甲基二磺隆对土壤微生物群落结构的影响及微生物降解机理

Mesosulfuron-methylis used a lot in wheat field in China. However, mesosulfuron-methyl degrades slowly in soils, which caused a potential risk to the soil microbe and soil function. In this project, herbicide mesosulfuron-methylis is selected to study it’s ecological risk on soil microbe and soil function. In this project, mesocosm and greenhouse experiments are both performed. Meanwhile, modern molecular biology techniques (qPCR, T-RFLP and highthroughput sequencing) are employed to investigate the effect of mesosulfuron-methyl on abundance and diversity of bacteria, fungi, archaea, N2-fixing bacteria (nifH), ammonia oxidation archaea (AOA) and the ammoniaoxidizing bacteria (AOB). Efficient degradation bacterium of mesosulfuron-methylis is to be obtained to study the degradation characteristics and degradation pathway of microbial. Meanwhile, metabonomics is used to clarify the metabolic mechanism of degradation bacterium of mesosulfuron-methylis. It can provide the research basis for reveal and predict soil ecological risk and repair the soil which has been polluted.

甲基二磺隆在我国小麦主产区广泛使用，然而，其在土壤中半衰期较长，对土壤微生物及土壤功能潜在风险。本项目以除草剂甲基二磺隆为研究对象，采用室内微宇宙实验和温室模拟实验，利用多种分子生物学手段（定量PCR、T-RFLP、高通量测序）明确甲基二磺隆对土壤中细菌、真菌、古菌、及N转化功能微生物（nifH、AOA和AOB）基因丰度及群落结构的影响，揭示甲基二磺隆对土壤微生物及土壤功能的生态风险。筛选甲基二磺隆高效降解菌，研究其微生物降解特性，揭示微生物降解途径，利用代谢组学技术手段，阐明降解菌降解甲基二磺隆的代谢机理，为揭示和预测土壤生态风险、修复污染的农田土壤奠定研究基础。

甲基二磺隆是我国小麦田主要除草剂，2014年专利保护期后，在中国大量登记使用，对土壤生态安全存在风险。土壤微生物可以反映土壤生态的健康状况。本项目系统研究了甲基二磺隆对微生物群落结构与N转化功能基因影响，深入解析有机肥介导微生物群落加速甲基二磺隆的降解、土壤微生物群落与土壤N循环功能基因关系，为揭示和预测土壤生态风险、修复污染的农田土壤奠定研究基础。.室内条件下，选择粉质粘土和粘壤土，施用3种不同浓度甲基二磺隆（1倍、10倍、1 00倍田间推荐剂量），研究不同剂量和药后不同时间对土壤微生物影响。盆栽模式下，以粉砂质壤土和黑土为研究对象，添加粪肥（1倍+肥、10倍+肥）以及甲基二磺隆处理（1倍、10倍），研究小麦苗期-拔节期-花期和成熟期，测定根际土壤细菌群落结构变化、土壤理化性质以及甲基二磺隆的降解。连续2次施用甲基二磺隆，测定根际土壤细菌群落结构多样性与土壤 N 循环功能基因丰度（nifH、amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nirS）。.结果表明：1）基于qPCR、16S扩增子测序结合、SEM结构方程模型、LEfSe、network等分析手段，室内微宇宙试验发现甲基二磺隆施用后直接影响微生物多样性，并显著改变其网络模块。T100处理安阳粉砂质壤土，促进有机污染物降解功能的微生物互相联系，聚类到同一模块中，促进甲基二磺隆的降解潜力。同时，细菌和真菌多样性的改变导致土壤中 NO3–-N and NH4+-N的变化。.2）盆栽实验发现，有机肥施用影响土壤硝态氮、总钾、有效磷、硝态氮和铵态氮，促进Nocardiaceae、Family_XII_o__Bacillales、Mycobacteriaceae等菌群，加速甲基二磺隆降解，增加了微生物群落结构的恢复力。.3）盆栽实验，连续2年施用甲基二磺隆（1倍、10倍田间推荐剂量），结果表明：甲基二磺隆处理下，7-15天抑制amoA-AOA、nirK基因丰度，然而，第7天激活nirS 基因丰度、第60天增加amoA-AOB 基因丰度。甲基二磺隆胁迫下， CK中参与氮循环硝化和反硝化过程模块枢纽parasococcus 和fluviicola消失；而且，T1和T10网络中，多个模块特征基因和功能基因（nifH、amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nirS）之间存在更多的负相关。