ＨＨＣＢ与Ｃｄ复合污染对放线菌数量联合毒性效应逡逑由图２．１０可见，在所培养的１０周内１００、５００和１０００邋ｍｇ‘ｋｇ＿１邋ＨＨＣＢ与Ｃｄ逡逑复合污染对放线菌数量抑制率的预测值尸（￡）都显著大于实测值Ｐ（７），因此，可逡逑以认为，ＨＨＣＢ与Ｃｄ的联合毒性效应为拮抗作用，并且其作用模式不随时间和逡逑浓度的变化而变化。逡逑有机物与重金属的联合毒性效应产生机理研究有以下几个方面：竞争结合位逡逑点、螯合或络合作用及沉淀作用、影响酶的活性、影响生物细胞结构、干扰生物逡逑生理活动和功能和干扰生物大分子的结构和功能。周启星等［６］研宄表明

复合污染,检测值,预测值,抑制率

逦ｍｌ逡逑0逦１逦２逦３逦４逦５６７８９邋１０逦１１逡逑时间（ｗｅｅｋ）逡逑图２．８邋１００邋（ａ）、５００邋（ｂ）和１０００邋（ｃ）邋ｍｇ．ｋｇｄ邋ＨＨＣＢ分别与Ｃｄ复合污染下细菌抑制率预测值和逡逑检测值比较（＊尸＜0．0５；邋＊＊户＜０．０］）逡逑Ｆｉｇ．２．８邋Ｔｈｅ邋ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ邋ｒａｔｅ邋ｏｆ邋ｂａｃｔｅｒｉａ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ邋ａｎｄ邋ｏｂｓｅｒｖｅｄ邋ｖａｌｕｅｓ邋ｕｎｄｅｒ逡逑ｊｏｉｎｔ邋ｓｔｒｅｓｓ邋ｏｆ邋１００邋（ａ），邋５００邋（ｂ）邋ａｎｄ邋１０００邋（ｃ）邋ｍｇ．ｋｇ＿１邋ＨＨＣＢ邋ａｎｄ邋Ｃｄ，邋ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ邋（＊尸＜０．０５；逡逑＊＊邋尸＜０．０１）逡逑

【参考文献】