小黑麥對(duì)石油污染鹽堿土壤細(xì)菌群落與石油烴降解的影響

王 拓,唐 璐,欒 玥,張 淼,陳佳欣,郭長(zhǎng)虹

哈爾濱師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 黑龍江省分子細(xì)胞遺傳與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 哈爾濱 150025

石油是當(dāng)下社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的主要能源之一,廣泛運(yùn)用在各行各業(yè),為人類生活帶來便利[1]。然而,在石油開采、儲(chǔ)運(yùn)和使用過程中,油溢滲漏等事故導(dǎo)致石油污染日益嚴(yán)重[2]。大量的石油烴類化合物進(jìn)入土壤,會(huì)影響和改變土壤結(jié)構(gòu)的組成,生物化學(xué)循環(huán)以及土壤微生物群落多樣性,對(duì)土壤肥力的可持續(xù)性和環(huán)境造成嚴(yán)重的負(fù)面影響[3]。另外,許多石油開采區(qū)的地理位置往往位于海域鹽堿灘或內(nèi)陸鹽堿土區(qū)域,從而導(dǎo)致鹽堿土受到原油溢油污染的現(xiàn)象廣泛出現(xiàn),例如墨西哥灣曾發(fā)生石油泄漏和溢油事故污染了當(dāng)?shù)佧}堿土[4]。目前,這種鹽堿土石油污染所造成的土壤環(huán)境惡化已經(jīng)成為一類突出的環(huán)境問題。

植物修復(fù)是用特定的植物來清除或降低土壤中污染物質(zhì)的一種技術(shù),這種技術(shù)依賴于植物的生長(zhǎng),植物的生長(zhǎng)狀態(tài)直接影響修復(fù)效果。有研究表明,鹽堿脅迫和石油污染會(huì)改變土壤環(huán)境,導(dǎo)致大部分植物難以在石油污染的鹽堿土壤中生長(zhǎng),無法在環(huán)境修復(fù)中有效的發(fā)揮作用[5]。小黑麥(TriticalehexaploideL.),是普通小麥和黑麥屬間雜交和染色體加倍而人工合成的物種,具有光合作用能力旺盛、抗逆性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[6- 8]。我們?cè)谥暗难芯恐?篩選到了在石油污染的鹽堿土壤中可以較好地存活并生長(zhǎng)的小黑麥品種[9],并將其作為本研究的修復(fù)植物。同時(shí),石油污染鹽堿土的植物修復(fù)研究無法忽略土壤中的微生物群落,尤其是植物的根際微生物被認(rèn)為在植物修復(fù)進(jìn)程中起到關(guān)鍵作用。土壤微生物群落可以敏感地察覺出土壤環(huán)境的改變,其中細(xì)菌作為土壤微生物中重要的組成成分,它的群落結(jié)構(gòu)組成可以反映出土壤的理化性質(zhì),以及對(duì)不良環(huán)境的耐受性[10]。修復(fù)植物可以提高土壤對(duì)污染物的降解作用,且修復(fù)過程會(huì)使土壤微生物的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出明顯的變化[11]。研究石油污染土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)和多樣性對(duì)植物修復(fù)的響應(yīng)會(huì)為了解污染土壤的修復(fù)機(jī)制提供一定的幫助。

本研究采用高通量測(cè)序技術(shù),分析小黑麥種植對(duì)不同濃度石油污染的鹽堿土壤中根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性的影響,同時(shí)測(cè)定了土壤石油烴的降解率,以揭示石油污染鹽堿土壤的植物修復(fù)過程中根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律,為石油污染鹽堿土壤的植物修復(fù)技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)植物及土壤的制備

小黑麥 (TriticalehexaploideL.) 哈師2號(hào)種子,由哈爾濱師范大學(xué)分子細(xì)胞遺傳與遺傳育種實(shí)驗(yàn)室提供。盆栽實(shí)驗(yàn)所需土壤取自黑龍江省大慶市鹽堿樣地,土壤取回后經(jīng)風(fēng)干,過篩,得到無石塊和雜物的鹽堿土,留以使用。石油污染鹽堿土壤的制備：根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中1 g/kg、5 g/kg的石油濃度,稱取相應(yīng)質(zhì)量的石油(采自大慶油田)和鹽堿土壤(土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)：pH值9.0、磷21.1 mg/kg、鉀176 mg/kg、有機(jī)物18.22 g/kg),用一定量的石油醚完全溶解石油,將石油—石油醚溶液按相應(yīng)濃度倒入對(duì)應(yīng)的鹽堿土壤中,攪拌混勻后放在通風(fēng)處,待石油醚揮發(fā)徹底即可制成實(shí)驗(yàn)所需土壤。

1.2 盆栽實(shí)驗(yàn)方案

設(shè)定0 g/kg、1 g/kg和5 g/kg三個(gè)石油濃度的處理組,將種植小黑麥的不同石油濃度實(shí)驗(yàn)組記為X0、X1、X5,并以對(duì)應(yīng)的石油濃度的未種植小黑麥的土壤作為對(duì)照組,分別記為CK0、CK1、CK5,每個(gè)處理設(shè)置4個(gè)重復(fù)。將制備好的土壤分裝入各花盆中,定量稱取0.5 kg土/盆,每盆播種10粒小黑麥種子。待小黑麥種植1.5個(gè)月后測(cè)定小黑麥的株高,并取其根際土,土樣去除大土塊、植物殘?bào)w等雜質(zhì),裝入密封袋,一部分放于-80℃用以高通量測(cè)序,另一部分自然風(fēng)干,用于石油烴含量測(cè)定。

1.3 土壤石油烴含量的測(cè)定

土壤中石油烴含量的測(cè)定采用索式萃取重量法進(jìn)行[12- 13]。在每種石油濃度處理組中各取一定質(zhì)量(m1)的風(fēng)干土樣(研磨過篩1 mm)與1 g無水硫酸鈉混合,攪拌均勻后,用濾紙包裹并放入索氏提取器中,滴加0.6 mL 1 mol/L HCl到濾紙包上,于50℃下用二氯甲烷回流5 h。取下接收瓶,冷卻后,將接收瓶中的二氯甲烷提取液倒入分液漏斗中。搖晃振動(dòng)分液漏斗1—2 min,靜置分層,將其下層的二氯甲烷提取液用10 g無水硫酸鈉過濾脫水,將濾液濾入蒸發(fā)皿(稱取重量m2)。將蒸發(fā)皿置于50℃的烘箱中烘干,待其恒重時(shí)稱取重量(m3)。根據(jù)土壤樣品的質(zhì)量變化計(jì)算出石油烴降解率。石油烴降解率計(jì)算公式為：[m0-(m2-m3)×1000/m1]/m0×100%,m0為土壤中添加的石油濃度。

1.4 土壤DNA提取、PCR擴(kuò)增和高通量測(cè)序

土壤樣品的DNA提取采用PowerSoil DNA提取試劑盒(Omega Bio-tek, Norcross, GA, U.S.),稱取0.3—0.5 g新鮮土壤樣品,按試劑盒規(guī)定的實(shí)驗(yàn)步驟提取土壤總DNA。利用細(xì)菌引物對(duì)515F- 907R區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增,引物序列分別為515F(5′-GTGCCAGCMGCCGCGG- 3′),907R(5′-CCGTCAATTCMTTTRAGTTT- 3′)。接頭后的引物含有不同的Barcode以區(qū)分不同樣品。PCR反應(yīng)體系為20 μL：5×PCR buffer 4 μL,dNTPs(2.5 mmol/L)2 μL,正向引物0.4 μL(5 μmol/L),反向引物0.4 μL(5 μmol/L),0.4 μL Premix Taq DNA聚合酶,DNA模板量10 ng。PCR擴(kuò)增條件：94℃ 3 min；94℃ 20 s,55℃ 20 s,72℃ 30 s,20個(gè)循環(huán)；72℃ 5 min。PCR結(jié)束后,引入Illumina橋式PCR兼容引物進(jìn)行第二輪擴(kuò)增。對(duì)PCR產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖電泳,并采用瓊脂糖試劑盒回收,QuantiFluorTM-ST (Promega, USA)檢測(cè)試劑盒對(duì)回收的DNA精確定量,每一樣品DNA量取10 ng,按1∶1等量混合后采用Illumina公司的Miseq平臺(tái)測(cè)序。

1.5 數(shù)據(jù)分析及處理

根據(jù)Barcode序列拆分各樣品數(shù)據(jù),截取Barcode和引物的序列使用FLASH對(duì)其進(jìn)行拼接。高通量測(cè)序數(shù)據(jù)使用QIIME進(jìn)行數(shù)據(jù)處理：利用UPARSE軟件對(duì)全部有效序列進(jìn)行聚類,默認(rèn)以97%序列相似性對(duì)序列聚類獲得操作分類單元(operational taxonomic unit,OTU)。采用RDP classifier 2.12對(duì)97%相似度水平的OTU 代表序列進(jìn)行分類學(xué)分析,得到每個(gè)OTU 對(duì)應(yīng)的物種分類信息,并在界、門、綱、目、科、屬水平上統(tǒng)計(jì)各個(gè)樣品的細(xì)菌群落組成?；谖锓N分類分析,繪制物種分類條形圖和物種豐度熱圖。利用QIIME 1.8 軟件進(jìn)行樣品Alpha 多樣性分析,計(jì)算ACE、Chao1、Shannon、Simpson 等物種多樣性指數(shù)[14- 16]。基于Alpha多樣性指數(shù)進(jìn)行稀釋性分析。在分析細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)時(shí),將樣品中無法鑒定到這個(gè)分類水平的類群統(tǒng)稱為未知類群(Unclassified),將相對(duì)豐度較低的類群合并,統(tǒng)稱為其他類群(Others),然后繪制不同分類水平上細(xì)菌類群的相對(duì)豐度圖。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010處理,顯著性分析采用IBM SPSS Statistics 20統(tǒng)計(jì)軟件單因素方差分析(ANOVA)得到各處理間數(shù)據(jù)差異[14],利用鄧肯(Duncan)檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較,顯著差異水平P< 0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 小黑麥對(duì)土壤石油烴降解作用的影響

對(duì)土壤的石油烴含量進(jìn)行測(cè)定,并對(duì)土壤石油烴降解率進(jìn)行了分析(圖1)。結(jié)果表明,X1組的石油烴降解率是56%,而CK1組的土壤石油烴降解率為19.33%,表明在土壤石油濃度為1 g/kg時(shí),種植小黑麥提高了土壤36.67%的石油烴降解率。X5組的石油烴降解率是44.27%,而CK5組的土壤石油烴降解率為11.07%,表明在土壤石油濃度為5 g/kg時(shí),種植小黑麥提高了土壤33.20%的石油烴降解率。因此,種植小黑麥組的石油烴降解率均顯著高于無植物種植的對(duì)照組(P< 0.05)。

2.2 土壤細(xì)菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)分析

2.2.1土壤測(cè)序數(shù)據(jù)分析

為了解種植小黑麥對(duì)石油污染鹽堿土壤的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響,利用Illumina Miseq高通量測(cè)序技術(shù),對(duì)不同處理樣品的細(xì)菌16S rRNA進(jìn)行測(cè)序。經(jīng)優(yōu)化后6個(gè)處理組分別得到21398—27899條序列?；跇悠废♂屝郧€(圖2), 6個(gè)土壤樣品的OTUs數(shù)隨著序列讀取數(shù)量的增加先快速上升而后轉(zhuǎn)變?yōu)榫徛厣仙?說明隨著序列讀取數(shù)量的增加OTUs數(shù)已經(jīng)開始趨于平緩,此外,測(cè)序的覆蓋度(Coverage值)均大于96%(表1),證明該測(cè)序量已可以代表樣本中微生物的真實(shí)情況。

圖1 石油烴降解率Fig.1 degradation rate of Total Petroleum Hydrocarbons(TPH)不同字母表示統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異(P<0.05)

圖2 樣品稀釋曲線Fig.2 Rarefaction curve analysis of OTUs

2.2.2土壤細(xì)菌多樣性分析

通過計(jì)算土壤樣品的Ace指數(shù)(Ace index)、Chao1指數(shù)(Chao1 index)、辛普森指數(shù)(Simpson index)和香農(nóng)指數(shù)(Shannon index),對(duì)土壤細(xì)菌多樣性進(jìn)行了分析(表1)。Ace指數(shù)和Chao1指數(shù)可代表土壤細(xì)菌群落的豐度,辛普森指數(shù)和香農(nóng)指數(shù)可代表土壤細(xì)菌群落的多樣性。結(jié)果表明,X1組的細(xì)菌群落香農(nóng)多樣性指數(shù)是6.25,而CK1組是5.95；X5組的細(xì)菌群落香農(nóng)多樣性指數(shù)是5.97,而CK5組的土壤細(xì)菌群落香農(nóng)多樣性指數(shù)為5.84,表明在土壤石油濃度為1 g/kg和5 g/kg時(shí),種植小黑麥均會(huì)提高土壤細(xì)菌多樣性。另外,從Chao1指數(shù)也可以看出,種植小黑麥提高了土壤細(xì)菌的豐度。在種植小黑麥以后土壤細(xì)菌群落的土壤的香農(nóng)指數(shù)、Ace 指數(shù)、Chao1 指數(shù)值顯著增加,辛普森指數(shù)降低.說明向土壤中種植小黑麥進(jìn)行修復(fù)處理可提高污染土壤的微生物豐富度和均勻度。以上結(jié)果表明,種植小黑麥提高了石油污染鹽堿土壤細(xì)菌的豐度和多樣性。

表1 不同處理組土壤細(xì)菌豐富度和多樣性

2.2.3土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成分析

在細(xì)菌群落“門”的分類水平上對(duì)土壤的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行了分析(圖3)。結(jié)果表明,在6個(gè)土壤樣品中,放線菌門(Actinobacteria 8.33%—26.61%)、變形菌門(Proteobacteria 20.00%—51.16%)、酸桿菌門(Acidobacteria 13.96%—17.04%)、擬桿菌門(Bacteroidetes 6.51%—26.12%)、綠彎菌門(Chloroflexi 3.40%—7.37%)占有主要優(yōu)勢(shì)地位。

圖3 門水平土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)Fig.3 Soil bacterial community at the phylum levels

在無石油污染的鹽堿的土壤中,與未種植小黑麥的對(duì)照組相比(CK0),種植小黑麥處理組(X0)的變形菌門、芽單胞菌門、浮霉菌門和酸桿菌門的相對(duì)豐度較高,而放線菌門的相對(duì)豐度明顯下降。在1 g/kg 和5 g/kg濃度的石油污染土壤中,X1和X5土樣中的變形菌門的相對(duì)豐度為31.94%和51.16%,而在CK1和CK5土樣中其相對(duì)豐度為20.15%和20.00%。酸桿菌門X1和X5土樣中的相對(duì)豐度為16.35%和15.71%,在CK1和CK5土樣中其相對(duì)豐度為13.96%和14.64%。而放線菌門,擬桿菌門和厚壁菌門(Firmicutes)較對(duì)照的相對(duì)豐度有所降低。在6個(gè)土壤樣品中,不同土壤樣品中的未分類種群的數(shù)值有一定的波動(dòng)變化,種植小黑麥后相對(duì)豐度顯著增加。

在細(xì)菌群落“綱”的分類水平上發(fā)現(xiàn)(圖 4),6個(gè)土壤樣品中放線菌綱(Actinobacteria)、酸桿菌綱(Acidobacteria)、α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)、黃桿菌綱(Flavobacteriia)、γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria)、β-變形菌綱(Betaproteobacteria)占有主要優(yōu)勢(shì)地位。種植小黑麥以后,γ-變形菌綱、β-變形菌綱、芽單胞菌綱、δ-變形菌綱的相對(duì)豐度都有上升,而放線菌綱、黃桿菌綱、微酸菌綱、芽孢桿菌綱、熱微菌綱這幾種菌綱的相對(duì)豐度都有降低。在X0組中,酸桿菌綱、β-變形菌綱、α-變形菌綱、γ-變形菌綱為主要分類群。在1 g/kg和5 g/kg石油濃度下,酸桿菌綱在X1組中的豐度最高,為16.35%；而γ-變形菌綱在X5土壤樣品中的豐度值最高,為28.33%。除此之外,在石油污染的鹽堿土壤中,黑麥草的種植提高了芽單胞菌綱、δ-變形菌綱、鞘脂桿菌綱 、浮霉菌綱、硝化螺旋菌綱以及未分類的其他菌群的相對(duì)豐度。

圖4 綱水平土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)Fig.4 Soil bacterial community at the class levels

進(jìn)一步利用熱圖在細(xì)菌“屬”的水平上進(jìn)行了分析(圖5)。共統(tǒng)計(jì)了36個(gè)主要優(yōu)勢(shì)菌屬,與CK0相比,X0組的土壤樣品中亞硝化單胞菌-不可培養(yǎng)菌屬(Nitrosomonadaceae_uncultured,5.83%)、噬纖維菌科-不可培養(yǎng)菌屬(Cytophagaceae_uncultured,3.37%)和芽單胞菌科-不可培養(yǎng)菌屬(Gemmatimonadaceae_uncultured,2.19%)這三個(gè)菌屬的相對(duì)豐度提高。在1 g/kg和5 g/kg石油濃度下,與CK1相比較,X1組中的亞硝化單胞菌-不可培養(yǎng)菌屬(4.63%)、噬纖維菌科-不可培養(yǎng)菌屬(4.42%)、烷烴降解菌科-未命名菌屬(Alcanivoracaceae_norank,2.63%)的相對(duì)豐度明顯增加；與CK5相比較,X5組土壤樣品中的烷烴降解菌科-未分類菌屬、黃單胞菌屬(Xanthomonas)、亞硝化單胞菌-不可培養(yǎng)菌屬、叢毛單胞菌科-未分類菌屬(Comamonadaceae_unclassified)這幾個(gè)菌群的相對(duì)豐度增加。種植小黑麥后在石油污染的土壤中有一部分菌屬的數(shù)量相比未種植土壤更多,比如硝化單胞菌-不可培養(yǎng)菌屬、噬纖維菌科-不可培養(yǎng)菌屬、芽單胞菌科-不可培養(yǎng)菌屬、烷烴降解菌科-未命名菌屬、黃單胞菌屬、叢毛單胞菌科-未分類菌屬、浮霉?fàn)罹鷮?Planctomyces)、芽單胞菌屬(Gemmatimonas)、豐佑菌屬(Opitutus)、水小桿菌屬(Aquabacterium)、鞘氨醇單胞菌(Sphingomonas),其中烷烴降解菌科-未命名菌屬、Subgroup_6_norank、黃單胞菌屬、亞硝化單胞菌-不可培養(yǎng)菌屬、34P16_norank這幾個(gè)菌群的相對(duì)豐度比較高。

圖5 各土壤樣品在屬水平上的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)熱圖Fig.5 The heatmap of bacterial community structures of soil sampiems at level of genus熱圖的縱坐標(biāo)表示的為不同的細(xì)菌菌屬,橫坐標(biāo)表示的為每一個(gè)土壤樣品,圖中不同顏色色代表著菌屬的豐度變化,越偏向紅色豐度越高,而越偏向藍(lán)色豐度越低

3 討論

植物修復(fù)具有成本低、可進(jìn)行大面積原位操作、無二次污染等特點(diǎn),因而備受人們的青睞[17- 18]。但是針對(duì)于石油污染的鹽堿土壤環(huán)境,許多植物都無法正常生長(zhǎng),也就無法發(fā)揮出修復(fù)作用。鹽堿土壤的高鹽含量以及高pH值會(huì)影響植物的生長(zhǎng)狀況,所以本研究選取耐鹽堿的小黑麥作為石油鹽堿雙重污染地區(qū)的修復(fù)植物。許多研究表明,種植植物能夠增加土壤根際微生物的多樣性與豐度,以提高土壤對(duì)污染物的消除修復(fù)能力[11]。在石油烴污染的土壤中種植麒麟草、大葉鉆天楊、深裂歐地草,顯著改變了根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)[19]。種植狗牙根(Cynodondactylon)、馬藺(Irislactea)等植物均可以提高土壤微生物的多樣性,改善根際土壤的微環(huán)境,降低土壤中的石油烴含量,從而有效地修復(fù)PHCs污染土壤[20- 21]。本研究發(fā)現(xiàn),種植小黑麥不僅顯著提高了鹽堿土壤的石油烴降解率,還增加了根際土壤細(xì)菌多樣性和豐度,這與利用黃花苜蓿(MedicagofalcataL.)和紫花苜蓿(MedicagosativaL.)[22]等植物進(jìn)行鹽堿土石油污染修復(fù)的研究結(jié)果相一致。根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),種植植物后對(duì)石油污染土壤的修復(fù)作用體現(xiàn)在以下幾點(diǎn),一是修復(fù)植物自身可以吸附利用有機(jī)污染物,二是由于根系分泌物為微生物提供了營(yíng)養(yǎng),故增加了根際微生物的豐度,從而促進(jìn)土壤中石油烴類化合物的降解[23],三是植物根系可以通過向土壤中釋放分泌物和氧氣,同時(shí)打破土壤的物理化學(xué)結(jié)構(gòu),從而有效增加污染土壤中的微生物群落,促進(jìn)石油烴的降解[24]。這表明了植物修復(fù)的過程不僅是植物本身在起作用還包含著土著微生物的參與以及植物與土著微生物之間的相互作用帶來的影響。

土壤微生物是重要的土壤活性組成成分,在土壤的有機(jī)物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮重要的作用[25]。植物生長(zhǎng)可以影響其凋落物的產(chǎn)生和分解、根系的周轉(zhuǎn)以及根系分泌物的產(chǎn)生等活動(dòng),這些活動(dòng)能夠影響土壤碳和氮含量等微生物生長(zhǎng)和繁殖提供所必需的碳源和能量,從而影響微生物群落結(jié)構(gòu)[26]。同時(shí),土壤中的石油也會(huì)影響土壤的細(xì)菌群落組成。Sutton等人對(duì)長(zhǎng)期柴油污染土壤26個(gè)樣品微生物群落組成和多樣性的研究結(jié)果表明,變形桿菌、放線菌門、酸桿菌門和綠彎菌門是主要的微生物類群[27]。在Liao等人的研究中發(fā)現(xiàn),華北油田中的優(yōu)勢(shì)菌為放線菌及擬桿菌[28]。而在本研究中,發(fā)現(xiàn)石油污染的鹽堿土壤的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌菌群是放線菌門、變形菌門、酸桿菌門、擬桿菌門和綠彎菌門,這與他人的研究結(jié)果基本相符。在種植小黑麥的土壤中,還會(huì)發(fā)現(xiàn)變形菌門相對(duì)豐度明顯增加,而放線菌門,擬桿菌門和厚壁菌門較對(duì)照的相對(duì)豐度有所降低。變形菌門由一群革蘭氏陰性細(xì)菌組成,可以降解石油碳?xì)浠衔颷29]。在“綱”的分類水平上,種植小黑麥后γ-變形菌綱、芽單胞菌綱、β-變形菌綱和δ-變形菌綱的相對(duì)豐度有小幅度增加。屬于變形菌門的γ-變形菌綱的相對(duì)豐度增加幅度較明顯。Gao等人通過研究不同程度鹽堿化和原油污染的土壤中微生物群落的變化,發(fā)現(xiàn)γ-變形菌綱在修復(fù)石油污染土壤的過程中起著重要作用[5]。同樣,在放線菌門和酸桿菌門中也包含有特異的碳?xì)浠衔锝到饧?xì)菌,它們對(duì)于土壤中的碳、氮和其他的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)有著重要的作用。Allen的研究表明,在長(zhǎng)期石油污染的地區(qū)可以發(fā)現(xiàn)酸桿菌門,認(rèn)為這部分細(xì)菌參與了污染土壤的修復(fù)過程[30]。

本研究通過細(xì)菌菌屬的相對(duì)豐度分析發(fā)現(xiàn),在石油污染的鹽堿土壤種植的小黑麥根際,亞硝化單胞菌屬、噬纖維菌科-不可培養(yǎng)菌屬、芽單胞菌屬、烷烴降解菌科-未命名菌屬、黃單胞菌屬和叢毛單胞菌科-未分類菌屬等優(yōu)勢(shì)度較高,而在無石油污染及未種植植物對(duì)照組中這些菌群的優(yōu)勢(shì)度較低,清楚地表明石油污染土壤中含有獨(dú)特的石油降解細(xì)菌群落,同時(shí)小黑麥的種植會(huì)增加石油降解細(xì)菌群落的相對(duì)豐度。這些優(yōu)勢(shì)菌屬中,亞硝化單胞菌是一種氨氧化細(xì)菌,能把氨氧化為亞硝酸,在土壤氮循環(huán)中發(fā)揮著重要作用,有助于給植物提供氮素[31]。而烷烴降解菌科-未命名菌屬和黃單胞菌屬則與石油污染物的降解有關(guān),研究發(fā)現(xiàn)烷烴降解菌科-未命名菌屬是一種能夠降解烷烴的嗜鹽菌,可以利用石油烴組分作為碳源在中度至高鹽環(huán)境中生長(zhǎng),同時(shí)在研究中發(fā)現(xiàn)黃單胞菌是一種污染程度較低時(shí)的高效石油降解菌[32- 34]。在本研究中檢測(cè)出來的叢毛單胞菌科是一類有機(jī)物質(zhì)的天然分解者,這與Sun等人的研究對(duì)次生污染(運(yùn)移油)樣品中叢毛單胞菌科含量顯著的結(jié)果相似[35]。本研究結(jié)果表明,在石油污染的中會(huì)出現(xiàn)一類獨(dú)特的以石油及石油分解物為碳源的微生物群,例如烷烴降解菌、黃單胞菌以及叢毛單胞菌等等,同時(shí)種植小黑麥會(huì)促進(jìn)石油污染的鹽堿土壤中這類微生物的生長(zhǎng),加速對(duì)土壤中石油烴類污染物的降解。

綜上所述,種植小黑麥不僅自身可以耐受石油鹽堿的雙重脅迫,還可以增加根際土壤細(xì)菌群落的多樣性,并通過構(gòu)建良好的微生物群落結(jié)構(gòu)來加強(qiáng)修復(fù)效果,從而在鹽堿土壤中達(dá)到一個(gè)較高的石油烴的降解率。