不同土地利用下Cd對(duì)堿性磷酸酶的Hormesis效應(yīng)及機(jī)理研究

1、不同土地利用下Cd對(duì)堿性磷酸酶的Hormesis效應(yīng)及機(jī)理研究毒物興奮效應(yīng)(Hormesis)指機(jī)體受低劑最脅迫時(shí)產(chǎn)生刺激興奮反應(yīng)，高劑 星時(shí)表現(xiàn)為抑制的現(xiàn)象。Hormesis被認(rèn)為是脅迫條件下土壤彈性的重要星度。全球變化與人為活動(dòng)加速影響下，土壤重金屬污染F1趨嚴(yán)重。目前有關(guān)重金 屬,恃別是Cd相關(guān)Hormesis效應(yīng)的研究與口俱增。土壤酶是重金屬影響下土壤本身Hormesis效應(yīng)研究最理想的測(cè)試終點(diǎn)之一。 盡管以往對(duì)Cd與不同土壤酶的Hormesis效應(yīng)研究取得重要進(jìn)展,但有關(guān)土地利 用變化對(duì)二者的影響研究還很不充分。本論文以具有清潔環(huán)境背景的伊犁河谷土壤為例，選擇草地、野果林、小麥 地和

2、人匸林等4種不同土地利用，外源添加不同劑量Cd (CdCl2 *2. 5 H20) (0、0.01、0.1、0.3、0.6、0.8、1、3、5、10、20、50、100 mg/kg),研究土壤堿性磷酸酶(ALP)的響應(yīng)特征，解析Cd-ALP的Hormesis效應(yīng) 特征。選擇典型Hormesis效應(yīng)劑星，借助Miseq二代高通量測(cè)序技術(shù)，研究土壤 微生物(細(xì)菌)群落結(jié)構(gòu)與多樣性的變化，探Cd-ALP Hormesis效應(yīng)的微生物 群體響應(yīng)機(jī)理，以期為土地利用變化對(duì)重金屬脅迫下土壤彈性的影響評(píng)估提供理 論依據(jù)。主耍研究結(jié)果與結(jié)論如下:(1)伊犁河谷不同土地利用類型下,Cd與土壤ALP 存在明顯的H

3、ormesis效應(yīng)劑量關(guān)系。草地與野果林然覆被下,Hormesis效應(yīng) 的最大刺激幅度(ymax/sub為10. 7-15. 1%,對(duì)應(yīng)的劑量區(qū)間(Qi)為 10-25, 土壤彈性(R)為 151-267o相比較而言,小麥和人匸林土壤的ymax為 5. 1-11.3%, Qi為1-3, R為6-38。這表明，伊犁河谷的自然覆被向人 為土地的改變使得ALP對(duì)Cd脅迫的響應(yīng)更為敏感，土壤應(yīng)對(duì)Cd脅迫的彈性下降。（2）伊犁河谷自然覆被的人為利用使得土壤pH增加,TN和TC顯苕降低 （P<O. 05）, 土壤質(zhì)量指數(shù)下降。四種土地利用下土壤微生物門水平上優(yōu)勢(shì)群 落為 Acidobacteria

4、（酸桿菌門）、Actinobacteria （放線菌門）、Proteobacteria （變形菌門），群落相對(duì)豐度占比>72%o然覆被的人為改變使Acidobacteria和Gp7群落相對(duì)豐度顯著增加、 G-的相對(duì)豐度顯著降低（P<0. 05）o 土壤ALP的Hormesis效應(yīng)參 數(shù) Qi R 與土壤 TN、Verrucomicrobia （疣微菌門）和 Firmicutes （厚壁菌屬）的相對(duì)豐度顯著正相關(guān)。這表明，伊犁河谷不同土地利用土壤TN及相關(guān)微生物可能與土壤應(yīng)對(duì)Cd脅 迫的潛力密切相關(guān)。（3）不同劑暈Cd脅迫下,4種土地利用下土壤微生物優(yōu)勢(shì)群 落均為 Firmicute

5、s、Actinobacteria、Proteobacteria 和 Acidobacteria 君節(jié)落, 其相對(duì)豐度占87%以上。這表明,Cd添加并沒有顯苦改變不同土地利用下土壤微生物群落組成。（4） MiSeq高通量測(cè)序結(jié)果顯示，草地土壤門水卜上Actinobacteria、 Verrucomicrobia Acidobacteria微生物群落相對(duì)豐度對(duì)Cd脅迫均具有顯苦的 Hormesis劑量效應(yīng)關(guān)系，且三種微生物群落相對(duì)豐度占比>40%。這表明,Cd-ALP的Hormesis效應(yīng)可能與這三種微生物的響應(yīng)密切相關(guān)。相 比較而言，小麥和人工林等土地利用方式下具有相似響應(yīng)的土壤微生物群落分別 為 FirmicutesVerrucomicrobia 和 Acidobacteria,群落相對(duì)豐度占比> 20%。顯然，土地利用改變使Actinobacteria不再成為優(yōu)勢(shì)群落，厚壁菌門群落豐 度顯普增加,且產(chǎn)生Hormesis響應(yīng)的微生物群落豐度下降。（5）伊犁河谷四種土 地利用卜土壤微生物群落G-/G+的變化在4. 5-5. 9 （G-與 G+的范圍在 59.4-63.8%）。不同劑星Cd脅迫下，草地、野果林等自然覆被下土壤微生物群落G-/G+降低至0. 7-1. 0,人為土地利用改變后（小麥、人 工林）土壤微生物群落 G-/G