土壤中大肠杆菌O157:H7存活和微生物群落响应机制的研究

发布时间：2020-10-18 01:36

　　 快速发展的畜禽规模化养殖业产生的大量畜禽粪便带来的环境问题日益凸显,其中因未经有效处理的畜禽粪便直接堆放或施用至农田环境导致的土壤生物污染正引起人们广泛的关注。大肠杆菌O157：H7是畜禽粪便中常见的人类病原菌之一,具有感染剂量极低、高致病性以及传播范围广等特点。研究表明蔬菜是大肠杆菌O157：H7重要的传播媒介,若种植蔬菜的土地被污染,则蔬菜被污染的风险极大升高。因此,蔬菜土壤中大肠杆菌O157：H7的存活时间及动态是影响蔬菜污染风险的一个重要因素。了解蔬菜土壤环境中大肠杆菌O157：H7存活和影响因素以及土著微生物群落对外源入侵大肠杆菌O157：H7的响应情况对于防控土壤病原菌污染,保证公众健康具有关键意义。本论文首先研究了不同耕作制度以及外源添加物对蔬菜土壤中大肠杆菌O157：H7存活的影响以及关键调控因子；探讨了蔬菜土壤土著微生物群落对外源大肠杆菌O157：H7的响应情况；揭示了添加生物炭对土著微生物群落对大肠杆菌O157：H7响应情况以及大肠杆菌O157：H7入侵后土著微生物群落的动态变化的影响。主要研究结论如下：(1)蔬菜土壤耕作制度可以显著影响土壤中大肠杆菌O157：H7的存活动态和时间。大肠杆菌O157：H7在薄膜温室土壤中的存活时间(21.95天)长于露天土壤(17.91天),这与土著微生物群落和土壤理化性质(pH值、土壤质地和有机碳含量)有关。外源大肠杆菌O157：H7进入土壤环境后,不仅受到土著微生物群落影响,还可以在一定程度上改变土著微生物群落的丰度以及结构。外源大肠杆菌O157：H7入侵后,放线菌和真菌数量显著下降,而细菌与真菌比值以及饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸比值上升。外源大肠杆菌O157：H7使土壤微生物生态环境趋于恶劣。(2)施用不同种类有机肥至蔬菜土壤中,大肠杆菌O157：H7的存活动态呈现显著差异。施用有机肥极大的延长了酸性蔬菜土壤中大肠杆菌O157：H7存活时间,而碱性土壤中该影响并不明显。大肠杆菌O157：H7在施用猪粪的土样中存活时间最长,施用鸡粪的土壤中最短。分析结果表明,土壤pH值仍是调控大肠杆菌0157：H7在土壤中存活的关键因子,但其作用随供试土样pH值范围而变化。此外,土壤EC值、游离态铁铝氧化物以及营养水平(硝态氮以及可溶性有机碳含量)也是重要的调控因子。(3)外源有机添加物显著延长了蔬菜土壤中大肠杆菌0157：H7的存活时间,其中以添加猪粪处理最为明显。外源大肠杆菌0157：H7提高了土著微生物群落的丰度和多样性,但抑制了与养分循环相关的功能菌群的生长。土著微生物群落结构和组分对大肠杆菌0157：H7的响应情况受外源添加有机物种类的影响,添加猪粪和添加猪粪生物炭混合物的土样土著微生物群落变化情况相似,添加生物炭和未添加的土样变化情况相似,说明猪粪对土著微生物群落对外源大肠杆菌0157：H7响应的影响作用较大。此外,土壤中检测不到大肠杆菌0157：H7后,其对土著微生物群落的影响仍然存在。(4)添加生物炭促进了未灭菌土样中大肠杆菌0157：H7的存活,是土壤pH值升高和土著微生物群落共同作用的结果。添加生物炭的种类对大肠杆菌0157：H7存活的影响大于添加数量。土著微生物群落丰度和多度越高,大肠杆菌0157：H7下降速率越大。变形菌门、浮游菌门和厚壁菌门对外源大肠杆菌0157：H7体现为抑制作用,而拟杆菌门和放线菌门体现为协同促进作用。土著微生物群落对大肠杆菌0157：H7的响应呈现动态变化过程,早期变化程度较大,以变形菌门为主,其相对丰度随培养时间逐渐下降；末期变化程度相对较低,菌门种类更多。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：X53;S154.3
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 土壤生物污染
        1.1.1 土壤病原菌污染现状
        1.1.2 大肠杆菌O157：H7
    1.2 大肠杆菌O157：H7的传播途径
        1.2.1 粪肥施用
        1.2.2 大肠杆菌O157：H7的迁移途径
    1.3 土壤中大肠杆菌O157：H7的存活
        1.3.1 土壤理化性质对大肠杆菌O157：H7存活的影响
        1.3.2 土壤生物性质与大肠杆菌O157：H7的相互作用
        1.3.3 农田管理措施
    1.4 研究目标
2 不同年限温室耕作后土壤中大肠杆菌O157：H7的存活及微生物响应机制
    2.1 材料与方法
        2.1.1 土壤
        2.1.2 土壤理化性质测定
        2.1.3 实验试剂与仪器
        2.1.4 磷脂脂肪酸分析
        2.1.5 供试菌种与培养
        2.1.6 实验方法
        2.1.7 数据分析
    2.2 结果与分析
        2.2.1 土壤性质
        2.2.2 土壤中大肠杆菌O157：H7的存活动态
        2.2.3 土壤中大肠杆菌O157：H7的存活模型
        2.2.4 大肠杆菌O157：H7存活与土壤性质的关系
        2.2.5 土著微生物群落对外源大肠杆菌O157：H7入侵的响应
    2.3 讨论
    2.4 结论
3 施用有机肥对蔬菜土壤中大肠杆菌O157：H7存活的影响
    3.1 材料与方法
        3.1.1 供试有机肥和土样
        3.1.2 供试菌种与培养
        3.1.3 统计方法
    3.2 结果与分析
        3.2.1 土壤中大肠杆菌O157：H7的存活模型
        3.2.2 土壤中大肠杆菌O157：H7的存活
        3.2.3 有机肥施用对大肠杆菌O157：H7存活的影响
    3.3 讨论
    3.4 结论
4 外源大肠杆菌O157：H7与施用有机物/生物炭蔬菜土壤土著微生物群落间的相互作用
    4.1 材料与方法
        4.1.1 供试有机肥,生物炭和土样
        4.1.2 供试菌种与培养
        4.1.3 土壤微生物DNA提取
        4.1.4 高通量测序分析土壤微生物群落
        4.1.5 数据分析
    4.2 结果与分析
        4.2.1 大肠杆菌O157：H7的存活
        4.2.2 土壤微生物群落Alpha多样性分析
        4.2.3 不同分类水平下土壤细菌群落组分的变化
        4.2.4 土壤微生物群落结构变化
    4.3 讨论
    4.4 结论
5 生物炭对蔬菜土壤中大肠杆菌O157：H7存活以及入侵后群落演替的影响
    5.1 材料与方法
        5.1.1 供试生物炭和土样
        5.1.2 供试菌种与培养
        5.1.3 实验方法
        5.1.4 土壤微生物DNA提取
        5.1.5 高通量测序分析土壤微生物群落
        5.1.6 数据分析
    5.2 结果与分析
        5.2.1 大肠杆菌O157：H7的存活动态
        5.2.2 土壤微生物群落多样性变化
        5.2.3 大肠杆菌O157：H7入侵后土壤微生物群落演替情况
        5.2.4 土著微生物群落对大肠杆菌O157：H7的影响
    5.3 讨论
    5.4 结论
6 研究结论、创新点、不足及展望
    6.1 研究结论
    6.2 创新点
    6.3 不足之处及研究展望
参考文献
攻读博士期间发表的论文及所获荣誉


本文编号：2845600