随着原子能事业的飞速发展,产生了大量的放射性废物,铀及其化合物作为核工业中的重要原料,不断地开采与利用也造成了铀尾矿的大量积存,对人类和生态环境的威胁日趋严重。为评估铀污染土壤的相关环境风险,生物诊断已作为一种重要分析检测手段,成为近些年研究的热点。本研究对土壤以添加外源铀的形式,主要采用BIOLOG-ECO指纹解析技术、Illumina Miseq测序技术考察不同浓度铀污染对土壤中微生物群落的影响,结合课题组的研究对比分析不同来源土壤中微生物群落对铀污染的响应情况,并在考察微生物群落变化的同时,构建铀污染环境微生物检测体系,以期为预警土壤铀污染提供一定的理论依据和技术途径。主要研究结果如下:(1)采用BIOLOG-ECO指纹解析技术分别考察了即时铀处理和长时间铀处理对土壤中微生物群落的影响,研究发现即时铀处理对土壤微生物群落的影响比长时间铀处理更明显,即时铀处理对土壤微生物的丰富度、群落优势度和群落均匀度相比于对照显著降低,对碳源的利用能力也被显著抑制,其中10 mg·L-1和20mg·L-1铀处理组受到的抑制作用最大;而长时间铀处理中除100 mg·kg-1铀处理组外,其他组受到的影响都不明显,表明长时间铀处理土壤中微生物可能对污染环境有一定的适应性;通过对碳源的利用能力进行分析发现即时铀处理和长时间铀处理土壤中微生物对胺类和氨基酸类碳源的利用最多,两个处理方式对各类碳源的利用能力表现一致,可推测出不同铀处理时间下土壤微生物种类差异不大。(2)通过Illumina Miseq测序技术考察不同浓度铀污染对土壤中细菌、真菌、反硝化细菌及固氮菌的多样性影响发现,轻度和中度铀污染对各类微生物的多样性有一定的促进作用,经过铀处理之后,土壤中优势菌属均有一定程度的增加,其中伯克氏菌科(Paucimonas)、亚硝化单胞菌属(Nitrosomonadaceae)、黄色单胞菌科(Lysobacter)和消化球菌属(Thermincola)、担子菌门(Basidiomycota)和圆孢霉属(Staphylotrichum)、β-变形菌属(Betaproteobacteria)、根瘤菌目(Rhizobiales)等在铀处理后显著增加,可推测该类微生物为对铀污染的耐受或抗性微生物,而厌氧绳菌属(Anaerolineaceae)、被孢霉属(Mortierella)、α-变形菌(Alphaproteobacteria)等在铀处理之后显著减少,可推测该类微生物为对铀污染的敏感微生物。(3)对比Illlumina Miseq测序分析无污染土壤和铀尾矿区土壤中微生物群落对铀污染的响应,结果表明不同污染程度土壤中微生物优势菌属差别较大,无污染样品中最主要的微生物是厌氧绳菌属,而铀尾矿区土壤中最主要的微生物是硝化细菌,包括硝化螺旋菌和亚硝化单胞菌。无污染样品与铀尾矿区土壤样品在经过铀处理后,硝化细菌都成了优势菌属,这表明铀污染后,对氮素利用的微生物都有所增加,促进了土壤中的氮素循环作用。(4)根据传统平板培养法,从土壤中筛选得到分别对铀污染敏感和抗性的细菌种类,选择合适的微生物添加比例,构建成土壤铀污染检测体系。研究结果筛选得到两株微生物,经16S r DNA鉴定分别为(Serratia marcescens strain)和考氏玫瑰菌(Kocuria rosea),其中粘质沙雷氏菌为对铀敏感的微生物,具有鲜明红色特征,考氏玫瑰菌为对铀耐受性较好的微生物,为粉红色,两株微生物生长速度较快,检测体系中粘质沙雷氏菌与考氏玫瑰菌的比例为1:2,通过验证,发现该检测体系能检测出浓度为10 mg·L-1的铀污染,表明该体系对于检测土壤铀污染是有效的。综上所述,不同来源土壤中优势微生物种类差异较大,且土壤中不同微生物种类对铀污染的响应不同。本研究结果显示即时铀处理对土壤微生物的抑制作用比长时间铀处理更明显,同时铀处理前后优势微生物的种类和数量发生较大变化。在不同土壤受铀污染之后,利用氮素的微生物种类和数量都有所增加。此外,本研究通过传统平板培养法筛选得到铀敏感菌(粘质沙雷氏菌)和抗性菌(考氏玫瑰菌),二者以1:2的添加比例构建检测体系,最低检测铀浓度为10 mg·L-1。