典型汞矿区土壤丛枝菌根真菌多样性及影响因素研究

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土壤汞污染对于土壤生态健康、食品安全、人体与社会安全等均构成很大的威胁,土壤汞污染修复已逐步成为该领域的研究热点。目前常见的汞污染修复技术有物理修复技术、化学修复技术、植物修复法和微生物修复法等生物修复技术,其中,生物修复技术因其具有较小的副作用,较低的成本,以及生态友好性等优点而备受关注。丛枝菌根真菌(AM真菌,AMF)是一种在土壤生态系统中广泛存在的微生物,这种微生物能够和绝大多数植物根系互惠共生形成菌根。AM真菌可以通过菌丝扩大植物根系吸收等直接作用和改变植物的生理生态等间接作用提高宿主植物对重金属毒害的耐性,进而对植物生长发育和对重金属吸收转运产生影响,这使得AM真菌在土壤汞污染修复中具有潜在的利用价值。充分研究汞污染土壤中AM真菌的种质资源以及群落结构多样性,是将AM真菌应用于土壤汞污染修复、探究AM真菌对于汞在土壤-植物体系中迁移转化、保障汞污染地区食品安全的前提和基础。本研究选取贵州省铜仁市典型汞矿区优势植物根际土壤为研究对象,采用高通量测序技术对汞矿区土壤AM真菌群落结构进行分子生物学鉴定,辅以对AM真菌孢子进行形态学鉴定,旨在探究铜仁市典型汞矿区AM真菌群落结构特征;通过对根系土壤理化性质、土壤汞含量以及甲基汞含量的测定,探讨汞矿区土壤性质与汞的含量、形态对于AM真菌群落结构多样性的影响。以期为汞污染土壤中优势AM真菌菌种、优势植物筛选提供依据,为AM真菌在土壤植物体系中汞的作用研究提供支撑材料。主要研究结果如下:(1)本研究对万山汞矿区土壤理化性质进行了分析。结果发现万山汞矿区土壤中全汞含量变化范围较大,整体介于1.9-353 mg/kg,且存在很大的空间差异性。其中,大水溪尾矿库、冲脚矿区出矿口具有较高的汞含量,范围和均值分别为 30.6~353 mg/kg 和 114 mg/kg,3.34~241 mg/kg 和 100 mg/kg。各样地土壤甲基汞含量较少,与本研究所设置的对照样地相比,这一数值并不存在显著的差异性。万山汞矿区土壤pH整体呈偏碱性。(2)本研究发现,万山汞矿区土壤AM真菌多样性极为丰富,其中,球囊霉属具有最高的相对丰度,为万山汞矿区的优势属。多样孢囊霉属为分子生物学鉴定出的第二优势属。变形球囊霉、层状球囊霉分别为各样地的优势种。与各样地研究结果相比,对照样地高楼坪乡土壤中未检测出无梗囊霉属和原囊霉属。(3)Sobs指数、Chao指数、Shannon指数、Simpson指数结果均显示汞矿区土壤AM真菌多样性在梅子溪尾矿库和三百吨冶炼厂两个样地呈现出较高的多样性水平。(4)土壤汞含量、速效磷和全钾与AM真菌多样性存在显著的相关性。其中,在较低的土壤全汞含量水平下,Shannon指数与土壤全汞含量呈显著正相关,在较高的土壤全汞含量水平下,Shannon指数与土壤全汞含量呈负相关。这可能是因为在土壤全汞含量较低时,AM真菌对于重金属胁迫具有一定的耐受能力,同时,AM真菌及其宿主植物之间存在一种“相互奖励”机制。在土壤汞含量较高时,过高的重金属浓度会对多数AM真菌产生毒害,仅有耐性极强的AM真菌可以存活,进而使得AM真菌多样性降低。土壤速效磷(R2=0.132)、全钾(R2=0.244)含量与土壤AM真菌多样性呈显著性负相关。土壤全氮、碱解氮、速效钾与土壤AM真菌多样性呈显著性正相关;土壤全磷、有机碳和pH与土壤AM真菌多样性呈非显著性负相关。
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