不同氮肥对Arthrobacter sp.DNS10消减玉米农田黑土中阿特拉津残留的影响

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:hf4057
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本研究以前期筛选获取阿特拉津降解菌株Arthrobacter sp.DNS10为供试菌株,着重考察了三种不同氮肥(硝态氮-硝酸钠、铵态氮-硫酸铵、酰胺态氮-尿素)投加下对菌株DNS10消减玉米农田黑土中阿特拉津残留的作用的影响,主要得到如下研究结果:(1)通过对各修复处理土壤阿特拉津残留量测定发现:在修复阶段的第3 d时,接入菌株DNS10但未施氮肥的修复处理组土壤阿特拉津的残留量为7.75 mg·kg-1,而同样接入菌株DNS10且分别投加硝酸钠、硫酸铵和尿素三种修复处理土壤样品中阿特拉津的残留量分别为8.95 mg·kg-1,5.03 mg·kg-1和4.70 mg·kg-1。施入氮肥能够在一定程度上提升菌株DNS10对阿特拉津的去除效果,尿素对菌株DNS10消减土壤中阿特拉津残留的促进效果更佳。比较不同修复处理玉米幼苗阿特拉津含量发现氮肥的添加可以显著降低阿特拉津在玉米幼苗的积累,相比于未施氮处理组,硝酸钠处理组玉米幼苗叶片和根部阿特拉津含量分别减少了20.5%和2.1%,硫酸铵处理组分别减少了41.8%和14.8%,尿素处理组分别减少了42.4%和36.3%。利用扫描电镜观察到,氮肥的添加可以促进玉米幼苗根表生物膜的形成,添加尿素的处理玉米幼苗根表生物膜较为致密,而硝酸钠与硫酸铵处理则较为稀疏。由qPCR分析结果可知:上述三种氮肥投加处理玉米幼苗根表阿特拉津氯水解酶基因(trz N)的表达量是对照处理(无氮肥投加)该基因表达量的1.24倍、1.42倍、1.84倍,说明氮肥的投加可以促进玉米幼苗根表降解基因trz N的表达,其促进规律与氮肥对玉米幼苗根表生物形成的促进规律一致。氮肥的投加可促进阿特拉津降解微生物在玉米根表的成膜与功能基因的表达,降低土壤阿特拉津残留量,缓解土壤中阿特拉津向玉米幼苗体内的富集,其中尿素的促进作用好于其他两种氮肥。(2)对于玉米幼苗的生长指标方面,株高、干重、鲜重均会受到阿特拉津的抑制作用,分别降低2.1%,8.0%,5.0%。接入菌株DNS10进行修复可以缓解阿特拉津对玉米幼苗生长的胁迫,使各项指标均可以恢复至未受胁迫时的水平。硝酸钠、硫酸铵和尿素的添加均可以促进修复试验中玉米幼苗的生长,株高、干重、鲜重比未施氮肥的修复处理分别提高了9.1%10.4%,67.3%70.3%,17.4%44.2%,三种氮肥促进效果相似,均为达到显著差异水平。对于玉米幼苗生理指标方面,在受阿特拉津胁迫时,玉米幼苗叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)、类胡萝卜素含量分别下降了28.2%、48.0%、35.8%、16.8%,而接入菌株DNS10进行修复时可以恢复至未受胁迫水平并有一定提升,分别提升了51.6%、37.3%、47.3%、27.2%。投加氮肥的修复处理四项指标有进一步的升高,叶绿素a含量提高了111.3%192.1%,叶绿素b提高了164.0%248.7%,叶绿素(a+b)含量提高了129.6%203.4%,类胡萝卜素含量提高了40.9%62.8%,与未施氮肥的修复处理相比均达到显著差异水平,尿素的添加促进效果强于其他两种氮肥。玉米幼苗暴露于阿特拉津环境中时会使丙二醛(MDA)在根部积累,出现氧化损伤。接入菌株DNS10的修复处理中,未投加氮肥、投加硝酸钠、投加硫酸铵以及投加尿素的处理玉米幼苗根部MDA积累量分别下降了23.8%,16.6%,36.0%和51.4%。证明了菌株DNS10可以缓解阿特拉津对玉米幼苗造成的氧化胁迫,并且硫酸铵与尿素的添加可以促进这一缓解作用。玉米幼苗叶片可溶性糖含量与全氮含量受阿特拉津影响较不明显,而受微生物影响较为明显,未受阿特拉津污染接入DNS10的处理可溶性糖含量及全氮含量分别上升了8.3%和31.7%。氮肥的投加一方面促进了玉米幼苗根系微生物活动并且提供了充足的养分,使玉米幼苗可溶性糖含量与全氮含量进一步提高,三种氮肥促进效果相似。阿特拉津的添加会降低玉米幼苗叶片全磷含量且菌株DNS10进行修复后其叶片全磷含量也没有明显提高,而修复处理时添加硫酸铵可以使玉米幼苗叶片含量达到未受阿特拉津胁迫时的水平。综合考察不同氮肥投加下DNS10修复阿特拉津污染效果差异以及修复过程对玉米幼苗生理状态的影响,可以得出:添加尿素在菌株DNS10修复阿特拉津污染过程中缓解阿特拉津对玉米幼苗的胁迫效果最好。(3)加热提取法提取基础无机盐培养液、硝酸钠无机盐培养液、硫酸铵无机盐培养液以及尿素培养液中培养菌株DNS10产生的4种EPS(EPS-A、EPS-B、EPS-C、EPS-D),不同EPS加入土壤后发现土壤对阿特拉津的吸附量均有不同程度的升高,分别比未添加EPS处理提高了14.6%、33.65%、51.7%和69.5%。吸附过程可以用动力学拟二级模型和Freundlich等温线模型很好的拟合,阿特拉津在土壤上的吸附是化学吸附与化学键合起主要作用。硝酸钠、硫酸铵与尿素的添加,促进了EPS中蛋白质含量的提高了,分别比CK处理提高了2.33倍、3.06倍和3.13倍。三维荧光光谱测定结果也发现三种氮添加后菌株DNS10产生的EPS中蛋白质类物质荧光强度明显上升。不同EPS与阿特拉津结合后蛋白质类物质荧光强度有明显淬灭,说明蛋白质在EPS与阿特拉津结合时起重要作用,并且硝酸钠、硫酸铵和尿素的添加会使菌株DNS10产生更多的可以与阿特拉津结合的蛋白质类物质,从而促进了EPS与阿特拉津的结合,促进效果表现为尿素>硫酸铵>硝酸钠。同时,红外光谱结果发现三种氮投加后EPS在1650 cm-1处出现了蛋白质中C=O键伸缩振动引起的新吸收峰,说明硝酸钠、硫酸铵与尿素的添加可以促进菌株DNS10分泌带有C=O键结构的胞外聚合物,其结果与氮素添加可促进EPS中蛋白质含量升高相对应。四种EPS在与阿特拉津结合之后,在1800-1500 cm-1、1385±10 cm-1以及1150-1000 cm-1处振动峰发生了漂移,即EPS在吸附阿特拉津时,蛋白质与多糖中的羟基、羧基和羰基等官能团发挥了作用,EPS与阿特拉津的吸附过程与蛋白质和多糖密不可分,蛋白质发挥的作用强于多糖。
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