恩诺沙星与镉单一及复合污染对土壤微生物群落结构和功能的影响

摘要

随着近年来养殖行业的发展，抗生素被广泛使用，进入畜禽体内的抗生素不能被完全分解，随粪便排出体外，而且畜禽粪便中又经常含有Cu、Zn和Cd等重金属元素，两者的存在势必造成土壤环境中抗生素和重金属的复合污染。研究抗生素和重金属的复合污染，有助于正确评价复合污染下污染物质的迁移转化规律，为评价土壤环境质量提供重要的依据。本文以典型抗生素恩诺沙星（enrofloxacin，ENR）和Cd为目标污染物，利用传统方法和分子生物学的手段，室内模拟来研究ENR（0、0.025、0.1、0.4 mmol/kg）与Cd（0、0.4 mmol/kg）单一污染及按照摩尔比1:1,1:4,1:16复合污染在第7，14，21，28d对土壤微生物群落结构和功能的影响，来评价ENR与Cd对土壤微生物的联合毒性效应，最终的结果如下：
　　(1) ENR和Cd单一及复合污染对土壤中微生物的数量的影响。通过平板计数实验结果表明，整个试验周期内，ENR和Cd单一及复合污染对土壤中细菌、真菌、放线菌都表现出抑制作用，且随着ENR的浓度增大抑制作用增强，抑制效率细菌>放线菌>真菌，且复合污染对三种微生物的交互作用类型以拮抗作用为主。
　　（2）ENR和Cd单一及复合污染对土壤酶活性的影响：ENR单一污染对磷酸酶与对照相比没有差异，对脲酶活性与对照相比高浓度（0.4 mmol/kgENR）显著抑制作用，对蔗糖酶主要表现出显著的抑制作用，对过氧化氢酶高浓度ENR先表现出促进作用后抑制作用；Cd单一污染对四种土壤酶与对照相比都表现出明显的抑制作用；从整个实验来看，ENR和Cd复合污染对磷酸酶和过氧化氢酶活性先表现出促进作用，后表现出抑制作用且都差异不显著，对脲酶活性在整个周期内与对照组相比随ENR浓度的升高表现出差异显著的促进作用，对蔗糖酶活性相较对照组先抑制在促进最后抑制且差异都显著，整个周期内，复合污染对四种酶活性的交互作用以拮抗作用为主。
　　（3）ENR和Cd单一及复合污染对土壤微生物功能多样性的影响：通过BIOLOG ECO实验测定14d和21d土壤样品得出微生物的整体活性（AWCD）、三种指数（Shannon、Simpson、Mcintosh）变化情况和碳源利用情况。
　　ENR和Cd单一及复合污染对土壤微生物的AWCD先保持不变后逐渐增加，在整个实验周期内，高浓度ENR和Cd的复合污染对微生物的AWCD略有抑制作用。
　　ENR单一污染下Shannon指数与对照相比无显著差异，复合污染Shannon指数在14d与对照无差异，21d逐渐升高而ENR单一污染在14d和21d时Simpson指数小于对照，说明ENR导致物种的丰富度降低，复合污染Simpson指数在14d小于对照，而在21d复合污染中低浓度ENR下Simpson指数大于对照，高浓度ENR下Simpson指数小于对照。ENR单一污染下Mcintosh指数在14d和21d与对照相比大都小于对照，差异不显著，而复合污染处理组导致Mcintosh指数增加，说明物种的均一性较好。
　　ENR和Cd单一及复合污染对土壤微生物对碳源的利用情况是脂类和脂肪酸类>氨基酸及其衍生物>糖类及其衍生物>代谢中间产物和此生代谢产物，随着复合污染中ENR浓度的增加，微生物对碳源的利用强度逐渐降低，最终低于对照。
　　（4）ENR和Cd单一及复合污染对氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）的影响：各处理组中，AOA-amoA基因拷贝数均大于AOB，高出约1个数量级，ENR和Cd复合污染对AOB的抑制作用明显高于AOA。当0.025 mM/kg和0.1mM/kg ENR单一污染土壤时，在14d对土壤中的AOA-amoA基因丰度表达量与对照相比具有促进作用，其他处理与对照相比表现出差异显著的抑制作用，然而在21d，大部分处理组都对AOA-amoA产生差异显著的抑制作用。而对AOB-amoA，各处理组在14d和21d都表现为差异显著的抑制作用，ENR和Cd复合污染的交互作用对AOA主要是协同抑制为主，对AOB主要以拮抗作用为主。

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1 前言

1.1土壤复合污染及其联合作用研究

1.2抗生素恩诺沙星和重金属镉的理化性质及作用机理

1.3抗生素与Cd在土壤环境中的残留及危害

1.4 土壤中的微生物的组成及作用

1.5 常用的微生物生态学研究方法

1.6 本文研究内容、方法及技术路线

2 材料与方法

2.1 药品试剂

2.2 仪器设备

2.3 供试材料

2.4 试验方法

2.5 数据统计与分析

3 结果与分析

3.1 恩诺沙星ENR和Cd单一及复合污染对土壤微生物数量的影响

3.2恩诺沙星和Cd单一及复合污染土壤酶活性的影响

3.3恩诺沙星和Cd单一及复合污染土壤微生物功能多样性的影响

3.4 恩诺沙星和Cd单一及复合污染对氨氧化微生物基因表达丰度的影响

4 讨论

4.1 ENR和Cd单一及复合污染对微生物数量的影响

4.2 ENR和Cd单一及复合污染对土壤酶活性的影响

4.3 ENR和Cd单一及复合污染对微生物功能多样性的影响

4.4 ENR和Cd对AOA-amoA和的AOB-amoA基因拷贝数的影响

5 结论

6 创新之处与不足

参考文献

致谢

9 攻读硕士期间发表论文情况