乙草胺是一种在全球范围内广泛使用的氯代酰胺类除草剂,因其大量使用和渗透性强的特点在许多天然水体和土壤中都能检测到,对生态环境和人类健康造成威胁。蚯蚓被誉为“土壤生态系统工程师”,具有强化降解土壤中有机污染物的潜能。本实验选用赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)作为实验生物,通过土壤柱和微宇宙培养实验探究蚯蚓对土壤中乙草胺降解的作用及机理。通过测定土壤柱实验中乙草胺含量的动态变化研究蚯蚓对乙草胺降解的影响;通过微宇宙实验确定蚓触圈基质对乙草胺降解能力的差异;通过测定不同时间点土壤理化性质和微生物指标分析蚯蚓刺激乙草胺降解的化学和生物学机理;通过高通量测序数据分析推测蚯蚓降解乙草胺过程中的功能微生物。主要结果和结论如下:1.通过考察土壤柱实验中自然/灭菌土壤、添加/不添加蚯蚓处理组乙草胺的降解效果可以得出,土著微生物和蚯蚓都对土壤中乙草胺的降解发挥着重要作用。自然土壤中乙草胺降解率显著高于灭菌组土壤(p<0.05),蚯蚓的加入能够使自然和灭菌土壤中乙草胺的降解率分别提高9%和51%。蚓粪是乙草胺降解的热点区域,蚓粪中乙草胺的降解率要高于相应土壤,在培养第14天时,自然/灭菌组蚓粪中乙草胺的浓度分别比相应土壤要低47%和27%。2.通过对土壤柱实验样品土壤理化性质和生物指标的测定发现,蚯蚓主要通过调节土壤pH、提高土壤有机质含量和微生物活性的方式促进乙草胺降解。蚓粪具有更接近中性的pH、较丰富的营养物质和较高的微生物活性,为乙草胺提供了适宜的降解环境。乙草胺对土壤过氧化氢酶、脱氢酶、蔗糖酶的活性具有明显的抑制作用,蚯蚓的加入能够缓解乙草胺造成的微生物毒性,使得这三种酶的活性提高恢复至未污染水平。蚯蚓对土壤碳循环有明显的刺激作用,对氮磷循环没有明显影响。乙草胺对细菌数量的抑制作用主要发生在实验前期(第3天),对真菌的抑制作用持续到了整个培养周期结束(30天),蚯蚓的加入对细菌和真菌数量的恢复都有一定的促进作用,进一步证明蚯蚓对乙草胺造成的生态毒害有明显的缓解和修复作用。3.不同蚓触圈基质(蚓粪、穴壁土、肠道内容物(蚯蚓组织代替))、空白土(蚯蚓处理组中非穴壁土部分)和对照土(未经蚯蚓处理土壤)降解乙草胺的微宇宙实验结果表明,第20天时,蚓粪、穴壁土和空白土处理组中乙草胺的降解率分别74.7%、70.3%和68.7%,均高于对照土61.4%,蚓粪在厌氧环境中显示了更快的乙草胺降解速率(83.4%)。包含肠道内容物的蚯蚓组织对乙草胺的降解能力最强,第4天就达到90%以上,这是因为蚯蚓肠道微生物在富营养条件下大量富集的结果,也说明蚯蚓肠道内容物中含有乙草胺的潜在降解菌;但是模拟实际环境的土壤柱实验结果显示,赤子爱胜蚓短暂的肠道消化过程对土壤中乙草胺降解没有明显的促进作用。4.通过分析土壤柱实验和微宇宙实验样品的高通量测序结果推测出一些已知或新型的乙草胺降解功能菌。通过柱实验样品的高通量分析,推测出15种可能的乙草胺降解细菌和15种可能的乙草胺降解真菌,蚯蚓对其中8种细菌和10种真菌有促进作用。这些降解菌中Sphingomonas、Pseudomonas_fulva、Methylobacillus、Candidatus_Chlorothrix、Rhodococcus_ruber和Rhodococcus_jostii同时也是微宇宙实验中所推测出的乙草胺降解细菌。微宇宙实验中,Sphingomonas、Pseudomonas_fulva和Methylobacillus在各个基质中的丰度基本一致,说明它们可能是土壤中的乙草胺土著降解菌;Candidatus_Chlorothrix仅出现在蚓粪样品中,说明它可能是来自蚯蚓肠道的降解菌。对真菌而言,柱实验中被蚯蚓促进的降解菌大部分都归属于Mortierellales和Microascales目,Mortierellales出现在微宇宙实验的所有样品中,说明它可能是土壤中的乙草胺土著降解真菌。Microascales在蚓粪样品中具有更高的丰度,可能来自蚯蚓肠道。