全 文 ：黑麦草根系分泌物剂量对污染土壤芘降解
和土壤微生物的影响*
谢晓梅1 摇 廖摇 敏2,3**摇 杨摇 静2,3
( 1浙江大学环境与资源学院实验教学中心, 杭州 310058; 2浙江大学环境与资源学院资源科学系, 杭州 310058; 3浙江省亚热
带土壤与植物营养重点研究实验室, 杭州 310058)
摘摇 要摇 模拟根际根系分泌物梯度递减效应,研究了黑麦草根系分泌物剂量对污染土壤中芘
降解特征和土壤微生物生态特征的影响.结果表明: 污染土壤中芘残留量随根系分泌物添加
剂量的增加呈现先下降后上升的非线性变化,达到最低芘残留量的添加剂量是总有机碳
(TOC) 32郾 75 mg·kg-1,说明此浓度下根系分泌物显著促进了芘的降解;土壤微生物生物量
碳和微生物熵的变化趋势与污染土壤中芘残留量变化趋势相反,表明土壤微生物与污染土壤
中芘残留量存在密切关系.芘污染土壤中微生物群落以细菌占主导地位,且细菌变化趋势与
芘降解变化一致,表明芘以细菌降解为主,根系分泌物主要通过影响细菌数量,进而影响芘的
降解.能催化有机物质脱氢反应的土壤微生物胞内酶———脱氢酶活性的变化与土壤微生物变
化趋势一致,进一步证明微生物及其生物化学特性变化是污染土壤中芘残留量随根系分泌物
添加剂量变化的生态机制.
关键词摇 芘摇 微生物摇 根系分泌物摇 剂量
文章编号摇 1001-9332(2011)10-2718-07摇 中图分类号摇 X171. 5摇 文献标识码摇 A
Effects of ryegrass (Lolium perenne) root exudates dose on pyrene degradation and soil mi鄄
crobes in pyrene鄄contaminated soil. XIE Xiao鄄mei1, LIAO Min2,3, YANG Jing2,3 (1Center of Ex鄄
periment Teaching, College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou
310058, China; 2Department of Resource Science, College of Environmental and Resource Sciences,
Zhejing University, Hangzhou 310058, China; 3Zhejiang Province Key Laboratory of Subtropic Soil
and Plant Nutrition, Hangzhou 310058, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(10): 2718-2724.
Abstract: By simulating a gradually decreasing concentration of root exudates with the distance
away from root surface in rhizosphere, this paper studied the effects of ryegrass (Lolium perenne)
root exudates dose on the pyrene degradation and microbial ecological characteristics in a pyrene鄄
contaminated soil. It was observed that with the increasing dose of ryegrass root exudates, the resid鄄
ual amount of soil pyrene changed nonlinearly, i. e. , increased after an initial decrease. When the
root exudates dose was 32. 75 mg·kg-1 of total organic carbon, the residual pyrene was the mini鄄
mum, indicating that the root exudates at this dose stimulated pyrene degradation significantly. In
the meantime, soil microbial biomass carbon and microbial quotient had an opposite trend, sugges鄄
ting the close relationship between pyrene degradation and soil microbes. In the test soil, microbial
community was dominated by bacteria, and the bacteria had the same variation trend as the pyrene
degradation, which indicated that the pyrene was degraded mainly by bacteria, and the effects of
root exudates on pyrene degradation were mainly carried out through the effects on bacterial popula鄄
tion. There was a similar variation trend between the activity of soil dehydrogenase, a microbial en鄄
doenzyme catalyzing the dehydrogenation of organic matter, and the soil microbes, which further
demonstrated that the variations of soil microbes and their biochemical characteristics were the eco鄄
logical mechanisms affecting the pyrene degradation in the pyrene鄄contaminated soil when the
ryegrass root exudates dose increased.
Key words: pyrene; microbe; root exudates; dose.
*浙江省自然科学基金项目(Y5090001)和浙江省教育厅项目(Y200906259)资助.
**通讯作者. E鄄mail: liaomin@ zju. edu. cn
2011鄄02鄄24 收稿,2011鄄07鄄12 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 10 月摇 第 22 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2011,22(10): 2718-2724
摇 摇 多环芳烃 ( polycyclic aromatic hydrocarbons,
PAHs)是一类环境中普遍存在的典型的持久性有机
污染物. PAHs有显著的致癌致畸变效应,严重影响
人类健康和生态环境,受到社会的广泛关注,16 种
PAHs被美国国家环境保护局列为优先控制污染物
黑名单[1] .由于其水溶性差、辛醇分配系数高,常被
吸附于土壤颗粒上,使土壤成为环境中多环芳烃的
储备库和中转站[2] .土壤环境中 PAHs 的迁移规律、
生态效应、污染的修复治理等已成为污染土壤修复
研究领域的热点[3-4] .
研究表明,植物的存在能够加快土壤中 PAHs
的去除[5-7],植物修复已成 PAHs污染土壤治理的重
要手段之一.但由于 PAHs的高疏水性,植物的直接
吸收和积累作用在 PAHs 污染的修复中作用并不
大[8],而是根系分泌物发挥了巨大的作用,根系分
泌物所营造的根际微域环境是有机污染物有效性和
毒性得以快速消减的重要原因[5,9] .研究表明,根际
环境中伴随植物根系生长而主动释放的根系分泌物
为根际微生物提供营养,增强微生物活性和提高微
生物多样性, 促进根际微生物对 PAHs 的降
解[3,10-12] .然而,根系分泌物浓度随着离根系距离的
增加呈现梯度递减效应,将影响到植物修复根际效
应的作用范围,因此探明植物根系分泌物浓度变化
对土壤中 PAHs 降解影响及其微生物生态响应,有
助于了解植物修复中根际效应的范围及其机制. 目
前对根系分泌物影响 PAHs降解的研究集中于根系
分泌物提高土壤微生物活性、促进根际微生物降解
PAHs方面,而有关根际根系分泌物梯度递减效应
下 PAHs降解特征变化及其微生物生态机制的研究
却较少.
芘是 PAHs中 4 个苯环的代表物,在环境中广
泛存在,是检测 PAHs污染的指示物.本研究选取芘
作为 PAHs的代表物,以 PAHs修复研究中常用的黑
麦草(Lolium perenne)为材料[13],收集芘胁迫下黑麦
草的特异性根系分泌物,模拟根系分泌物的梯度递
减效应,研究土壤中与之相伴的芘降解特征变化和
微生物参数变化,以期揭示根系分泌物的梯度递减
效应对芘降解特征的影响及其生态机制.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试材料
供试药品芘(Pyrene,纯度>98% ),为 Aldrich 公
司产品.供试植物为多年生黑麦草.
供试土壤采自浙江大学华家池试验农场的水稻
土(0 ~ 15 cm),属于小粉土. 新鲜土样拣去植物残
体,分成两部分,一部分直接过 2 mm 筛,混合均匀,
供培养试验用.另一部分风干后,研磨过筛,用于基
本性质的测定.供试土壤的 pH值(H2O)为 5郾 97,有
机碳 ( Corg )和全氮分别为 15郾 55 g·kg-1和 1郾 17
g·kg-1,阳离子交换量为 14郾 59 cmol·kg-1,砂粒、
粉粒和粘粒分别占 65郾 0% 、28郾 8%和 6郾 2% ,田间持
水量为 510 g·kg-1 .
1郾 2摇 根系分泌物的收集
根系分泌物采用溶液培养法收集[14] . 用 3%过
氧化氢溶液对黑麦草种子消毒 20 min,蒸馏水冲洗
干净后于烧杯中浸泡吸胀 24 h,转入培养皿中催芽,
催芽后的种子放入温室中育苗,预培养 15 d 左右,
选择长势一致的植株转入烧杯中培养. 移苗后的植
株先用蒸馏水缓苗 2 d,然后更换为 Hogland 营养
液,培养至成熟期,期间每天补充营养液维持液面高
度.之后将营养液更换为含定量芘(10 mg·L-1)的
半量 Hogland营养液,进行芘胁迫处理,6 d 后,黑麦
草由胁迫液中移出,洗净根表面,再顺次用 0郾 2
mmol·L-1 CaSO4和 30 mg·L-1氯霉素溶液浸泡 2 h
和 30 min,蒸馏水洗净后,置于人工气候箱(温度
25 益,相对湿度 70% ,光照强度 3000 lx)中,于
Milli鄄Q超纯水中收集根系分泌物,每 2 h 更换 1 次
收集液,连续收集 4 次.合并收集液,过 0郾 45 mm 的
滤膜,对收集液进行真空旋转蒸发浓缩(40 益),浓
缩约 4 倍后,获得总有机碳为 262 mg TOC·L-1的根
系分泌物浓缩液,于-20 益保存.
1郾 3摇 根际模拟试验设计
称取 15 份相当于烘干土 50 g 的新鲜土样于广
口瓶中,之后添加芘甲醇母液,并在通风橱中将甲醇
挥发至干,然后搅拌均匀,制备出 30 mg·kg-1芘污
染土样.于芘污染土样中,依据根系分泌物实际浓度
约为 65郾 5 mg TOC·L-1,以及根系分泌物浓度随离
根表距离的增加而递减变化的特征,设置根系分泌
物浓度分别为 0、 16郾 38、 32郾 75、 65郾 50、 131郾 00
mg TOC·kg-1土的 5 种剂量处理,每处理 3 次重复.
调节含水量至最大田间持水量的 50% ,于 25 益相
对湿度 95%的恒温培养箱中培养,培养期间,每天
通过称量法补充损失的水分. 培养 15 d 后,取样分
析土壤芘的残留量、土壤微生物生物量碳(Cmic)、土
壤微生物群落结构、微生物熵(Cmic / Corg)、过氧化氢
酶、脱氢酶、磷酸酶活性等土壤环境生化指标.
917210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 谢晓梅等: 黑麦草根系分泌物剂量对污染土壤芘降解和土壤微生物的影响摇 摇 摇 摇 摇
1郾 4摇 测定方法
土壤芘分析采用 GC鄄MS 测定.称取 2 g 土壤样
品于 25 mL玻璃离心管中,加入 10 mL二氯甲烷,盖
紧后超声萃取 1 h;恒温振荡 30 min,以 4000
r·min-1离心 10 min;取 2 mL上清液过 1 g硅胶柱,
之后用 5 mL 1 颐 1 二氯甲烷和正乙烷溶液洗脱. 洗
脱液收集至玻璃试管中,用高纯氮气将溶液吹至近
干,再用正乙烷定容至 2 mL,过 0郾 45 滋m孔径滤膜,
用 GC鄄MS(G1530N / G3172A)定量测定[15] .
土壤微生物生物量碳用氯仿熏蒸,0郾 5 mol·L-1
K2SO4提取,TOC鄄500 自动分析仪测定[16] .脱氢酶活
性测定采用 TTC法[19],过氧化氢酶活性测定采用高
锰酸钾滴定法[17],磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠
比色法[19] .
土壤微生物群落结构采用磷酸脂肪酸分析法
(PLFA)分析[18],该方法测定土壤微生物群落结构
的依据为不同微生物(细菌、真菌、放线菌等)具有
特征的磷酸脂肪酸谱.特定脂肪酸的排列为:碳的数
目、双键的数目、跟随双键的位置(甲基端起). c、t
分别表示顺式和反式脂肪酸,a和 i分别指反式支链
脂肪酸及异式支链脂肪酸,br 表示未知结构的支链
脂肪酸,cy 表示环状脂肪酸,10Me 表示第 10 个碳
原子的甲基(从羟基端起).具体测定中涉及的群落
结构指标和磷酸脂肪酸谱系见表 1.
1郾 5摇 数据处理
每处理设 3 个重复,试验数据基本处理采用
Microsoft Excel 2003. 处理组间的差异显著性采用
LSD法,采用 SPSS 11郾 5 进行方差分析.
表 1摇 表征微生物群落结构的磷酸脂肪酸谱系表
Table 1摇 Phospholipid fatty acids used in the analysis of mi鄄
crobial community structure
微生物指标
Index of microorganism
磷酸脂肪酸谱系
Diagnostic phospholipid fatty acids
革兰氏阴性菌
Gram (-)
16 颐 1棕7t, 17 颐 1棕8c, 18 颐 1棕7c, cy19
颐 0[19]
革兰氏阳性菌
Gram (+)
i14 颐 0, i15 颐 0, a15 颐 0, i16 颐 0, i17 颐
0, a17 颐 0[20]
革兰氏阴性 /革兰氏阳性
Gram (-) / gram (+)
16 颐 1棕7t + 17 颐 1棕8c + 18 颐 1棕7c +
cy19 颐 0 / i14 颐 0 + i15 颐 0 + a15 颐 0 +
i16 颐 0 + i17 颐 0 + a17 颐 0[21]
真菌 Fungi 18 颐 2棕6, 9[22]
真菌 /细菌
Fungi / bacteria
18 颐 2棕6,9 / i15 颐 0 + a15 颐 0 + 15 颐 0 +
i16 颐 0 + 16 颐 1棕7t + i17 颐 0 + a17 颐 0 +
17 颐 0 + 18 颐 1棕7c+ cy19 颐 0 [23]
菌根真菌 VAM fungi 16 颐 1棕5c[24]
放线菌 Actinomycetes 10Me16 颐 0, 10Me17 颐 0, 10Me18 颐
0[21]
2摇 结果与讨论
2郾 1摇 根系分泌物添加浓度对污染土壤中芘降解的
影响
由图 1 可见,培养 15 d 后,污染土壤中芘的残
留量随着根系分泌物添加剂量的增加呈现先下降后
上升的变化趋势,芘残留量最低的根系分泌物添加
剂量是 32郾 75 mg TOC·kg-1 .当根系分泌物添加剂
量<32郾 75 mg TOC·kg-1时,根系分泌物添加剂量增
加显著促进污染土壤中芘的降解(P<0郾 05).但当根
系分泌物添加剂量>32郾 75 mg TOC·kg-1时,根系分
泌物添加剂量增加对污染土壤中芘的降解促进作用
迅速减弱,呈现出显著的抑制作用(P<0郾 05). 与对
照相比,根系分泌物添加剂量在 65郾 50 mg TOC·
kg-1和 131郾 00 mg TOC·kg-1时,污染土壤中芘的降
解差异不显著.由此可见,污染土壤中芘的降解作用
并不是随着根系分泌物的增加而持续增加,根系分
泌物的促进作用是在一定浓度范围内,这也意味着
在植物修复过程中,植物根际效应并不随着离根表
距离的增加而呈梯度递减效应,而是存在最佳范围,
且该范围可能并不在根表附近,而是在根表之外.这
一结果在其他研究人员的相关研究中得到验证,He
等[25]采用多隔层根箱盆栽试验研究五氯酚在距离
根系不同距离范围内根际土壤中的降解,发现五氯
酚在距离根系 3 mm 处降解率最高,表明污染物在
根际微域降解特征有别于传统植物营养学中发现的
营养因子根际梯度递减效应.
2郾 2摇 根系分泌物添加浓度对土壤微生物生物量碳
和微生物熵的影响
图 1摇 根系分泌物添加浓度对污染土壤中芘降解的影响
Fig. 1摇 Effects of the amount of root鄄exudates on degradation of
pyrene in contaminated soil.
不同字母表示处理间差异显著(P<0郾 05) Different letters meant sig鄄
nificant difference among treatments at 0郾 05 level. 下同 The same below.
0272 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
摇 摇 土壤微生物生物量碳和微生物熵是反映土壤质
量与土壤退化的重要微生物学指标[26],其相应变化
情况能直观反映土壤环境的变化,是土壤环境变化
的敏感指示者[27] .当土壤环境发生变化时上述微生
物学指标必然会发生一定变化.从图 2 可以看出,添
加不同剂量的根系分泌物到芘污染土壤中,土壤微
生物量碳和微生物熵的变化是一致的,呈现出与污
染土壤中芘残留量变化相反趋势. 即培养 15 d 后,
芘污染土壤中土壤微生物生物量碳和微生物熵随着
根系分泌物添加剂量的增加呈现先上升后下降的变
化趋势,土壤微生物生物量碳和微生物熵最大值的
根系分泌物添加剂量是 32郾 75 mg TOC·kg-1 .当根
系分泌物添加剂量<32郾 75 mg TOC·kg-1时,根系分
泌物添加剂量增加显著促进污染土壤中土壤微生物
生物量碳和微生物熵的增加,与对照差异显著(P<
0郾 05).但当根系分泌物添加剂量>32郾 75 mg TOC·
kg-1时,根系分泌物添加剂量增加对污染土壤中土
壤微生物生物量碳和微生物熵的促进作用迅速减
弱,与根系分泌物添加剂量为 32郾 75 mg TOC·kg-1
时相比,呈现出显著的抑制作用(P<0郾 05).而且与
对照相比,根系分泌物添加剂量在 65郾 50 mg TOC·
kg-1和 131郾 00 mg TOC·kg-1时,污染土壤中土壤微
生物生物量碳和微生物熵的差异不显著.这一结果
图 2摇 根系分泌物添加浓度对芘污染土壤中微生物生物量
碳和微生物熵的影响
Fig. 2摇 Effects of the amount of root鄄exudates on microbial bio鄄
mass carbon and microbial quotient in pyrene contaminated soil.
说明,黑麦草的根系分泌物在一定浓度下可促进微
生物的生长,从而促进了土壤微生物生物量碳和微
生物熵的增加,使得有更多的微生物参与芘的分解
和代谢.而当根系分泌物超过一定浓度后,便会抑制
微生物的生长,导致土壤微生物生物量碳和微生物
熵的下降,使得参与芘分解和代谢的微生物数量下
降.这一结果很好地解释了芘污染土壤中芘降解随
根系分泌物添加浓度的变化(图 1),也就是根系分
泌物添加浓度对污染土壤中芘降解的影响是通过影
响土壤微生物而产生的.究其原因:可能是相对较低
浓度下,根系分泌物可作为满足微生物生长所需碳
源、氮源,激发微生物的活性,而超过一定浓度,根系
分泌物可成为污染物微生物降解的竞争性碳源,同
时由于根系分泌物中含有较多的有机酸[28],超过一
定浓度可对土壤微生物产生抑制作用,从而抑制污
染物的降解[29] .
2郾 3摇 根系分泌物添加浓度对土壤微生物群落结构
的影响
根据根系分泌物添加浓度对土壤微生物生物量
碳的影响,研究中选择根系分泌物添加量为 0、
32郾 75 和 131郾 00 mg TOC·kg-1的芘污染土壤进行
微生物群落结构变化分析,测得的磷脂肪酸谱见表
2.由表 2 可知,所测定到的 24 种磷脂肪酸中,有饱
和的磷脂肪酸、不饱和的磷脂肪酸、甲基支链磷脂肪
酸和环丙基磷脂肪酸,通过统计发现,其中 12 种磷
脂肪酸在 3 种根系分泌物添加浓度处理间存在显著
差异.有关细菌、真菌、丛枝菌根真菌和放线菌的磷
脂肪酸含量在 3 种根系分泌物添加浓度处理的芘污
染土壤中的分布情况见图 3. 由图 3 可知,3 种根系
分泌物添加浓度处理的芘污染土壤中磷脂肪酸以细
菌的磷脂肪酸为主,其次为真菌和放线菌的磷脂肪
酸,最少的是丛枝菌根真菌的磷脂肪酸,说明 3 种根
系分泌物添加浓度处理的芘污染土壤中土壤微生物
群落结构组成以细菌为主,其次为真菌和放线菌,最
后是丛枝菌根真菌.从图 3 还可知,随着根系分泌物
添加浓度的增加,芘污染土壤中细菌的数量先增加
后减少,其中在添加 32郾 75 mg TOC·kg-1时达到最
大,细菌数量与空白和添加 131郾 00 mg TOC·kg-1根
系分泌物的芘污染土壤中细菌数量相比,差异显著
(P<0郾 05),而添加 131郾 00 mg TOC·kg-1根系分泌
物的芘污染土壤中细菌数量与空白土壤相比差异不
显著;真菌和丛枝菌根真菌数量的变化趋势一致,即
随着根系分泌物添加浓度的增加,芘污染土壤中真
菌和丛枝菌根真菌数量逐渐增加,与对照相比,添
127210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 谢晓梅等: 黑麦草根系分泌物剂量对污染土壤芘降解和土壤微生物的影响摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 根系分泌物浓度对芘污染土壤中微生物磷脂肪酸的
影响
Table 2摇 Effects of the amount of root鄄exudates on PLFAs
in pyrene contaminated soil (滋g·kg-1 DM, n=3)
序号
No郾
磷脂肪酸
PLFAs
根系分泌物量 Amount of root鄄exudates
(mg TOC·kg-1)
0 32郾 75 131郾 00
1 10 颐 0 0郾 089依0郾 011 0郾 105依0郾 014 0郾 097依0郾 013
2 12 颐 0 0郾 095依0郾 014 0郾 107依0郾 013 0郾 111依0郾 021
3 13 颐 0 0郾 103依0郾 015 0郾 102依0郾 024 0郾 106依0郾 018
4 i14 颐 0 0郾 672依0郾 027 0郾 743依0郾 043 0郾 669依0郾 033
5 14 颐 0* 1郾 784依0郾 113 1郾 912依0郾 171 1郾 801依0郾 112
6 i15 颐 0 0郾 674依0郾 031 0郾 723依0郾 042 0郾 658依0郾 033
7 a15 颐 0* 0郾 091依0郾 011 0郾 104依0郾 017 0郾 090依0郾 013
8 15 颐 0 0郾 244依0郾 021 0郾 271依0郾 031 0郾 249依0郾 021
9 i16 颐 0* 0郾 068依0郾 014 0郾 084依0郾 010 0郾 071依0郾 017
10 16 颐 1棕7t** 0郾 187依0郾 024 0郾 283依0郾 031 0郾 191依0郾 019
11 16 颐 1棕5c** 0郾 171依0郾 031 0郾 218依0郾 047 0郾 224依0郾 041
12 16 颐 0 6郾 431依0郾 312 7郾 157依0郾 321 6郾 441依0郾 323
13 10Me16 颐 0* 0郾 287依0郾 017 0郾 234依0郾 034 0郾 215依0郾 021
14 i17 颐 0 0郾 217依0郾 019 0郾 243依0郾 025 0郾 213依0郾 012
15 a17 颐 0 0郾 214依0郾 018 0郾 252依0郾 021 0郾 211依0郾 026
16 17 颐 1棕8c** 0郾 144依0郾 021 0郾 216依0郾 033 0郾 137依0郾 014
17 17 颐 0 0郾 301依0郾 017 0郾 319依0郾 021 0郾 297依0郾 022
18 10Me17 颐 0* 0郾 317依0郾 019 0郾 246依0郾 043 0郾 216依0郾 032
19 18 颐 2棕6, 9** 0郾 814依0郾 113 0郾 893依0郾 117 0郾 937依0郾 092
20 18 颐 1棕7c** 0郾 247依0郾 013 0郾 283依0郾 032 0郾 321依0郾 011
21 18 颐 0* 1郾 241依0郾 103 1郾 724依0郾 097 1郾 316依0郾 101
22 10Me18 颐 0 0郾 262依0郾 037 0郾 247依0郾 076 0郾 214依0郾 045
23 cy19 颐 0* 1郾 748依0郾 094 1郾 927依0郾 103 1郾 687依0郾 121
24 20 颐 0 0郾 079依0郾 013 0郾 081依0郾 014 0郾 083依0郾 016
*P<0郾 05; **P<0郾 01郾
图 3摇 根系分泌物添加浓度对芘污染土壤细菌、真菌、菌根
真菌及放线菌磷脂肪酸含量的影响
Fig. 3 摇 Effects of the amount of root鄄exudates on PLFAs con鄄
tents of bacteria, fungi, AMF and actinomycetes in pyrene con鄄
taminated soil.
T1:0 mg TOC·kg-1; T2:32郾 75 mg TOC·kg-1; T3:131郾 00 mg TOC·
kg-1 . 玉:细菌 Bacteria; 域:真菌 Fungi; 芋:菌根真菌 VAM fungi;
郁:放线菌 Actinomycetes. 下同 The same below.
加 32郾 75 和 131郾 00 mg TOC·kg-1根系分泌物的芘
污染土壤中真菌和丛枝菌根真菌数量差异显著(P<
0郾 05),但添加 32郾 75 和 131郾 00 mg TOC·kg-1根系
分泌物的芘污染土壤中真菌和丛枝菌根真菌数量差
异不显著.此外,放线菌的数量随着根系分泌物添加
浓度的增加而减少,3 种根系分泌物添加浓度处理
的芘污染土壤中放线菌数量变化差异显著 ( P <
0郾 05).造成上述变化的原因可能是,根系分泌物可
作为满足细菌生长所需碳源、氮源,激发微生物的活
性,而超过一定浓度,根系分泌物可成为污染物细菌
降解时的竞争性碳源,同时由于根系分泌物中含有
较多的有机酸[28],超过一定浓度可对土壤细菌产生
抑制作用[25] .同时由于根系分泌物中含有较多的有
机酸,随着根系分泌物浓度的增加,有机酸浓度增
加,从而导致耐酸性的真菌和丛枝菌根真菌数量增
加,不耐酸的放线菌数量减少.综合芘污染土壤中土
壤微生物群落随根系分泌物添加浓度增加的变化可
知,由于土壤中微生物群落以细菌为主,且细菌的变
化趋势与芘降解变化特征一致,说明芘的降解以细
菌为主,根系分泌物主要通过影响细菌群落的数量,
进而影响芘的降解变化特征.
为了更有效了解各微生物群落结构的变化,分
析了细菌中革兰氏阴性菌与革兰氏阳性菌之比、真
菌与细菌之比、丛枝菌根真菌与细菌之比和放线菌
与细菌之比.由图 4 可知,随着根系分泌物添加浓度
的增加,芘污染土壤中革兰氏阴性菌与革兰氏阳性
菌之比逐渐增加,与空白相比,添加 32郾 75 和
131郾 00 mg TOC·kg-1根系分泌物的芘污染土壤中,
革兰氏阴性菌与革兰氏阳性菌之比变化显著
(P<0郾 05),但添加 32郾 75 和 131郾 00 mg TOC·kg-1
根系分泌物处理间差异不显著. 同时从真菌与细菌
之比、丛枝菌根真菌与细菌之比和放线菌与细菌之
比来看,芘污染土壤中细菌占绝对主导地位.真菌与
细菌之比随着根系分泌物添加浓度的增加略有增
加,其中添加 131郾 00 mg TOC·kg-1的芘污染土壤与
添加 32郾 75 mg TOC·kg-1的芘污染土壤和对照间差
异显著(P<0郾 05),但添加 32郾 75 mg TOC·kg-1的芘
污染土壤与对照相比差异不显著. 而丛枝菌根真菌
与细菌之比随着根系分泌物添加浓度的增加变化不
显著.放线菌与细菌之比随着根系分泌物添加浓度
的增加逐渐减小,添加 32郾 75 和 131郾 00 mg TOC·
kg-1根系分泌物的芘污染土壤与对照相比差异显著
(P<0郾 05),但添加 32郾 75 和 131郾 00 mg TOC·kg-1
根系分泌物的两处理间差异不显著. 上述结果进一
步说明芘的降解以细菌为主,根系分泌物主要通过
影响细菌群落的数量和组成,进而影响芘的降解变
化特征.
2272 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
图 4摇 根系分泌物添加浓度对芘污染土壤中革兰氏阴性菌
与革兰氏阳性菌之比、真菌与细菌之比、丛枝菌根真菌与细
菌之比和放线菌与细菌之比的影响
Fig. 4 摇 Effects of the amount of root鄄exudates on ratios of
G (-) / G (+), fungi / bacteria, VAM fungi / bacteria and acti鄄
nomycetes / bacteria in pyrene contaminated soil.
2郾 4摇 根系分泌物添加浓度对土壤酶活性的影响
酶作为土壤的重要组成部分,是土壤中生物化
学反应的直接参与者,其活性高低可反映土壤物质
转化、能量代谢、污染物降解等过程能力的强弱[29],
特别是脱氢酶、过氧化氢酶、磷酸酶等[17] .不同根系
分泌物剂量处理下芘污染土壤中酶活性见表 3. 由
表 3 可知,各处理间,过氧化氢酶和磷酸酶活性较对
照波动小,激活及抑制作用不显著. 相比而言,脱氢
酶响应则显现较高敏感性,均呈现不同程度的激活
效应,添加 32郾 75 mg TOC·kg-1根系分泌物处理时
激活效果最佳,响应值变幅高达 147% ,其变化趋势
与土壤微生物生物量和主要群落结构的变化趋势一
致,说明添加根系分泌物<32郾 75 mg TOC·kg-1时,
土壤微生物更易将根系分泌物作为其自身生长所需
的碳、氮源加以利用,增强微生物分泌脱氢酶的能
力.土壤脱氢酶是典型胞内酶,能催化有机物质的脱
氢反应,其活性是对土壤解毒能力的定量表征[30] .
表 3摇 根系分泌物浓度对芘污染土壤中酶活性的影响
Table 3摇 Effects of the amount of root鄄exudates on enzyme
activities in pyrene contaminated soil
根系分泌物量
Amount of
root鄄exudates
(mg TOC·
kg-1)
过氧化氢酶
Catalase
(mL KMnO4
·kg-1)
脱氢酶
Dehydrogenase
(mg TPF·
kg-1)
磷酸酶
Phosphatase
(mg P2O5
·kg-1)
0 1郾 61依0郾 03a 1郾 97依0郾 33a 131郾 23依7郾 21a
16郾 38 1郾 61依0郾 01a 2郾 53依0郾 42c 132郾 51依8郾 31a
32郾 75 1郾 62依0郾 01a 4郾 78依0郾 57b 129郾 33依11郾 03a
65郾 50 1郾 61依0郾 02a 2郾 37依0郾 43c 130郾 95依8郾 11a
131郾 00 1郾 62依0郾 01a 2郾 19依0郾 25a 134郾 74依8郾 56a
不同字母表示处理间差异显著(P<0郾 05) Different letters meant sig鄄
nificant difference among treatments at 0郾 05 level.
因此,根系分泌物添加浓度<32郾 75 mg TOC·kg-1时
对土壤脱氢酶的显著激活作用,表明此时的微生物
活性和土壤环境更有利于有机污染物芘的降解,这
也验证了污染土壤中芘降解变化特征与微生物生物
量和群落变化之间的关系.
3摇 结摇 摇 论
污染土壤中芘的残留量随着根系分泌物添加剂
量的增加呈现先下降后上升的非线性变化趋势,芘
残留量的最低值的根系分泌物添加剂量是 32郾 75
mg TOC·kg-1,表明此浓度根系分泌物显著促进污
染土壤中芘的降解.
芘污染土壤中土壤微生物生物量碳和微生物熵
随着根系分泌物添加剂量的增加呈现先上升后下降
的变化趋势,最大值的根系分泌物添加剂量是
32郾 75 mg TOC·kg-1,表明土壤微生物随根系分泌
物剂量变化可能是污染土壤中芘残留量随根系分泌
物添加剂量变化的生态机制.
芘污染土壤中土壤微生物群落中细菌占主导地
位,而细菌中革兰氏阴性菌又占相对优势,其次为真
菌和放线菌,最后是丛枝菌根真菌.细菌随根系分泌
物添加剂量的变化趋势与芘降解变化特征一致,表
明芘的降解以细菌为主,根系分泌物主要通过影响
细菌群落的数量,进而影响芘的降解变化特征.
芘污染土壤中,能催化有机物质脱氢反应的胞
内酶———脱氢酶对不同剂量根系分泌物处理显现较
高敏感性,均显现不同程度的激活效应,其变化趋势
与土壤微生物生物量和主要群落结构的变化趋势一
致,进一步证明了土壤微生物随根系分泌物剂量变
化是污染土壤中芘残留量随根系分泌物添加剂量变
化的生态机制.
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作者简介 摇 谢晓梅,女,1970 年生,博士,高级工程师. 主要
从事污染生态化学研究. E鄄mail: xiexiaomei@ zju. edu. cn
责任编辑摇 肖摇 红
4272 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷