富營養(yǎng)水體中2種水生植物的根際微生物群落特征

陸開宏,胡智勇,梁晶晶,朱津永 (寧波大學(xué)應(yīng)用海洋生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 寧波 315211)

富營養(yǎng)水體中2種水生植物的根際微生物群落特征

陸開宏*,胡智勇,梁晶晶,朱津永 (寧波大學(xué)應(yīng)用海洋生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 寧波 315211)

選取寧波市城區(qū)內(nèi)河2個(gè)營養(yǎng)類型水體日湖(中-富營養(yǎng)類型)和臥彩江(重富營養(yǎng)類型),于2008年8～11月,利用MIDI Sherlock MIS系統(tǒng)和其他傳統(tǒng)方法,跟蹤監(jiān)測了2個(gè)水體內(nèi)2種常見水生凈化植物粉綠狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)、喜旱蓮子草(Alternanthera philoxeroides)根際微生物的種類、數(shù)量及其季節(jié)變化,分析了水體主要水質(zhì)參數(shù)、水體微生物與植物根際微生物之間的相關(guān)性.結(jié)果表明,水生植物根際效應(yīng)顯著,不同月份植物根際微生物數(shù)量均要顯著高于水體環(huán)境;植物種類對植物根際微生物影響顯著,在日湖水體,狐尾藻根際微生物數(shù)量要顯著高于喜旱蓮子草;在臥彩江,2種植物根際細(xì)菌數(shù)量無顯著差異,放線菌、真菌數(shù)量差異顯著,植物根際微生物數(shù)量與水體環(huán)境因子之間具有一定的相關(guān)性,調(diào)查期間,日湖水溫、TN、TP、Chla與植物根際微生物數(shù)量間均無顯著相關(guān),僅COD與喜旱蓮子草根際細(xì)菌數(shù)量顯著負(fù)相關(guān);在臥彩江,TP與粉綠狐尾藻、喜旱蓮子草根際放線菌數(shù)量顯著負(fù)相關(guān),其余水質(zhì)參數(shù)與根際微生物數(shù)量均無顯著相關(guān).植物根際優(yōu)勢菌種以假單胞菌屬(Pseudomonas)、微球菌屬(Micrococcus)、黃桿菌屬(Chryseobacterium)、不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter)等有機(jī)物降解微生物為主,環(huán)境因素的變化和植物種類的不同也導(dǎo)致了葡萄球菌屬(Staphylococcus),食酸菌屬(Acidovorax)、節(jié)桿菌屬(Arthrobacter)等特有菌種的出現(xiàn).對植物根際微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚類分析表明,除日湖喜旱蓮子草根際微生物群落結(jié)構(gòu)在夏、秋兩個(gè)季節(jié)相似性較高外,其余幾個(gè)處理的根際微生物群落結(jié)構(gòu)相似性在21.60%～51.57%.日湖植物根際微生物多樣性夏季高于秋季,而臥彩江中夏季低于秋季;日湖中2種植物之間無論夏秋均無顯著差異,而在臥彩江,夏季喜旱蓮子草要顯著高于粉綠狐尾藻,秋季則完全相反,據(jù)此說明植物根際微生物多樣性受水體富營養(yǎng)化程度和植物種類等多重因素的影響.

富營養(yǎng)水體;粉綠狐尾藻;喜旱蓮子草;根際微生物;群落結(jié)構(gòu)

Abstract：Rhizosphere microorganisms in Myriophyllum aquaticum and Alternanthera philoxeroides were identified and enumerated using Sherlock Microbial Identification System (Sherlock MIS), followed by correlation analyses with environmental factors in Lake Rihu (medium-eutrophic) and River Wocaijiang (high-eutrophic) in Ningbo from August to November 2008. Effects of plant rhizosphere on microbial community composition were significant. The abundance of microbes in the rhizosphere of macrophytes was significantly higher than that in the water column in each month. Community composition of rhizosphere microorganism differed significantly between plant species. In Lake Rihu, the number of microbes in the rhizosphere of M. aquaticum was significantly higher than that of A. philoxeroides. There was no significant difference between the abundances of bacteria in the rhizosphere of two plants, while the abundances of rhizosphere actinomyces and fungi differed significantly between two plant species in River Wocaijiang. Correlations between population size of rhizosphere microbe and environmental factors varied greatly among plant species or sampling sites. Abundance of microbes in the rhizosphere of A. philoxeroides was negatively correlated to chemical oxygen demand (COD), while there was no significant correlation with water temperature, total nitrogen (TN), total phosphate (TP) and Chl.a in Lake Rihu. The number of rhizosphere microbes showed a negative correlation with TP and no significant correlation with other environmental factors in River Wocaijiang. The dominant microbial genera in the rhizosphere of the two macrophytes were Pseudomonas, Micrococcus, Chryseobacterium, Acinetobacter etc. Some other specific functional

microbes, e.g. Staphylococcus, Acidovorax, Arthrobacter, were also found in the rhizospheres due to the heterogeneity of environmental conditions and plants. Cluster analyses using Primer 5.0 showed that the similarity of the community structure between summer and autumn was significantly higher than those between the rest seasons where similarities were more dynamic with the value of 21.60%～51.57% in the rhizosphere A. philoxeroides. Diversity of rhizosphere microorganisms was higher in summer than that in autumn in Lake Rihu. In contrast, rhizosphere microbiota was more diverse in autumn than in summer in River Wocaijiang. There was no significant difference of diversity of rhizosphere microbiota between two plants in Lake Rihu. In River Wocaijiang, the diversity of rhizosphere microorganisms of M. aquaticum was higher than that of A. philoxeroides in summer and with the opposite results in autumn. The results obtained in this study indicated that the rhizosphere microbial community structure was affected significantly by the environmental factors and plant species.

Key words：eutrophic water；Myriophyllum aquaticum；Alternanthera philoxeroides；rhizosphere microorganisms；community structure

水生植物對水體環(huán)境的修復(fù)除植物本身對氮、磷等污染物的吸收作用外,其根際微生物的作用不容忽視.有機(jī)物的降解和氮化合物的脫氮、磷化合物的轉(zhuǎn)化等主要是由植物根區(qū)的微生物活動(dòng)來完成[1],根際微生物在植物的營養(yǎng)循環(huán)、根部環(huán)境的維持、有害污染物的降解以及植物的生長代謝方面發(fā)揮著重要的作用[2-3].在天然水體中,水生植物根區(qū)與非根區(qū)的微生物種類和數(shù)量存在較大差異,如濕地基質(zhì)表面和植物根區(qū)的功能性微生物種類和數(shù)量相對較多,并且能表現(xiàn)出較高的根際效應(yīng)[4-6].尤其是細(xì)菌,由于其在根際環(huán)境中對各種根分泌物的利用率和敏感性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過放線菌、真菌、藻類和原生動(dòng)物等,它們在根際微生物中最為活躍并占主導(dǎo)地位,能與植物根系聯(lián)合生存并定殖和保持在根部[7],表現(xiàn)出強(qiáng)烈的根際效應(yīng).因此,研究水生植物處理污水系統(tǒng)中植物根際微生物的群落結(jié)構(gòu)及其變化,對深入探討水生植物的凈化功能及機(jī)理具有十分重要的意義.通常植物種類、季節(jié)變化等對植物根際微生物具有很大影響

[8-9],這是否導(dǎo)致水生植物凈化效果的明顯差異值得探討.

本實(shí)驗(yàn)通過對寧波市日湖、臥彩江2個(gè)不同富營養(yǎng)類型水體內(nèi)2種常見水生凈化植物-粉綠狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)和喜旱蓮子草(Alternanthera philoxeroides)根際微生物的跟蹤調(diào)查,并結(jié)合主要水化學(xué)指標(biāo)的監(jiān)測,研究不同營養(yǎng)類型水體植物根際微生物的群落結(jié)構(gòu)變化,以期為進(jìn)一步分析根際微生物與水生植物在污水凈化系統(tǒng)中的聯(lián)合作用機(jī)理,強(qiáng)化水生植物的水質(zhì)凈化效果積累基礎(chǔ)資料.

1 材料與方法

1.1水生植物根樣采集

臥彩江為寧波城區(qū)內(nèi)河,常年接納大量生活污水,夏季(6～9月)常暴發(fā)藍(lán)藻水華,并有間歇性黑臭現(xiàn)象.日湖為寧波城區(qū)公園水體,有機(jī)污染較嚴(yán)重,但無黑臭現(xiàn)象.2008年8～11月,在2個(gè)水體分別選擇2個(gè)采樣點(diǎn),逐月采集水體中的粉綠狐尾藻和喜旱蓮子草新鮮植株根系,以無菌操作方法各采集2～3棵植物根樣,約5g,分別置于無菌10mL離心管中.同時(shí)以無菌操作采集2個(gè)水體水樣,在0℃條件下與根樣一起立即送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析.

1.2理化因子的測定與分析

水溫、pH值、溶解氧(DO)等用多功能水質(zhì)分析儀(Hydrolab Datasonde 4α,美國)現(xiàn)場測定,葉綠素a濃度(Chla)用葉綠素水下熒光分析儀(bbe FluoroProbe,德國)測定.總氮(TN)采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定,總磷(TP)采用鉬酸銨分光光度法測定,化學(xué)耗氧量(COD)采用堿性高錳酸鉀法測定[10].

1.3微生物數(shù)量測定

采用漩渦振蕩法分離植物根際微生物.將取自同一水體2個(gè)采樣點(diǎn)的同種植物根樣定量后一并放入10mL離心管中,加無菌水至10mL刻度線,手持離心管,使管底與漩渦振蕩器接觸,并與其成90°角,設(shè)轉(zhuǎn)速為1000r/min,持續(xù)振蕩15min.

植物根際微生物數(shù)量的測定參照文獻(xiàn)[11],采用稀釋平板法,28℃恒溫培養(yǎng)48h后計(jì)數(shù),細(xì)菌、放線菌和真菌的培養(yǎng)分別采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、高氏一號(hào)培養(yǎng)基和馬丁氏培養(yǎng)基.采用MIDI Sherlock微生物鑒定系統(tǒng)分別對8月和11月的微生物進(jìn)行了種類鑒定[12].

1.4數(shù)據(jù)處理

利用Shannom-Wiener(H′)多樣性指數(shù)評價(jià)植物根際環(huán)境的微生物多樣性.式中：N為所有單菌落數(shù)量;Ni為屬(種)i的單菌落數(shù)量; S為所有屬(種)數(shù).

數(shù)據(jù)處理及方差分析在SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件上進(jìn)行.其中細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量經(jīng)對數(shù)變換后再進(jìn)行方差分析及多重比較.根際微生物數(shù)量與水質(zhì)參數(shù)之間相關(guān)性在SPSS軟件中進(jìn)行分析(采用Pearson系數(shù)).利用PRIMER 5.0軟件對根際微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚類分析.

2 結(jié)果與分析

2.1根際微生物數(shù)量及其動(dòng)態(tài)

調(diào)查季節(jié)內(nèi),2種水生植物根際微生物數(shù)量均以細(xì)菌所占比例最大,其次是放線菌,真菌數(shù)量最少(表1、表2).2個(gè)水體中水生植物根際效應(yīng)都非常明顯,各個(gè)月份水生植物根際微生物數(shù)量均顯著高于水體微生物數(shù)量,日湖和臥彩江植物根際微生物量要比水體分別高2～3個(gè)和1～2個(gè)數(shù)量級(jí).

表1 日湖、臥彩江水體不同時(shí)期微生物數(shù)量(×106CFU/mL)Table 1 Microbe population in the water with various months(×106CFU/mL)

表2 水生植物根際不同時(shí)期微生物數(shù)量(×106CFU/gDW)Table 2 Microbe population in the rhizosphere of acquatic plants with various months(×106CFU/gDW)

表3 日湖、臥彩江水溫、TN、TP、COD、Chla變化Table 3 Variations of WT, TN, TP, COD and Chla concentrations in Rihu Laker and Wocaijiang River

日湖粉綠狐尾藻根際細(xì)菌數(shù)量要顯著高于喜旱蓮子草(P＜0.05),而放線菌、真菌的數(shù)量在2種植物之間無顯著差異(P＞0.05);在臥彩江,粉綠狐尾藻與喜旱蓮子草的根際細(xì)菌數(shù)量無顯著差異(P＞0.05),而喜旱蓮子草根際的放線菌數(shù)量要顯著高于粉綠狐尾藻(P＜0.05),真菌數(shù)量在2種植物間亦有顯著差異(P＜0.05).

就不同月份而言,日湖植物根際微生物數(shù)量在10月份最高,臥彩江則以11月份最盛,2個(gè)水體中均9月數(shù)量最少.總體而言,秋季(10、11月)植物根際微生物數(shù)量要顯著高于夏季(8、9月)(P＜0.05).

2.2植物根際微生物數(shù)量與主要環(huán)境因子的相關(guān)性

監(jiān)測了2個(gè)水體8～11月份水溫、TN、TP、COD和Chla等主要理化指標(biāo)(表3).2個(gè)水體間水溫和Chla濃度差異不顯著(P＞0.05),TN、TP、COD差異極顯著 (P＜0.01),臥彩江富營養(yǎng)程度要顯著高于日湖,其中日湖水體屬中-富營養(yǎng)型,臥彩江則為重富營養(yǎng)類型[13].8～11月,日湖和臥彩江水溫、TN、TP、Chla均呈逐漸下降趨勢,COD含量從8～10月逐漸下降,而在11月份又有所回升,這可能與11月份水體中部分植物的枯萎和腐爛降解有關(guān).

相關(guān)性分析表明,植物根際微生物數(shù)量雖有明顯的季節(jié)差異,但與水溫之間無顯著相關(guān)關(guān)系.日湖中,TN、TP與植物根際微生物數(shù)量間無顯著相關(guān);而臥彩江中,TP與粉綠狐尾藻(r=-0.983, P＜0.05)、喜旱蓮子草(r=-0.992,P＜0.05)的根際放線菌數(shù)量顯著負(fù)相關(guān),TN與植物根際微生物數(shù)量則無顯著相關(guān).日湖中COD與水體微生物數(shù)量(r=-0.994, P＜0.05)、喜旱蓮子草根際細(xì)菌數(shù)量(r=-0.955, P＜0.05)同樣呈顯著負(fù)相關(guān).2個(gè)水體中水體微生物數(shù)量和植物根際微生物數(shù)量間呈顯著正相關(guān),而水體Chla濃度與植物根際微生物數(shù)量無顯著相關(guān)性.

表4 日湖水體及水生植物根際微生物群落結(jié)構(gòu)差異Table 4 Differences of microbial community structure between rhizosphere of macrophytes and water column in Lake Rihu

2.3根際微生物群落特征

8月,日湖植物根際優(yōu)勢微生物主要為微球菌屬(Micrococcus)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、葡萄球菌屬(Staphylococcus)、節(jié)桿菌屬(Arthrobacter),其中微球菌屬、假單胞菌屬是水體和2種植物的共有種;臥彩江植物根際優(yōu)勢種也包括微球菌屬、葡萄球菌屬,但也出現(xiàn)了食酸菌屬(Acidovorax)、芽孢桿菌屬(Bacillus)、黃桿菌屬(Sphingomonas),尤其在粉綠狐尾藻根際,優(yōu)勢微生物種類差異較大,假單胞菌屬、微球菌屬、食酸菌屬是水體和2種植物的共有種.至秋末11月,假單胞菌屬依然是2種植物根際的主要優(yōu)勢種類之一,且是水體和2種植物的共有種,與夏季不同,根際優(yōu)勢種中出現(xiàn)不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter)、黃桿菌屬.由于不同植物根系環(huán)境的特殊性,2種植物在不同季節(jié)均出現(xiàn)一些特有種(表4,表5).

表5 臥彩江水體及水生植物根際微生物群落結(jié)構(gòu)差異Table 5 Differences of microbial community structure between rhizosphere of macrophytes and water column in River Wocaijiang

應(yīng)用水生植物在兩個(gè)季節(jié)的根際微生物種類作統(tǒng)計(jì)變量進(jìn)行聚類分析可以清晰地看出不同情形之間的親疏程度(圖1).8月、11月日湖喜旱蓮子草根際微生物群落結(jié)構(gòu)相似性為75.94%,受季節(jié)變化影響最小,而其他樣品的根際微生物群落結(jié)構(gòu)在8月、11月的相似性為31.55%～33.86%,受到季節(jié)變化的影響顯著.同一水體內(nèi)由于植物種類差異導(dǎo)致根際微生物群落結(jié)構(gòu)的差異,8月份日湖和臥彩江內(nèi)狐尾藻與喜旱蓮子草根際微生物群落結(jié)構(gòu)相似性分別為41.28%和51.57%,11月份則僅分別為38.57%和21.60%;同樣,同種植物由于水體環(huán)境差異也導(dǎo)致根際微生物群落結(jié)構(gòu)的不同,8月和11月日湖和臥彩江內(nèi)狐尾藻根際微生物群落結(jié)構(gòu)的相似性分別為47.28%和21.60%,喜旱蓮子草根際微生物群落結(jié)構(gòu)的相似性則更小,分別為27.53%和24.83%.

圖1 水體及水生植物根際微生物聚類分析Fig.1 Cluster analysis of population of microbes in rhizosphere of aquatic plants and water

由表6可見,8月份日湖水體和水生植物根際微生物多樣性處于同一水平,臥彩江則以喜旱蓮子草根際微生物多樣性最高, 11月份日湖水體微生物和植物根際微生物的多樣性較8月份都有所降低,而臥彩江則比8月份有所提高,且植物根際微生物多樣性顯著高于水體微生物.總體而言,夏季水質(zhì)相對較好的日湖植物根際微生物多樣性要高于時(shí)有惡臭的臥彩江,而在秋末,隨著臥彩江水質(zhì)狀況的改善,其微生物多樣性要高于營養(yǎng)水平較低的日湖水體.

表6 水體及植物根際微生物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)變化Table 6 The Shannon-Wiener diversity index of microbes in rhizosphere of aquatic plants and water

3 討論

3.1水生植物根際微生物與環(huán)境的相互關(guān)系

水生植物根際微生物數(shù)量的分布受到水溫、植物生長狀況和代謝活動(dòng)、水體營養(yǎng)鹽濃度等各種因子的影響,導(dǎo)致不同植物間根際微生物的數(shù)量有所差異.由于微生物的生長繁殖及活性受到溫度變化的顯著影響,同時(shí)植物在不同季節(jié)的生長狀況和代謝活動(dòng)不同,對有機(jī)質(zhì)的吸收利用存在差異,導(dǎo)致植物根際微生物群落的變化,并影響植物對污水中污染物的去除效果[14].研究結(jié)果表明,10、11月份植物根際細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量都要高于8、9月份數(shù)量,這與梁威等[15]對人工濕地植物根區(qū)微生物季節(jié)變化的研究結(jié)果相同.9月底,臥彩江內(nèi)的主要植物類群粉綠狐尾藻開始枯萎,11月份多數(shù)狐尾藻趨于死亡,釋放出的有機(jī)物質(zhì)對水體造成二次污染,對微生物的數(shù)量變化產(chǎn)生了較大程度的影響.而真菌能生長在死亡或腐爛的植物上,引起纖維素、木質(zhì)素果膠等的分解[8],因此真菌數(shù)量在秋季有所增加.

有研究表明[14],微生物活動(dòng)是構(gòu)建濕地凈化污水系統(tǒng)中TN、COD的主要去除途徑,植物根際微生物的數(shù)量分布和水體環(huán)境因子變化之間具有相關(guān)性,而TP、TSS等與微生物數(shù)量間沒有顯著的相關(guān)性.在本試驗(yàn)中,日湖內(nèi)TN與植物根際微生物呈正相關(guān),說明TN的去除和植物根際微生物有一定的聯(lián)系,同時(shí)這與水體富營養(yǎng)化程度有關(guān),在臥彩江未出現(xiàn)類似情況,可能是由于TN濃度過高,已超出微生物對其的正常響應(yīng).TP、COD與植物根際微生物呈負(fù)相關(guān),這可能是因?yàn)?月底水生植物優(yōu)勢種粉綠狐尾藻已開始枯萎,11月份部分狐尾藻已經(jīng)死亡進(jìn)而釋放出氮、磷及有機(jī)物質(zhì),對水體造成二次污染,導(dǎo)致11月份TP、COD濃度都要高于10月份,并因此呈現(xiàn)根際微生物數(shù)量與TP、COD的負(fù)相關(guān)關(guān)系,這種情況在重度富營養(yǎng)化水體臥彩江中表現(xiàn)尤為明顯.利用水生植物凈化污染水體的過程中,微生物是污水凈化的主要參與者,對整個(gè)凈化生態(tài)系統(tǒng)具有重要的影響,但微生物所能發(fā)揮的作用受到水體環(huán)境條件的綜合影響,在富營養(yǎng)水體中,水溫、TN等對微生物數(shù)量的影響較為顯著,而在重度富營養(yǎng)型水體中,水體中溶解氣體等環(huán)境因子可能成為更加重要的制約因素.

3.2水生植物根際微生物群落特征

水生植物根際微生物多樣性受植物類型、植物長勢、水體富營養(yǎng)程度等多種因素的影響,同時(shí)由于根系的分泌物和脫落物對微生物具有選擇和富集的作用,必然導(dǎo)致植物根際微生物群落多樣性的變化[16].對植物根際微生物群落結(jié)構(gòu)的聚類分析結(jié)果顯示,植物根際微生物群落結(jié)構(gòu)受到水體環(huán)境條件、植物種類影響顯著.馮勝等[17]對太湖的研究表明,水體中細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)隨著水體富營養(yǎng)化程度的改變產(chǎn)生明顯變化,細(xì)菌數(shù)量呈現(xiàn)隨水體營養(yǎng)水平增加而上升的趨勢,細(xì)菌群落多樣性隨水體營養(yǎng)水平增加呈現(xiàn)顯著的下降趨勢,超富營養(yǎng)和接近超富營養(yǎng)湖區(qū)的水體中細(xì)菌群落多樣性最低.Katleen等[18]對4個(gè)不同營養(yǎng)水平淺水湖泊中微生物種群多樣性變化研究結(jié)果表明,隨著湖泊營養(yǎng)水平的改變,水體中細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化.王曉丹等[19]對表流和潛流濕地細(xì)菌多樣性進(jìn)行研究后同樣發(fā)現(xiàn),隨著水體有機(jī)負(fù)荷的增加,微生物的生長受到抑制,生長速度減慢,多樣性減少.8月份,臥彩江水體微生物多樣性明顯低于日湖,原因可能是臥彩江有機(jī)污染嚴(yán)重,并經(jīng)常發(fā)生惡臭,限制了中污和寡污帶微生物的生長繁殖,同時(shí),臥彩江頻繁的藻類水華暴發(fā)和衰敗,可能對根際微生物群落也產(chǎn)生了一定的影響[20].11月份,雖然水溫的回落不利于微生物的生長,但2個(gè)水體富營養(yǎng)化程度較8月份都有所降低,N、P等無機(jī)營養(yǎng)鹽因子成為微生物生長的主要限制因子,同時(shí)大量藻類、水生植物分泌物及殘?bào)w等容易被微生物吸收的溶解性有機(jī)物,可能為細(xì)菌的生長提供了豐富的營養(yǎng)[21],因而促進(jìn)了多種微生物的增長.

根際微生物群落特征受到植物根系形態(tài)結(jié)構(gòu)與生長特點(diǎn)不同的影響.喜旱蓮子草屬挺水植物,喜固著基質(zhì)生長,須根短較密;粉綠狐尾藻屬浮葉植物,莖根長而發(fā)達(dá);這些均能導(dǎo)致根際微生物種類與數(shù)量的不同.本研究分析結(jié)果顯示,植物種類不同對其根際微生物群落結(jié)構(gòu)的影響要超過其他因素的影響.各個(gè)時(shí)期植物根際優(yōu)勢種也存在顯著差異,有研究認(rèn)為[22],假單胞菌和芽孢桿菌為土壤典型的發(fā)酵類型微生物,它們對植物根系的分泌物和脫落物反應(yīng)迅速,生長繁殖很快,從植物根際中可以廣泛的分離出來,因而通常具有很高的分離率.沈耀良等[23]研究表明,不同類型濕地基質(zhì)具有不同的優(yōu)勢菌屬：人工蘆葦濕地中的優(yōu)勢菌屬主要有3大類,分別是假單胞桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬及黃桿菌屬,與天然的蘆葦濕地相比,人工濕地中的優(yōu)勢微生物種群組成與其基本相同,這幾種優(yōu)勢菌屬的微生物生長快速,加之其體內(nèi)大多含有降解質(zhì)粒,所以它們是廢水中有物污染物降解的主要微生物種群.本研究中,8月份和11月份日湖、臥彩江植物根際都分離到假單胞菌的結(jié)果與此相符.對污水凈化濕地模擬系統(tǒng)的研究表明[24],濕地微生物優(yōu)勢種主要為耐污能力較強(qiáng)的埃希氏菌屬和以碳?xì)浠衔餅橹饕獱I養(yǎng)來源的假單胞菌屬,尤其是假單胞菌在去除碳源污染物方面起著重要的作用.李輝等[25]對人工濕地中氨化細(xì)菌去除有機(jī)氮的效果研究后認(rèn)為,人工濕地去除有機(jī)氮主要由于氨化細(xì)菌的作用,而芽孢桿菌屬、假單胞菌屬為人工濕地中氨化細(xì)菌的優(yōu)勢菌屬.結(jié)構(gòu)是功能的反映,在污水處理系統(tǒng)中,首先是芽孢桿菌類對大分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)物進(jìn)行破壞,繼而由假單胞菌類、大腸菌類等利用這些被破壞的物質(zhì),并作進(jìn)一步地降解.詹發(fā)萃等[26]對鳳眼蓮根區(qū)微生物異養(yǎng)細(xì)菌群落特征研究后發(fā)現(xiàn),其優(yōu)勢種類主要為氣單胞菌屬、微球菌屬、假單胞菌屬、土壤桿菌屬和芽飽桿菌屬.李科德等[27]也認(rèn)為假單胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬和黃桿菌屬等快生型細(xì)菌在有機(jī)污染物的分解代謝中起著十分重要的作用.本研究結(jié)果與該結(jié)論在一定程度上吻合,臥彩江和日湖2種水生植物的根際微生物主要優(yōu)勢種為假單胞菌、黃桿菌和微球菌等,說明它們的存在可能促進(jìn)水體有機(jī)物的降解.8 月份,植物根系優(yōu)勢菌種包括食酸菌屬、黃桿菌屬、節(jié)桿菌屬等,均屬常見具有脫硝作用菌種,適宜的環(huán)境條件刺激了這幾類菌群的生長.綜上所述,植物根際微生物與植物種類、根系類型和水體條件等均有密切關(guān)系.

值得一提的是,本研究在采用MIDI Sherlock微生物鑒定系統(tǒng)對微生物進(jìn)行種類鑒定的過程中,仍需依賴于傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)法.由于這種方法人為限定了一些培養(yǎng)條件,無法全面反映微生物生長的自然條件,常常造成某些微生物的富集生長,而另一些微生物缺失,可能導(dǎo)致部分微生物資源遺漏.

4 結(jié)論

4.1粉綠狐尾藻和喜旱蓮子草根際效應(yīng)明顯,不同月份植物根際微生物數(shù)量均要顯著高于水體環(huán)境,根際微生物數(shù)量均以細(xì)菌所占比例最大,其次為放線菌,真菌數(shù)量最少;根際微生物數(shù)量受植物種類、植物生長狀態(tài)、水體營養(yǎng)鹽濃度和其他多種環(huán)境因子的綜合影響.

4.22種水生植物根際優(yōu)勢菌種均以假單胞菌屬、微球菌屬、黃桿菌屬、不動(dòng)桿菌屬等有機(jī)物降解微生物為主,但不同植物和水體環(huán)境的植物根際微生物群落結(jié)構(gòu)有較大差異.植物根際微生物多樣性受環(huán)境條件和植物種類等多重因素的影響,水體高度富營養(yǎng)化和惡臭、藍(lán)藻水華等極端環(huán)境會(huì)導(dǎo)致植物根際微生物多樣性下降,但適度的水體富營養(yǎng)水平有利于更多微生物種類的分布與生長.

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LUKai-hong*, HU Zhi-yong, LIANG Jing-jing,ZHU Jin-yong (Key Laboratory of Applied Marine Biotechnology, Ministry of Education, Ningbo University, Ningbo 315211, China). China Environmental Science, 2010,30(11)：1508～1515

X172

A

1000-6923(2010)11-1508-08

陸開宏(1964-),男,浙江余姚人,教授,博士,主要從事水污染生態(tài)學(xué)研究.發(fā)表論文60余篇.

2010-02-21

國家“863”項(xiàng)目(2007AA10Z409);國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30771658);浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(Z505319)

* 責(zé)任作者, 教授, lukaihong@nbu.edu.cn