两种铜矿废弃地土壤微生物的研究
发布时间：2020-04-14 23:16
【摘要】：矿业废弃地是指因在采矿活动中而破坏、占用和污染最终导致无法治理或无法使用的土地,常分为尾矿废弃地、废石场和采空塌陷三种类型。矿业废弃地生态系统的恢复,不仅仅指地上部分植被的覆盖,同时也包括基质中土壤微生物群落结构的恢复。本研究选取安徽铜陵凤凰山相思谷铜尾矿废弃地和狮子山铜矿废石场废弃地两种不同类型铜矿业废弃地为研究对象,分析测定了两种铜矿业废弃地的理化性质、重金属含量和基质土壤酶活性,利用高通量测序技术测定了不同季节下土壤细菌群落的组成结构和丰度,并采用光学显微镜和电子显微镜对铜废石场废弃地自然定居的植物根际丛枝菌根(AM)真菌进行了分离鉴定,探讨影响铜矿业废弃地土壤细菌群落的环境因素以及两种不同铜矿废弃地微生物群落结构的差异,为矿业废弃地土壤生态系统的恢复和重建提供理论依据。主要研究结果如下:1、通过两种铜矿业废弃地基质理化性质分析结果发现,基质营养成分低、重金属铜含量极高是铜矿业废弃地上植物不能或难以定居的主要因子,同时也是影响铜矿业废弃地微生物种类和群落结构的重要因子。其中狮子山铜矿废石场废弃地基质的全氮、全磷、有机质含量约是凤凰山尾矿废弃地的3.26,1.81和1.67倍,狮子山铜矿废石场废弃地重金属全铜的含量高达7512.30 mg/kg,系凤凰山铜尾矿废弃地的3.34倍。矿业废弃地中总量重金属复合污染对土壤酶活性具有明显的抑制作用,植物的定居有助于提高土壤酶的活性,其中狮子山铜矿废石场废弃地中基质土壤酶活性要高于凤凰山铜尾矿废弃地;2、通过高通量测序技术对两种矿山废弃地土壤细菌进行了研究,其中秋季矿山废弃地共获得基因序列223706条,在97%相似水平上聚类共得到1909个OTUs,主要分布在25个已知细菌门,32个已知细菌纲以及160个已知细菌属。其中铜尾矿废弃地中优势细菌门(相对丰度5%)有5个,分别为Proteobacteria(变形菌门),Acidobacteria(酸杆菌门),Chloroflexi(绿弯菌门),Bacteroidetes(拟杆菌门)和Parcubacteria;铜废石场废弃地中优势细菌门有6个,分别为Proteobacteria(变形菌门),Acidobacteria(酸杆菌门),Chloroflexi(绿弯菌门),Actinobacteria(放线菌门),Verrucomicrobia(疣微菌门)和Bacteroidetes(拟杆菌门)。其中Proteobacteria,Acidobacteria,Chloroflexi和Bacteroidetes为秋季在两个矿山废弃地中的优势细菌门。夏季矿山废弃地高通量测序共获得基因序列138803条,在97%相似水平上聚类共得到2685个OTUs,主要分布在21个已知细菌门,31个已知细菌纲以及109个已知细菌属。其中铜尾矿废弃地中优势细菌门有3个,分别为Proteobacteria(变形菌门),Acidobacteria(酸杆菌门)和Actinobacteria(放线菌门);铜废石场废弃地中优势细菌门有5个,分别为Proteobacteria(变形菌门),Acidobacteria(酸杆菌门),Bacteroidetes(拟杆菌门),Gemmatimonadetes(芽单胞菌门)和Verrucomicrobia(疣微菌门)。其中Proteobacteria和Acidobacteria为夏季在两个矿山废弃地中的优势细菌门。3、土壤细菌相对丰度受土壤理化性质、土壤酶和重金属元素的影响。Acidobacteria(酸杆菌门),Bacteroidetes(拟杆菌门)和Actinobacteria(放线菌门)的相对丰度与土壤理化性质具有较好的相关性;蛋白酶与各优势细菌门之间具有较好的相关性;重金属Cu和Cr与Acidobacteria(酸杆菌门),Bacteroidetes(拟杆菌门)和Armatimonadetes的相对丰度呈显著的负相关,与Actinobacteria(放线菌门),Chloroflexi(绿弯菌门)和Proteobacteria(变形菌门)的相对丰度呈正相关性,但重金属Pb、Zn和Cd与上述细菌门的相关性正好相反,说明不同细菌对重金属的耐受性不同,重金属元素对细菌的生长繁殖存在一定的选择性;不同重金属元素对土壤细菌类群的影响不同,但同一重金属总量与有效态对土壤细菌门的影响是一致的。4、铜废石场废弃地中海州香薷(Elsholtzia splendens)、茵陈蒿(Artemisia capillaries)和鸭跖草(Commelina communis)均能与AM真菌形成良好的共生关系,根际存在明显的AM真菌定殖和侵染情况。在铜矿废石场废弃地植物根际土壤中用光学显微镜共分离出22种AM真菌孢子,其中球囊霉属13种,无梗囊霉属6种,管孢囊霉属2种和盾巨孢囊霉属1种;电子显微镜下共分离鉴定出14种真菌孢子,其中球囊霉属11种,无梗囊霉属3种,球囊霉属和无梗囊霉属是该地区的优势属,光学显微镜下所分离出的22种AM真菌在不同植物根际出现的频率不同,说明宿主植物对AM真菌群落组成的影响较大。铜尾矿废弃地自然状态下未调查到植物定居,因此未进行AM真菌孢子的分离与鉴定,但土壤细菌类群丰富,铜尾矿废弃地土壤细菌群落结构的多样性对地上植被的重建和恢复提供了一定的潜力。
【图文】：
5.1.1 矿山废弃地样品测序结果及取样深度验证 通过对两种矿山样本进行测序，总共得到两个样本的有效序列总数是 233706，再对样本进行去杂，共得到优化序列总数为 145489，在 97% 相似水平下将序列读数聚类为用于可物种分类的操作分类单元 OTU (Operational Taxonomic Units)，从而得到 OTUs 在两个样品中的丰度信息，两个样本共产生总 OTU 为 1909，每个样本的序列数和 OUT 数量如表 5-1 所示。表 5-1 秋季各样品序列统计Tab.5-1 The sequence summary of each sample in autumn样本 有效序列 优化序列 OTU 数量 覆盖度WTX 114654 68757 966 99.92%GTX 119052 76732 943 99.93%注：WTX 为秋季凤凰山铜尾矿废弃地细菌群落，GTX 为秋季狮子山铜矿废石场废弃地细菌群落；下同利用 97%相似度的 OTU 制作曲线图。从稀释曲线 (图 5-1) 中可知，两个样本的稀释曲线均趋于平缓，随着更多的 Reads 增加，OTU 的增加量很少，表明测序量及读数合理，能够较真实的反映样本中的细菌群落，细菌群落的置信度较高，满足文章的分析要求。
5.1.1 矿山废弃地样品测序结果及取样深度验证 通过对两种矿山样本进行测序，总共得到两个样本的有效序列总数是 233706，再对样本进行去杂，共得到优化序列总数为 145489，，在 97% 相似水平下将序列读数聚类为用于可物种分类的操作分类单元 OTU (Operational Taxonomic Units)，从而得到 OTUs 在两个样品中的丰度信息，两个样本共产生总 OTU 为 1909，每个样本的序列数和 OUT 数量如表 5-1 所示。表 5-1 秋季各样品序列统计Tab.5-1 The sequence summary of each sample in autumn样本 有效序列 优化序列 OTU 数量 覆盖度WTX 114654 68757 966 99.92%GTX 119052 76732 943 99.93%注：WTX 为秋季凤凰山铜尾矿废弃地细菌群落，GTX 为秋季狮子山铜矿废石场废弃地细菌群落；下同利用 97%相似度的 OTU 制作曲线图。从稀释曲线 (图 5-1) 中可知，两个样本的稀释曲线均趋于平缓，随着更多的 Reads 增加，OTU 的增加量很少，表明测序量及读数合理，能够较真实的反映样本中的细菌群落，细菌群落的置信度较高，满足文章的分析要求。
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S154.3
本文编号：2627826
【图文】：
5.1.1 矿山废弃地样品测序结果及取样深度验证 通过对两种矿山样本进行测序，总共得到两个样本的有效序列总数是 233706，再对样本进行去杂，共得到优化序列总数为 145489，在 97% 相似水平下将序列读数聚类为用于可物种分类的操作分类单元 OTU (Operational Taxonomic Units)，从而得到 OTUs 在两个样品中的丰度信息，两个样本共产生总 OTU 为 1909，每个样本的序列数和 OUT 数量如表 5-1 所示。表 5-1 秋季各样品序列统计Tab.5-1 The sequence summary of each sample in autumn样本 有效序列 优化序列 OTU 数量 覆盖度WTX 114654 68757 966 99.92%GTX 119052 76732 943 99.93%注：WTX 为秋季凤凰山铜尾矿废弃地细菌群落，GTX 为秋季狮子山铜矿废石场废弃地细菌群落；下同利用 97%相似度的 OTU 制作曲线图。从稀释曲线 (图 5-1) 中可知，两个样本的稀释曲线均趋于平缓，随着更多的 Reads 增加，OTU 的增加量很少，表明测序量及读数合理，能够较真实的反映样本中的细菌群落，细菌群落的置信度较高，满足文章的分析要求。
5.1.1 矿山废弃地样品测序结果及取样深度验证 通过对两种矿山样本进行测序，总共得到两个样本的有效序列总数是 233706，再对样本进行去杂，共得到优化序列总数为 145489，，在 97% 相似水平下将序列读数聚类为用于可物种分类的操作分类单元 OTU (Operational Taxonomic Units)，从而得到 OTUs 在两个样品中的丰度信息，两个样本共产生总 OTU 为 1909，每个样本的序列数和 OUT 数量如表 5-1 所示。表 5-1 秋季各样品序列统计Tab.5-1 The sequence summary of each sample in autumn样本 有效序列 优化序列 OTU 数量 覆盖度WTX 114654 68757 966 99.92%GTX 119052 76732 943 99.93%注：WTX 为秋季凤凰山铜尾矿废弃地细菌群落，GTX 为秋季狮子山铜矿废石场废弃地细菌群落；下同利用 97%相似度的 OTU 制作曲线图。从稀释曲线 (图 5-1) 中可知，两个样本的稀释曲线均趋于平缓，随着更多的 Reads 增加，OTU 的增加量很少，表明测序量及读数合理，能够较真实的反映样本中的细菌群落，细菌群落的置信度较高，满足文章的分析要求。
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S154.3
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 杨海水;熊艳琴;王琪;郭伊;戴亚军;许明敏;;AM真菌物种多样性:生态功能、影响因素及维持机制[J];生态学报;2016年10期
2 刘善江;夏雪;陈桂梅;卯丹;车升国;李亚星;;土壤酶的研究进展[J];中国农学通报;2011年21期
3 徐晓宇;刘和;;454测序法在环境微生物生态研究中的应用[J];生物技术通报;2010年01期
4 潘德成;吴祥云;;矿区次生裸地水土保持与生态重建技术探讨[J];水土保持应用技术;2009年04期
5 黄永杰;杨集辉;杨红飞;张杰;周守标;;铜胁迫对水花生生长和土壤酶活性的影响[J];土壤学报;2009年03期
6 阎姝;潘根兴;李恋卿;;重金属污染降低水稻土微生物商并改变PLFA群落结构——苏南某地污染稻田的案例研究[J];生态环境;2008年05期
7 梁凯;兰井志;郑伟;;对我国矿山地质环境保护工作的对策建议[J];中国国土资源经济;2007年11期
8 苏静;欧今次仁;尼霞次仁;王文华;袁涛;程金平;;德兴铜矿周边地区土壤酶活性研究[J];环境污染与防治;2007年05期
9 周琳;张晓君;李国勋;张杰;;DGGE/TGGE技术在土壤微生物分子生态学研究中的应用[J];生物技术通报;2006年05期
10 吴春艳;陈义;闵航;水建国;王家玉;;Cd~(2+)和Cu~(2+)对水稻土微生物及酶活性的影响[J];浙江农业科学;2006年03期
相关博士学位论文 前1条
1 杨海水;宿主植物对丛枝菌根真菌的影响—共生功能、地理分布及多样性[D];浙江大学;2013年
相关硕士学位论文 前1条
1 何仔颖;金属尾矿库环境风险评价体系构建研究[D];中南大学;2012年
本文编号：2627826
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/nyxlw/2627826.html
