土壤重金属污染对微生物多样性的影响

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1、土壤重金属污染对微生物多样性的影响王发园　(河南科技大学农学院,河南洛阳471003)摘要　综述了土壤重金属污染对微生物多样性的影响,并探讨了未来研究的方向。关键词　重金属污染;群落多样性;功能多样性;遗传多样性中图分类号　S154.37　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2008)18-07827-02EffectoftheSoilHeavyMetalPollutiononMicrobialDiversityWANGFa2yuan　(AgriculturalCollege,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyan

2、g,Henan471003)Abstract　Theeffectsofthesoilheavymetalpollutiononmicrobialdiversitywerereviewedandthefutureprospectwasdiscussedbriefly.Keywords　Soilheavymetalpollution;Communitydiversity;Functionaldiversity;Geneticdiversity基金项目　河南科技大学科学博士科研启动基金(052008)。作者简介　王发园(1975-),男,山东费县人,博士,副教授,从事环境微生物与生物

3、修复等方面的研究。收稿日期　2008204214　　土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属加到土壤中,致使土壤中重金属含量明显高于原有土壤,并造成生态环境质量恶化的现象。有资料表明,我国受重金属污染的农业土地约2500万hm2,每年被直接污染的粮食达1200万t[1]。微生物广泛分布于各种重金属污染土壤中,对于土壤健康、污染土壤的生物修复有重要意义,因此国内外对重金属污染土壤中的微生物多样性开展了大量研究。笔者从微生物群落多样性、功能多样性、遗传多样性等几个方面讨论土壤重金属污染对微生物多样性的影响。1　土壤重金属污染对微生物群落多样性的影响许多报道认为,重金属污染在短期内可以

4、降低微生物活性,长期严重污染还可降低微生物数量[2-3]。重金属污染水平高的土壤中微生物的数量和活性要比未污染土壤低[2-3]。微生物的数量与土壤Cu、Zn污染的程度显著负相关,添加有机物可显著增加微生物的生物量[4-5]。在重金属胁迫条件下,微生物用于生长的能量可能被迫转移用于维持细胞功能,这可能是造成生物量降低的一个原因。非生物必需元素Hg、Cd、Pb等的生物毒性更强,污染条件下会降低微生物的数量和种类[6-8]。土壤重金属污染一般会影响微生物群落多样性,改变其群落结构。随着重金属污染程度的加剧,一些铅锌银尾矿区的土壤微生物群落结构发生了相应变化[9]。重金属污染(Zn、C

5、d、Cu)显著影响土壤微生物群落,氨氧化细菌被完全抑制[10]。土壤重金属污染可减少真菌生物量、改变真菌群落组成[11-12]。细菌、真菌和放线菌的数量在受Pb、As、Cd、Cu污染的土壤中比在未污染的土壤中有明显的降低[13]。土壤重金属污染能抑制古细菌的生长,降低其数量,因此对古细菌的多样性不利[14]。磷脂脂肪酸(PLFA)和16SrRNA基因t2RFLP构型分析显示,重金属污染改变了微生物群落结构,As(Ill)抗性细菌与As生物有效性呈显著正相关[15]。不同微生物对重金属抗性不同,重金属污染势必改变耐性菌和敏感菌的比例。土壤重金属污染能增强微生物对重金属的抗性,使得

6、耐性微生物的数量增加[16]。随重金属污染程度的增加,根瘤菌(Rhizobiumleguminosarumbv.viciae)中调节重金属抗性的质粒数目也增加[17]。Ranjard等应用核糖体基因间区分析(RISA),研究Hg对土壤微生物群落结构的影响,发现敏感菌丧失,耐性菌富集,这使得微生物群落对环境胁迫的适应能力增强[18]。与未污染土壤相比,重金属污染土壤中革兰氏阴性菌数量比例增加,且荧光假单胞菌的比例至少要高1.5倍[19]。Kelly等通过PLFA主成分分析发现,不同重金属污染水平下,PLFA构型有显著差异,在较高水平污染条件下,菌根真菌、革兰氏阳性细菌、真菌、放线

7、菌减少,土壤修复后真菌、放线菌、革兰氏阳性细菌增加[20]。根瘤菌对重金属较敏感,重金属污染可降低根瘤菌的生长和固氮能力。豌豆根瘤菌的数量在重金属污染较轻的土壤中相当高(104个/g),但随重金属污染程度的加深而降低[21]。在重金属污染严重的土壤中,根瘤菌数量急剧下降,在酸性污染土壤中已经检测不到根瘤菌的存在[22]。土壤重金属污染影响丛枝菌根真菌的数量、多样性和侵染势。丛枝菌根真菌孢子数目、种的丰度和多样性与土壤中重金属污染的程度有关,在污泥实用量中等时有所增加,在大量施用污泥时降低[2