黑土微生物对邻苯二甲酸酯污染的响应及其机制研究

In black soil region of Northeastern China, the soil is heavily contaminated by phthalate ester (PAEs) due to many reasons， such as low temperature, excessive use of agricultural films and high content of organic matter. The edaphon is the most important component of soil, thus, it is significant for the interpretation of the Eco-toxicological effect of PAEs and the protection of the black soil by studying the response of the soil microbes to the PAEs pollution. .This study is aim at the practical environmental problems caused by PAEs. The dynamic change of soil microbial biomass，microbial structural diversity and metabolic diversity in the PAEs pollution processes will be studied. The dose-effect relationship and response relationship between the PAEs pollution and the black soil microbes will be revealed by using of molecular ecology technology. This study will interpret the Eco-toxicology effects of PAEs pollution on black soil microbes from the aspects of the genetic toxicity and the oxidative damage. All of these will provide theoretical basis and technical support for the study of the genetic toxicity effects of the PAEs and the protection of the black soil resources.

由于黑土区气温低、农膜使用量大和有机质含量高等原因造成黑土邻苯二甲酸酯（PAEs）污染较重，土壤微生物是土壤中最重要的组份，因此，研究黑土微生物对PAEs污染的响应及其机制对于PAEs的生态毒理效应阐释和黑土保护具有重要意义。.本项研究拟针对黑土PAEs污染的环境问题，研究在PAEs污染过程中黑土微生物的生物量、群落结构多样性和代谢功能多样性的动态变化过程，拟采用PCR-DGGE、RT-PCR、RAPD和Biolog等土壤分子生态学和生物化学等技术揭示PAEs污染对黑土微生物的剂量-效应关系，揭示黑土微生物对PAEs污染的响应关系，从遗传学毒性和氧化损伤两个方面阐释PAEs污染对黑土微生物的生态毒理机制，为PAEs的生态毒理学效应阐释和黑土资源保护提供理论基础和技术支持。

邻苯二甲酸甲酯是一类在环境中广泛存在的有毒有机化合物。本研究利用微宇宙模型，评估DMP和DBP污染对黑土壤微生物的生态毒理学效应。结果表明，DMP污染的黑土微生物丰富度和多样性均降低，黑土中一些氮代谢相关的菌属增加，而某些有益菌属的含量降低；黑土细菌和放线菌受到DMP污染的抑制，且抑制效应与DMP浓度呈正相关，黑土中真菌数量受到DMP污染的促进，随着污染浓度增加而增加；自生固氮菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化菌、解磷菌和溶磷菌均受到DMP污染的抑制，铁细菌的数量受到了DMP污染的促进；黑土微生物的丰富度和多样性受到DMP污染的抑制，且未在25 d内消除。而黑土微生物呼吸速率和微生物代谢熵均表现为低浓度促进，高浓度抑制，且抑制效应与DMP污染浓度呈现正相关；DMP污染对黑土过氧化氢酶具有抑制效应，对黑土转化酶和脲酶呈现为激活效应，且与污染浓度正相关；DMP污染对黑土多酚氧化酶和蛋白酶的影响呈现随时间波动的变化趋势，多酚氧化酶是先抑制后促进，蛋白酶表现为先促进后抑制；通过典型对应性分析发现DMP是影响黑土酶学性质改变的主要因素。因此，DMP污染改变了微生物群落结构，扰乱黑土代谢活性和微生物功能多样性。随着 DMP 浓度的逐渐增高，Escherichia coli K12和Bacillussubtilis B19菌体内的 SOD、CAT 和 GST 的活性也随之上升。在DBP污染后黑土微生物丰富度和多样性减少，黑土呼吸速率和微生物量碳均较对照显著增加；微生物氮在DBP污染过程中呈“降低-升高-降低”波动性变化；微生物磷与DBP污染浓度呈显著负相关；DBP对黑土多酚氧化酶表现为先促进后抑制，对转化酶和蛋白酶活性表现为低浓度促进而高浓度抑制；在DBP污染过程中脲酶呈现激活效应；黑土过氧化氢酶和酸性磷酸酶均受到DBP污染的显著抑制；土壤微生物量、土壤酶活性与DBP污染浓度之间存在相关性；黑土中的细菌、真菌和放线菌数量对DBP污染均表现为抑制效应；自生固氮菌、亚硝酸氧化菌和磷细菌均受到DBP污染的抑制，铁细菌的数量受到了DBP污染的促进；黑土微生物的丰富度和多样性受到DBP污染的抑制。因此，DMP和DBP污染改变了黑土微生物区系结构和功能代谢菌群数量，微生物的遗传和代谢多样性，且改变了黑土呼吸、微生物量和酶学活性的代谢特征，从而直接影响黑土肥力和生态系统的功能，威胁黑土的可持续利用。