烷烃胁迫下土壤微生物类群的应激响应及其降解特性

污染物胁迫条件下土壤微生物会发生应激响应,然而目前对于烷烃污染土壤中微生物类群应激响应的时效性尚不清楚.论文以人工配制的十六烷污染黄绵土为对象,利用磷脂脂肪酸-稳定同位素技术(phospholipid fatty acid technology-stable isotope probing,PLFA-SIP)探究了烷烃污染对黄绵土中生物群落组成和结构影响的时效性及烷烃降解情况.结果表明,土壤土著微生物对十六烷有一定的降解作用,培养30 d时,十六烷含量由5000 mg·kg^(-1)降低至4693 mg·kg^(-1),降解率为6.14%.土壤中各微生物类群活性在受到十六烷污染3 d时无明显变化,随污染时长的增加,各微生物类群表现出“毒性响应(污染7 d)—毒性适应(污染15 d)—生长代谢(污染30 d)”的应激过程.在污染前期(污染7 d时),G^(-)细菌的^(13)C-PLFA含量为14.52 ng·kg^(-1),占总细菌^(13)C-PLFA总量的43.40%,说明在污染前期G^(-)细菌是土壤中存在的可利用十六烷的主要优势类群;污染中后期(污染15—30 d),G^(+)细菌和真菌的^(13)C-PLFA含量分别占^(13)C总量的33.81%和22.95%,说明污染后期G^(+)细菌和真菌对十六烷的降解代谢起到主要作用.研究表明土壤中十六烷的降解需要各微生物类群的协同代谢作用,污染前期主要由r—策略微生物(G^(-)细菌)降解十六烷,污染后期则主要由k—策略微生物(G^(+)细菌和真菌)执行降解功能.研究可为探明土壤微生物类群对烷烃污染响应的时效性及不同微生物类群对污染物的利用特征提供科学依据.

硝酸钾和有机肥添加对土壤中十六烷的降解效果及微生物类群活性变化研究

向污染土壤中加入外源氮进行生物刺激修复是目前广为采用的土壤有机污染修复技术.然而,目前对于修复过程中土壤微生物类群对组分烃的代谢特征尚不清楚.本文以^(13)C标记的十六烷污染土壤为研究对象,利用稳定同位素标记-磷脂脂肪酸技术(stable isotope labeling-phospholipid fatty acid technology,^(13)C-SIP-PLFA)研究了加入硝酸钾和有机肥对石油污染土壤进行修复时,不同微生物类群对十六烷的利用特征.结果表明,与自然降解(CC)相比,加入KNO_(3)(CN)和施入有机肥(CY)的处理均可提高土壤中十六烷的去除效率.修复30 d时,土壤中十六烷的去除率由6.14%(CC)提高至13.6%(CN)和15.0%(CY).加入硝酸钾修复使得土壤微生物总量略有降低(总PLFAs由82.8 nmol·g^(−1)(CC)降低至79.7 nmol·g^(−1)(CN)),但被微生物同化为细胞组分的十六烷含量(^(13)C-PLFA)由81.12 ng·g^(−1)(CC)增加至92.84 ng·g^(−1)(CN),硝酸钾生物刺激修复提高了革兰氏阳性菌和真菌对十六烷的同化代谢作用.加入有机肥修复的土壤中,微生物总量(总PLFAs为99.3 nmol·g^(−1))和微生物同化代谢十六烷的含量均明显增加(^(13)C-PLFA为142.67 ng·g^(−1)),土壤中革兰氏阳性菌和放线菌对十六烷的同化代谢作用明显增强.在不同修复处理的土壤中,可利用十六烷的主要微生物有G^(+)菌i15:0和a15:0、G^(-)菌16:1ω5c和16:1ω7c、真菌18:1ω9c、放线菌16:0(10Me)和Unspecific菌16:00.结果表明,革兰氏阳性菌是不同修复处理中最主要的十六烷降解菌,两种修复剂对土壤不同微生物类群的代谢激活作用存在差异.