全 文 ：中国生态农业学报 2016年 5月 第 24卷 第 5期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, May 2016, 24(5): 652659


* 国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2012AA101401)资助
** 通讯作者: 王伟, 主要从事微生物微生态方面的研究。E-mail: weiwang@ecust.edu.cn
程娟, 研究方向为微生物生态学。E-mail: chengjuan1991@163.com
收稿日期: 20151116 接受日期: 20160114
* The study was supported by the National High-tech R&D Program of China (863 Program) (No.2012AA101401).
** Corresponding author, E-mail: weiwang@ecust.edu.cn
Received Nov. 16, 2015; accepted Jan. 14, 2016
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.151220
毒死蜱对棉花根际土细菌群落多样性和结构的影响*
程 娟 万婷婷 赵慧慧 王 伟**
(华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室 上海 200237)
摘 要 通过室内盆栽试验模拟自然环境条件, 采用高效液相色谱(HPLC)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)
技术, 研究了土壤使用推荐剂量(5 mg·kg1)及推荐剂量的 2倍、3倍和 4倍(10 mg·kg1、15 mg·kg1、20 mg·kg1)
毒死蜱对棉花根际土壤细菌群落多样性和结构的影响, 以不施用毒死蜱的土壤为对照。结果表明, 5 mg·kg1、
10 mg·kg1、15 mg·kg1和 20 mg·kg1毒死蜱在土壤中的半衰期分别为 10.04 d、11.36 d、11.55 d和 12.16 d, 60 d
时基本完全降解。毒死蜱处理 60 d后, 棉花生物量显著降低; 毒死蜱浓度越高, 棉花生物量越低。无毒死蜱条
件下不同取样时间根际细菌多样性无显著差异, 毒死蜱处理组前 30 d细菌多样性均显著降低, 60 d时毒死蜱处理
组细菌多样性恢复到正常水平。研究发现毒死蜱浓度越高对细菌多样性抑制作用越显著, 恢复越缓慢。主成分
分析结果发现, 第 10 d、30 d和 60 d毒死蜱处理组与对照组细菌群落结构差异显著, 其中 60 d时 20 mg·kg1毒
死蜱处理组差异最显著, 即使土壤中毒死蜱完全降解, 根际细菌群落结构仍不会恢复到正常水平。60 d时, 被
毒死蜱抑制的细菌有硝化刺菌属(Nitrospina sp.)和 Cellulophaga sp.等, 被激活的有芽孢杆菌属(Bacillus sp.)和
链霉菌属(Streptomyces sp.)等。可见, 毒死蜱的引入, 重新构建了土壤细菌群落结构, 显著影响棉花生长, 对棉
花根际土壤微生态环境冲击较大, 应对其生态安全性予以重视。
关键词 毒死蜱 半衰期 棉花生物量 根际土细菌 群落多样性 群落结构
中图分类号: X172 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2016)05-0652-08
Changes in cotton rhizosphere soil bacterial community diversity and
structure induced by chlorpyrifos*
CHENG Juan, WAN Tingting, ZHAO Huihui, WANG Wei**
(State Key Laboratory of Bioreactor Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)
Abstract Indoor pot experiment simulating the natural environment conditions along with high efficiency liquid
chromatography (HPLC) method and terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) techniques was conducted
to investigate the effect of chlorpyrifos on bacterial community diversity and structure of cotton rhizosphere soil. Chlorpyrifos
doses in the experiment were 5 mg·kg1 (recommended dose), 10 mg·kg1, 15 mg·kg1 and 20 mg·kg1, with no chlorpyrifos
addition as the control treatment. Diversity indices (including Shannon-Weiner index and Simpson index) were used to
evaluate bacterial community diversity. Principal component analysis (PCA) was conducted to determine changes in bacterial
community structure. Then the MiCA web tool was used for taxonomic interpretation of TRFs. The results suggested that the
degradation half-life of chlorpyrifos doses of 5 mg·kg1, 10 mg·kg1, 15 mg·kg1 and 20 mg·kg1 were 10.04 d, 11.36 d, 11.55 d
and 12.16 d, respectively. After 60 days of treatment, chlorpyrifos was almost completely degraded. At the end of the
experiment (60 days after treatment), cotton biomass significantly decreased with increase of chlorpyrifos dose. Plant root
growth was also significantly inhibited by chlorpyrifos. The soil rhizosphere bacterial community diversity under chlorpyrifos
treatments decreased significantly after 10 d and 30 d of treatment compared with that of control. There was no significant
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difference between the 10 d and 30 d treatments in terms of diversity indexes under all chlorpyrifos treatments. Soil
rhizosphere bacterial community diversity of chlorpyrifos application treatments almost recovered to the normal level after 60
days. With the concentration of chlorpyrifos increasing, bacterial community diversity decreased and recovery time became
longer. The bacterial community structure was significantly different between chlorpyrifos treatments and the control,
respectively, at 10 d, 30 d and 60 d after treatment, even though chlorpyrifos was almost completely degraded at 60 days. The
difference between chlorpyrifos treatments and the control was increased at 60 d after treatment, and 20 mg·kg1 chlorpyrifos
treatment had the most significant difference. Also 60 d after treatment, Nitrospina sp. and Cellulophaga sp. were inhibited
whereas Bacillus sp. and Streptomyces sp. enhanced by the presence of chlorpyrifos. This showed that rhizosphere soil
bacterial community was restructured after treatment with chlorpyrifos. In conclusion, the study presented a comprehensive
evaluation of the effects of chlorpyrifos on cotton rhizosphere soils bacterial community diversity and structure. It suggested
that recommended or higher doses of chlorpyrifos resulted in cotton rhizosphere soil bacterial community restructuring with a
significantly adverse effect on cotton growth and soil bacterial communities, which was need to pay close attention to
ecological security of chlorpyrifos using.
Keywords Chlorpyrifos; Half-life; Cotton biomass; Rhizosphere soil bacterial; Community diversity; Community structure
毒死蜱是一种广谱含氯有机磷杀虫剂、杀线虫
剂、杀螨剂, 用于棉花、水稻等农作物以及草坪和
观赏植物病虫害的防治, 自 1965年问世就在世界各
地被广泛使用, 因其价格便宜、购买方便, 其销量高
于其他种类农药[13]。据中国农药市场 2012 年报告
显示, 全球毒死蜱需求量以每年 10%的比率增长[4]。
2015年中国毒死蜱产量每月达 4 000 t, 预计会继续
增加。毒死蜱能吸附在土壤颗粒、有机质、黏土矿
物质上, 移动性差, 药效持久。毒死蜱的半衰期与其
使用量、土壤类型、土壤微生物及气候条件等相关,
短至几周, 长可达 4年之久[5]。长期反复使用毒死蜱,
会使其大量积累, 可能威胁到土壤微生物群落与功
能的稳定性、农业的可持续发展及人类的健康[5]。
土壤微生物群落是农田生态系统的重要成员 ,
参与土壤矿质营养转化, 在土壤营养物质循环及维
持作物正常生长中起着重要作用, 是维持农田土壤
生态系统稳定不可或缺的重要角色之一, 是监测土
壤质量及其可持续性发展的可靠指标[67]。
目前, 国内外对毒死蜱的研究主要集中在毒死
蜱对土壤微生物生物量、呼吸、酶活、矿物质循环
的影响, 以及毒死蜱降解菌株的筛选等方面。如研
究指出 10~300 mg·kg1毒死蜱显著抑制土壤中好养
固氮细菌、总细菌量以及氮固定[8]。Shan 等[9]研究
表明 2~10 mg·kg1毒死蜱在短期内会显著抑制土壤
中总细菌量以及酶活性 , 毒死蜱浓度越高抑制作
用越强 , 抑制时间也越久。毒死蜱农田推荐剂量
(5 mg·kg1)显著抑制壤质砂土脱氢酶活性以及 Fe3+
还原[10]。4~12 mg·kg1 毒死蜱两周内抑制土壤微生
物群落多样性[11]。Alcaligenes sp. JAS1[12]、Bacillus
pumilus strain C2A1[13]、Acinetobacter calcoaceticus[14]
以及 Streptomyces sp.[15]等均具有降解毒死蜱的能
力。以上都是针对毒死蜱对未种植植物的非根际土
壤的研究, 目前为止, 鲜有毒死蜱对作物根际土微
生物群落影响方面的研究。在国内毒死蜱主要用于
棉花等重要农作物的虫害防治, 但目前针对毒死蜱
对棉花根际土壤微生物群落多样性和结构的影响方
面研究还少有报道。因此, 开展毒死蜱使用后对农
田作物根际土壤微生物群落多样性和结构的研究具
有重要意义。
目前, 用于分析环境微生物群落结构和多样性
的研究方法主要有磷脂脂肪酸技术(PLFA)、末端限
制性片段长度多态性(T-RFLP)、核糖体间隔基因分
析(RISA)、变性/温度梯度凝胶电泳(DGGE/TGGE)、
单链构象多态性(SSCP)、扩增核糖体基因限制性分
析(ARDRA)等。其中 T-RFLP 具有快速、高重复性
以及可在 RDP数据库比对等优点而被广泛应用于微
生物群落结构分析[16]。
本研究通过室内盆栽试验模拟自然环境条件 ,
采用高效液相色谱(HPLC)和 T-RFLP 技术, 分析不
同剂量毒死蜱使用后对棉花根际土壤细菌多样性和
结构的影响, 以期揭示毒死蜱对棉花根际土壤微生
物生态环境是否存在危害, 为毒死蜱的使用安全性
评价提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 材料
供试棉花品种为‘冀棉 169’; 毒死蜱(江苏苏州佳
辉化工有限公司)剂型为乳油, 有效成分含量 480 g·L1。
1.2 方法
1.2.1 试验土壤采集与预处理
试验土壤采自上海市农业科学院试验田(121.48′E,
30.95′N), 为近 10 年内未使用农药的土壤。5 点采
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样, 弃除距地表 10~15 cm的表层土, 挖取距地表 15~
30 cm的土壤。室温风干, 搅拌均匀, 过 2 mm筛。
分装于 PVC花盆(口径 17 cm, 高 13.5 cm)中。
1.2.2 盆栽试验设计
棉花种子表面消毒: 70%的乙醇连续 30 s冲洗两
次, 再用灭菌蒸馏水冲洗。对棉花种子进行催芽后[17],
每盆播种 10颗。置于光照培养箱内, 白天 23 , ℃ 晚
间 18 , ℃ 每天光照 12 h。浇灌无菌水, 使土壤含水量
维持在 60%左右。待幼苗长出两片子叶后, 移除多余
幼苗, 每盆留两棵生物量相仿的幼苗。盆栽试验共设
置 4 个毒死蜱浓度处理组和不加毒死蜱的对照组。4
个处理组土壤中毒死蜱的含量分别为 5 mg·kg1(推荐
剂量)、10 mg·kg1、15 mg·kg1和 20 mg·kg1。每组设
3个重复, 共 45盆。试验共持续 60 d。采集第 0 d、
10 d、30 d和 60 d时的土样用于后续的土壤细菌群
落多样性和结构分析及毒死蜱残留量检测。
1.2.3 棉花生物量测量
试验结束后(处理 60 d), 每个处理组收获 3株棉
花, 测量表征植物生长状况的生物量, 包括株高、茎
鲜/干重、根鲜/干重。
1.2.4 土壤中毒死蜱残留量检测
研究表明高效液相色谱技术(HPLC)能精确地检
测土壤等样本中毒死蜱的含量[11,18]。将土样自然风
干 1 h, 称取 10.0 g置于 250 mL三角瓶中, 加入 20 mL
乙腈, 摇床上 120 r·min1震荡 30 min[12]。真空抽滤,
滤液转移至 250 mL 烧瓶, 浓缩至近干, 乙腈定容,
过 0.22 μm 有机滤膜 [19]。 HPLC 检测条件 :
Agilent1100 高效液相色谱仪(HPLC), 紫外检测器 ,
COSMOSIL 5C18-MS-Ⅱ反向色谱柱(5 μm 4.6 mm
I.D.×250 mm*), 流动相为乙腈∶水=70 30(∶ v/v), 流
速 1.0 mL·min1, 检测波长 230 nm, 柱温 25 , ℃ 进
样量 20 μL。毒死蜱的出峰时间为 18.3 min。
1.2.5 基于 T-RFLP的细菌群落分析
使 用 PowerSoil DNA Isolation Kit (Mobio
Laboratories, Carlsbad, CA, USA)试剂盒提取根际土
壤总DNA。选用细菌特有的通用引物27f(5-AGA
GTT TGA TCC TGG CTC AG-3)和1492r(5-GGT
TAC CTT GTT ACG ACT T-3)扩增细菌16S rRNA基
因 , 上游引物27f用6-FAM(6-carboxyfluorescein)标
记5末端[20]。采用Touch-Down PCR扩增条件进行扩
增[21]。限制性内切酶HaeⅢ和HhaⅠ酶切37 , 3 h℃ [22]。
酶切产物T-RFLP检测得到图谱。
1.2.6 T-RFLP数据处理与分析
T-RFLP图谱用Genemapper进行分析。小于50 bp
和大于500 bp的限制性末端片段(TRF)舍去。TRF在3
次重复中单独存在的舍弃 , 取有重复的TRF(2/3或
3/3)用于后续分析。相对含量小于1 %的TRFs舍弃,
相对含量小于1%的TRFs不会对群落特性产生明显
的影响[23]。使用Past 2.02软件[24], 进行主成分分析
(PCA)以及多样性指数分析微生物群落多样性和结
构 [25]。将TRFs在MiCA3网站(http://www.mica.ibest.
uidaho.edu/)上选用RDP数据库进行比对[26], 得出微
生物种属变化。
2 结果与分析
2.1 土壤中毒死蜱残留量
空白样品的HPLC图谱如图1所示, 空白样品中
未检测出毒死蜱, 可见采集的土壤适合于本试验研
究。土壤中毒死蜱的降解符合一级降解动力学方程
Ct=C0ekt[12]。5 mg·kg1、10 mg·kg1、15 mg·kg1和
20 mg·kg1处理土壤中毒死蜱的降解动力学方程分
别为Ct=5e0.069t、Ct=20e0.061t、Ct=15e0.06t和Ct=10e0.057t,
半衰期分别为10.04 d、11.36 d、11.55 d和12.16 d, 第
60 d时土壤中的残留量分别为0.08 mg·kg1、0.33 mg·kg1、
0.41 mg·kg1和0.51 mg·kg1。毒死蜱在土壤中的降解
曲线如图2所示。

图 1 空白土样高效液相色谱图(HPLC)
Fig. 1 High efficiency liquid chromatography (HPLC)
chromatogram of blank soil

图 2 土壤中不同使用量毒死蜱的降解曲线
Fig. 2 Degradation curves of chlorpyrifos in soil under
different chlorpyrifos concentrations application
第 5期 程 娟等: 毒死蜱对棉花根际土细菌群落多样性和结构的影响 655


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2.2 毒死蜱对棉花生长的影响
4组毒死蜱处理组处理60 d时, 棉花地上部分和
地下部分生物量都显著降低(表 1)。其中, 5 mg·kg1
和10 mg·kg1毒死蜱处理组相比较 , 棉花生物量无
显著差异。15 mg·kg1 和20 mg·kg1毒死蜱处理组间
相比较, 除株高差异显著外, 其他器官生物量无显
著差异。毒死蜱浓度越高, 对棉花的生长抑制作用
越显著, 棉花生物量越低。
表 1 第 60 d不同浓度毒死蜱处理下棉花生长状况
Table 1 Cotton biomass in different chlorpyrifos’ concentration treatments after 60 days
毒死蜱用量
Chlorpyrifos concentration
(mg·kg1)
株高
Stem length
(cm)
茎鲜重
Stem fresh weight
(g·plant1)
根鲜重
Root fresh weight
(g·plant1)
茎干重
Stem dry weight
(g·plant1)
根干重
Root dry weight
(g·plant1)
0 26.01±1.47a 5.16±0.38a 0.32±0.054a 1.00±0.094a 0.094±0.018a
5 21.57±1.10b 3.28±0.26b 0.23±0.052ab 0.61±0.094b 0.060±0.028ab
10 19.74±1.32bc 2.83±0.30bc 0.13±0.045cb 0.47±0.063bc 0.042±0.010cb
15 15.86±0.85cd 1.59±0.13d 0.07±0.014cd 0.26±0.028cd 0.026±0.008bcd
20 10.78±1.25e 0.79±0.06d 0.04±0.005cd 0.15±0.002d 0.014±0.002cd
同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Different lowercases in a column indicate significant difference among treatments at 0.05
level.

2.3 毒死蜱对棉花根际土细菌群落多样性的影响
酶切图谱和多样性指数结果均显示, HhaⅠ酶切
样品细菌多样性略高于HaeⅢ酶切, 故后续分析采
用HhaⅠ酶切结果。以HhaⅠ酶切样品细菌群落多样
性指数见表2。棉花不同生长期其根际细菌群落多样
表 2 不同浓度毒死蜱处理不同时间棉花根际土细菌
群落多样性指数
Table 2 Diversity indexes of cotton rhizosphere soil bacterial
community in different chlorpyrifos’ concentration treatments
after 10, 30 and 60 days
毒死蜱用量
Chlorpyrifos
concentration
(mg·kg1)
处理时间
Treatment time
(d)
香农–威纳指数(H’)
Shannon-Weiner
index
辛普森指数(D)
Simpson index
0 2.81±0.003a 0.92±0.000 3
10 2.56±0.085bA 0.90±0.012 0
30 2.61±0.026bA 0.90±0.002 0
对照
Control
60 2.54±0.044bA 0.88±0.002 4
10 2.05±0.019bB 0.78±0.002 6
30 2.20±0.057bB 0.81±0.009 6
5
60 2.62±0.088aA 0.90±0.007 3
10 2.04±0.053bB 0.76±0.010 0
30 2.19±0.110bB 0.81±0.036 0
10
60 2.68±0.029aA 0.92±0.001 0
10 2.01±0.029bB 0.78±0.012 0
30 2.11±0.023bB 0.82±0.002 4
15
60 2.60±0.089aA 0.89±0.007 4
10 1.97±0.051bB 0.79±0.016 0
30 2.05±0.040bB 0.75±0.016 0
20
60 2.40±0.100cA 0.88±0.008 6
同列不同小写字母表示同一浓度毒死蜱处理不同时间差异显著
(P<0.05), 同列不同大写字母表示同一时间不同毒死蜱处理差异显
著 (P<0.05)。Different lowercases in a column indicate significant
differences at 0.05 level among different sampling times of the same
concentration of chlorpyrifos. Different capital letters indicate
significant differences at 0.05 level among different concentrations of
chlorpyrifos at the same sampling time.
性无显著差异。所有浓度毒死蜱处理组与对照组相
比, 第 10 d和 30 d时细菌群落多样性指数均显著低
于对照组, 60 d时与对照组无显著差异; 4组毒死蜱
处理组内不同时间相比, 细菌多样性有相似的变化
规律, 第 10 d与 30 d之间相比细菌群落多样性无显
著性差异, 第 10 d与 60 d相比细菌群落多样性差异
显著, 第 30 d与 60 d相比细菌群落多样性同样差异
显著, 表现为前期多样性指数更低。相同处理时间,
毒死蜱浓度越高, 细菌群落多样性指数越低。可见,
毒死蜱浓度越高, 对根际微生物群落多样性抑制作
用越强, 多样性指数恢复时间也越久。60 d时, 所有
毒死蜱处理组根际土壤细菌群落多样性全部恢复到
正常水平。
2.4 毒死蜱对棉花根际土细菌群落结构的影响
为了提高主成分分析结果精确率, 仅以 3 次重
复中均出现的 TRFs 用于 PCA 分析。以 HhaⅠ酶切
样品细菌群落 PCA结果如图 3所示, 成分 1和成分
2分别占 67.5%和 15.0%, 二者之和达 80%以上。根
据距离远近, 可以将获得的 16组样品数据归为 3大
簇。对照组第 0 d、10 d、30 d和 60 d归为一大簇, 所
有浓度毒死蜱处理组中第 10 d和 30 d归为一大簇,
所有浓度毒死蜱处理组第 60 d归为一大簇。结果表
明, 毒死蜱和植物各自对根际土壤细菌群落结构演
变均具有不同程度的选择压力, 所有浓度毒死蜱在
第 10 d已经突显出对细菌群落结构组成的选择压力,
植物(对照组)在第 30 d 突显出对细菌群落结构组成
的选择压力, 毒死蜱的存在对根际细菌群落组成的
选择压力更为突出。第 10 d、30 d、60 d时, 所有
浓度毒死蜱处理组距离对照组均较远。第 60 d 时,
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图 3 不同浓度毒死蜱处理棉花根际土壤细菌群落
主成分分析
Fig. 3 Principal component analysis of cotton rhizosphere soil
bacterial communities under different chlorpyrifos’
concentrations treatments
A表示无毒死蜱对照组, B~E分别表示5 mg·kg1、10 mg·kg1、
15 mg·kg1、20 mg·kg1毒死蜱处理。0表示试验处理前, 1、3、6分
别表示处理后10 d、30 d、60 d。 In the figure, A represents control
without any chlorpyrifos. BE represent 5 mg·kg1, 10 mg·kg1, 15
mg·kg1 and 20 mg·kg1 chlorpyrifos treatments, respectively. 0
represents the sample before treatment. 1, 3 and 6 represent samples
at 10 days, 30 days and 60 days after treatment.

毒死蜱处理组与对照组的距离由近到远的顺序为
5 mg·kg1、10 mg·kg1、15 mg·kg1、20 mg·kg1。可
见, 毒死蜱浓度越高, 对根际细菌群落选择压力越
大; 随着时间的推移, 无恢复到正常水平趋势。
2.5 TRFs物种分类
为了提高物种分类结果的精确率及简化结果 ,
仅以3次重复中均出现的TRFs用于物种分类分析。以
HhaⅠ酶切样品获得的T-RFLP图谱, 60 d时对照组和
5 mg·kg1、10 mg·kg1、15 mg·kg1、20 mg·kg1浓度
毒死蜱处理组共获得39种TRF。不同长度TRF的分布
及相对含量如表3所示。受毒死蜱抑制的TRFs主要有
68、89、94、98、175、350等, 被毒死蜱激活的TRFs
主要有79、91、93、215、366等。将受毒死蜱抑制
和激活的TRFs在MiCA3网站上选用RDP数据库比对,
得到的属水平细菌如表4所示。毒死蜱处理60 d时,
被抑制的细菌有硝化刺菌属(Nitrospina sp.)、噬纤维
素菌属 (Cellulophaga sp.)等, 被激活的有芽孢杆菌属
(Bacillus sp.)、链霉菌属(Streptomyces sp.)、Magnetococcus
sp.等。
3 讨论与结论
国内棉花等农作物虫害防治中, 毒死蜱是使用
最广泛的有机磷农药。根际土细菌群落在农田生态
系统稳定及营养物质循环中起着重要作用。研究毒
死蜱对棉花农田生态系统中土壤微生物种群多样
性和结构的影响, 对农田生态系统的可持续发展意
义重大。
试验结果表明, 1~4倍毒死蜱推荐使用量在土壤
中的半衰期分别为10.04 d、11.36 d、11.55 d和12.16 d,
60 d时土壤中毒死蜱近乎完全降解。1~4倍毒死蜱推
荐使用量前30 d显著抑制根际土细菌群落多样性 ,
60 d时恢复到正常水平; 毒死蜱浓度越高, 细菌多样
性恢复越慢。同样, 有研究表明4~12 mg·kg1毒死蜱
两周内显著抑制土壤微生物群落多样性, 且浓度越
高抑制程度越强烈, 恢复时间越长, 后期微生物群落
多样性恢复到对照组水平[11]。Pandey等[27]研究也发现
毒死蜱对土壤微生物群落多样性有短暂抑制作用 ,
后期恢复到对照组水平。这可能是因为前期土壤中残
留的毒死蜱抑制细菌群落多样性, 当土壤中毒死蜱
残留量逐渐减少, 细菌群落多样性也逐渐恢复。
第60 d时, 1~4倍毒死蜱推荐使用量处理组根际
细菌群落结构与自然条件下差异显著; 且毒死蜱浓
度越高, 细菌群落结构差异越显著, 4倍毒死蜱推荐
使用量处理组细菌群落结构差异最显著。自然条件
下种植棉花后, 不同采样时间其根际细菌群落结构
间存在较小差异。Bulgarelli等[28]研究同样发现在根
际土壤细菌群落形成过程中, 植物对其存在较小程
度的影响力。毒死蜱处理组, 在60 d时土壤中毒死蜱
近乎完全降解, 而其根际土细菌群落结构与自然条
件下仍存在显著差异。TRFs物种分析发现, 毒死蜱
处理60 d时, 部分细菌相对含量显著改变。可见, 毒
死蜱的引入可导致土壤细菌群落结构重建。同样 ,
Azarbad等 [29]研究表明土壤长期遭受重金属污染 ,
会显著影响细菌群落结构 , 但对细菌多样性无影
响。Newman等[30]指出化学农药显著增加根际变形菌
纲 (Proteobacteria)相对含量 , 显著减少根际酸杆菌
门(Acidobacteria)相对含量。这可能是因为土壤细菌
群落具有应答外界环境变化的功能, 而通过改变自
身细菌群落结构来适应环境变化。
研究发现, 微生物农药如Pseudomonas fluorescens
2P24、Pseudomonas fluorescens CPF10[31]、Trichoderma
atroviride SC1[32]以及苏云金芽孢杆菌菌剂[33]等对根
际土壤微生物群落的影响仅是暂时的 , 后期能恢
复到正常水平。与微生物农药相比 , 毒死蜱对根际
土壤微生态环境产生的冲击较大。可能是因为毒死蜱
的施入改变了土壤的结构或理化性质。Delmont等[34]
认为土壤微生物群落结构是随着土壤环境物理化学
的变化而变化的。Bulgarelli等[28]同样认为根际与非根
际土微生物群落结构主要是由土壤的结构主导的。
第 5期 程 娟等: 毒死蜱对棉花根际土细菌群落多样性和结构的影响 657


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表 3 处理 60 d时对照和毒死蜱处理棉花根际土细菌 TRFs种类及相对含量变化
Table 3 Changes of species and relative abundance of TRFs of cotton rhizosphere soil bacteria after 60 d treatment of different
concentrations of chlorpyrifos
相对含量 Relative abundance (%)
毒死蜱用量浓度 Chlorpyrifos concentration (mg·kg1) TRF 对照组
Control 5 10 15 20
58 2.92 2.16 2.78 2.25 2.06
59 3.12 2.53 1.85 4.53 1.07
63 4.27 1.89 3.01 1.81 1.35
68 1.73 0.00 0.00 0.00 0.00
77 0.00 0.00 0.00 0.00 1.98
79 16.28 24.04 14.06 12.16 13.03
80 1.24 0.00 0.00 0.00 0.00
81 2.69 0.00 1.14 0.00 0.00
89 3.66 15.89 11.46 18.88 21.65
91 0.00 4.62 8.34 8.11 15.72
92 4.04 0.00 0.00 0.00 0.00
93 1.61 0.00 6.84 0.00 6.63
94 0.00 4.69 0.00 3.79 0.00
95 0.00 0.81 3.05 1.25 0.44
97 0.00 0.00 0.00 1.07 0.88
98 1.66 1.23 0.00 0.00 0.00
152 0.86 0.00 0.00 0.83 0.00
175 0.00 1.41 0.00 0.00 0.00
204 0.00 0.00 0.98 0.00 0.00
206 20.81 8.44 10.67 8.77 7.38
211 8.56 8.45 12.20 8.93 7.87
220 2.54 1.92 1.64 2.54 1.08
226 3.97 7.08 8.70 11.39 6.14
234 8.84 6.34 4.47 3.53 5.68
292 1.10 0.00 0.00 0.00 0.00
340 0.00 1.11 1.31 1.46 1.19
350 0.00 1.18 0.00 0.00 0.00
362 0.00 0.00 0.78 1.98 0.00
365 1.80 1.07 0.00 0.00 0.00
366 3.31 0.00 2.47 1.66 1.35
371 2.06 1.60 2.34 1.51 2.02
376 2.08 0.00 0.00 0.92 0.00
384 0.00 0.87 1.19 1.59 1.03

使用1~4倍毒死蜱推荐使用量处理土壤后 , 棉
花根部生长受到显著抑制, 整体生长速度显著降低;
且毒死蜱浓度越高, 棉花生长速度越缓慢, 生长周
期越长。有研究表明毒死蜱可在各种陆生和水生植
物体内积累, 其毒性程度与浓度呈正相关, 如毒死
蜱对地中海白松(Pinus halepensis)、黑麦草(Lolium
perenne)、各种蔬菜、Cenchrus setigerus、梗花狼尾
草(Pennisetum pedicellatum)、白芥(Sinapis alba)、玉
米(Zea mays)和大豆(Glycine max)等幼苗生长均具有
不同程度的抑制作用 [3540]。Dawson等 [41]研究表明
毒死蜱可直接通过抑制植物根部生长而导致植株
生长缓慢。本研究结果表明毒死蜱可直接抑制植物
根部生长, 及通过影响微生物群落间接作用于植物
生长。
T-RFLP 分子技术已经被广泛应用于分析各种
环境样品, 具有快速、高重复性以及可在 RDP 数据
库比对等优点。而 T-RFLP 是基于 PCR 扩增的分子
方法, 因而土壤 DNA 中仅优势菌被扩增; 只能在
658 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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表4 处理60 d时棉花根际土细菌受毒死蜱激活和抑制菌株
Table 4 Induced and inhibited bacterial genus in cotton
rhizosphere soil after 60 d treatment of chlorpyrifos
激活菌株的属
Genus of induced strain
抑制菌株的属
Genus of inhibited strain
Arcicella sp. Cellulophaga sp.
芽孢杆菌属 Bacillus sp. 梭形杆菌属 Fusobacterium sp.
拟杆菌属 Bacteroides sp. 革兰菌属 Gramella sp.
伯克氏菌属 Burkholderia sp. 颗粒链菌属 Granulicatella sp.
二氧化碳嗜纤维菌属
Capnocytophaga sp.
微球菌属 Micrococcus sp.
Chloroflexus sp. 硝化刺菌属 Nitrospina sp.
脱硫弧菌属 Desulfovibrio sp. 叶杆菌属 Phyllobacterium sp.
长绳菌属 Longilinea sp. 浮霉状菌属 Planctomyces sp.
Magnetococcus sp. 嗜冷杆菌属 Psychrobacter sp.
分支杆菌属 Mycobacterium sp. 沙雷氏菌属 Serratia sp.
盐水球菌属 Salinicoccus sp. 葡萄球菌属 Staphylococcus sp.
链霉菌属 Streptomyces sp. 地杆菌属 Terrabacter sp.
海栖热袍菌属 Thermotoga sp. 高温黄色微菌属
Thermoflavimicrobium sp.
贪噬菌属 Variovorax sp.

RDP数据库注释到属, 不能深入到种水平; 无法研
究土壤微生物的功能基因变化。
可见, 土壤中毒死蜱含量在 1 倍及以上推荐剂
量, 会显著影响棉花生长; 引起土壤细菌群落结构
重构, 且当土壤中毒死蜱基本降解完全时, 新演变
成的细菌群落结构仍不会恢复到正常水平; 毒死蜱
浓度越高, 新演变成的细菌群落结构与正常水平差
异越大。毒死蜱对棉花根际土壤微生态环境冲击较
大, 应对其生态安全性予以重视。本研究探讨了毒
死蜱对棉花根际土细菌群落多样性和结构的影响 ,
今后将进一步采用高通量测序技术研究毒死蜱在土
壤中的长效作用, 以揭示毒死蜱对植物根际土微生
物群落种属及功能基因的影响, 为评估毒死蜱对环
境微生物的生态安全性及农田生态系统的可持续发
展提供关键信息。
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