淺談土壤微生物對環(huán)境脅迫的響應機制

馬嘉琦（平?jīng)雎殬I(yè)技術學院，甘肅平?jīng)?744000）

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淺談土壤微生物對環(huán)境脅迫的響應機制

馬嘉琦
（平?jīng)雎殬I(yè)技術學院，甘肅平?jīng)?744000）

摘 要：目前，很多微生物學者對于土壤微生物對抗環(huán)境脅迫作用的研究存在誤區(qū)。文章就土壤微生物對環(huán)境脅迫的響應機制展開探索及研究。

關鍵詞：土壤微生物 環(huán)境脅迫 響應機制

隨著時代的不斷發(fā)展，人們的思想也隨之發(fā)生改變，特別是環(huán)境意識的形成，人們更加注重任何影響環(huán)境變化的因素。對于土壤來說，即是環(huán)境的一部分體現(xiàn)，也是微生物影響的一個重要因素，而且微生物本身對于環(huán)境的變化也具有較強的感應能力。相關研究調(diào)查表明，微生物的種群多樣性會使土壤生態(tài)系統(tǒng)更加平衡，因為微生物種群多樣性決定了其能力的多樣性。而對于土壤生態(tài)系統(tǒng)的控制力也相應增強，進而提升對于環(huán)境脅迫的抵抗與恢復能力。

1 微生物與環(huán)境脅迫的關聯(lián)性

環(huán)境脅迫（Environmental Stress）主要是代指環(huán)境對生物生存產(chǎn)生一定的威脅和制約，一般可以包含各類環(huán)境變化，即如冰凍、干旱、鹽堿以及UV-B輻射。

土壤生態(tài)環(huán)境的破壞可以追溯到工業(yè)革命時期，土壤污染主要體現(xiàn)在重金屬沉積，往往會導致大量的土壤微生物失活。同時，微生物種類趨于單一化，也讓土壤的機能出現(xiàn)下降。目前，重金屬污染是國際研究微生物與環(huán)境脅迫關聯(lián)性的重要的切入點，一般重金屬對于微生物的能力和種群多樣性的影響可以體現(xiàn)在多個方面，即如硝化、反硝化、呼吸等。曾經(jīng)有專家對金屬汞對于微生物影響進行過相關的實驗，即將氮循環(huán)微生物分別放置在含不同程度汞污染的土壤中進行培育，培育時間依次為1周、2周、4周、8周，而在對培育一周容器的微生物進行硝化潛勢（PNR）的持續(xù)測量中，隨著汞濃度提升，硝化潛勢會產(chǎn)生下降趨勢，下降程度不及其它含汞土壤。而時間越長，氨氧化微生物則會耐受住汞脅迫，同時出現(xiàn)恢復跡象。

根據(jù)氨氧化細菌的豐度與種群多樣性檢測數(shù)據(jù)可知，氨氧化細菌的豐度變化不明顯，而種群多樣性中，其中的cluster 3 a.1占比出現(xiàn)降低，同時cluster 3 a.2未出現(xiàn)明顯變化，而cluster 7在汞污染的土壤里存在較多。根據(jù)以上結(jié)果可知，造成PNR產(chǎn)生恢復跡象時，雖然氨氧化微生物的豐度變化不明顯，但是種群多樣性的結(jié)構(gòu)則產(chǎn)生顯著差異性的變化，特別是對于汞具有耐受和適應能力的微生物種成為優(yōu)勢種［1］。

2 土壤微生物群落對環(huán)境脅迫響應的生態(tài)學機制

對于土壤微生物來說，其種群受到的環(huán)境變化因素是隨機的，干擾也是一種自然的現(xiàn)象，但是一些學者認為干擾是一種特殊的生態(tài)學現(xiàn)象，因為其本身讓微生物種群由平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉瞧胶鉅顟B(tài)，所以可以體現(xiàn)出干擾對于微生物種群組成多樣性的影響。Connell等專家支持中度干擾假說觀點，他們認為適度的干擾可以促進微生物種群的多樣化。

對此，專家Wakelin則將各類濃度的銅污染土壤作對比研究材料，從中可以明顯發(fā)現(xiàn)微生物多樣性變化呈現(xiàn)出峰狀，即先遞增至最高點然后遞減，這也充分證實了以上的理論。

另外，微生物細胞的抵抗力還可以來源于基因的水平轉(zhuǎn)移，即在轉(zhuǎn)移過程中獲取對于污染物的降解基因，進而讓微生物產(chǎn)生新的種群，最后對其多樣性產(chǎn)生影響。各類微生物的抗干擾能力都存在一定的差異性，而微生物種群對環(huán)境擾動產(chǎn)生的抵抗能力和恢復能力往往會因為種群功能多樣而存在不同，一般功能更多的微生物種群，則會產(chǎn)生更多同類功能的微生物種類。

當種群多樣性出現(xiàn)下降時，這些多余的種類群體則可以作為緩沖，以保證整個土壤生態(tài)的穩(wěn)定性。即如Wertz專家曾經(jīng)采用稀釋未滅菌土壤溶液實驗，通過最后測試實驗數(shù)據(jù)可知，根據(jù)微生物種群的梯度變化，梯度不同微生物種群對于環(huán)境脅迫的抵抗與恢復也不盡相同，即如硝化類抵抗和恢復力都不及反硝化種群，這主要是由于反硝化微生物種群的構(gòu)成更加復雜，所以功能體現(xiàn)較為多樣和完善。在環(huán)境脅迫下，多樣性雖然出現(xiàn)下降，但是很快因為一些功能相同的種群進行填補，從而獲得了緩沖機會［2］。

3 土壤微生物種群的功能重復

土壤微生物種群的功能重復，即同一微生物種群產(chǎn)生生態(tài)功能近似的兩個種類，當其中一個種類因為環(huán)境脅迫而出現(xiàn)滅絕時，另外一個種類則會替代其功能，進而維持整個土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固或者接近正常運作。

微生物種群多樣性若因為環(huán)境干擾出現(xiàn)改變，而種群的功能重復則能夠維護整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。即如Chaer等專家就將熱帶雨林及耕種土壤的微生物進行對比，對比主要是針對兩者面對環(huán)境脅迫的抵抗力與恢復力情況。研究指標主要是針對酶的活性變化為依據(jù)，即如在熱激實驗開始和結(jié)束后，兩者中的二乙酸熒光素酶活性改變不明顯。

由此可見，微生物種群存在功能重復的特征，體現(xiàn)出這種功能重復的能力，也會提升微生物種群穩(wěn)固性。此外，如果微生物種群對于環(huán)境脅迫敏感，同時未能體現(xiàn)出其恢復力，但是種群結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變化對于環(huán)境影響不大，其原因可以追溯到兩個方面：其一，新產(chǎn)生的種群已經(jīng)包含了舊種群的功能重復物種；其二，新產(chǎn)生的種群功能與舊種群存在一定差異，這種差異并沒有影響到正常的環(huán)境生態(tài)［3］。

參考文獻

［1］ 李晶，劉玉榮，賀紀正，等.土壤微生物對環(huán)境脅迫的響應機制.環(huán)境科學學報，2013，04（04）：960～961

［2］ 黃法.試論土壤微生物對環(huán)境脅迫的響應機制.中國農(nóng)業(yè)信息，2015，04（04）：47

［3］ 李月靈，金則新，李鈞敏，等.接種土壤微生物對銅脅迫下海州香薷生長及光合生理的影響.生態(tài)學報，2015，06（06）：3 927～3 928