大气颗粒物对细叶小羽藓(Haplocladium microphyllum)和大灰藓(Hypnum plumaeforme)生理及叶表面微生物群落结构的影响

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随着人类活动对环境干扰程度的日益加剧,利用生物对环境污染进行指示和监测成为当前环境生物学研究的热点之一。苔藓植物作为一类良好的环境污染指示植物,被世界各国广泛应用于监测各类环境变化。大气颗粒物是大气常见污染物,是导致雾霾天气发生的直接原因,不仅使能见度降低,还可引发健康、环境、生态等深层次问题,但现有研究大多注重其健康、环境效应方面的研究,而忽略生态效应,对苔藓体内的生理生化的变化以及直接接触的叶表面微生物群落结构的变化仅有少数研究和报道。本研究在青岛市市区街道和人工湿地污水处理系统两个采样点采集大气颗粒物样品,选取细叶小羽藓(Haplocladium microphyllum)和大灰藓(Hypnum plumaeforme)两种苔藓植物作为研究对象,比较分析不同来源大气颗粒物对苔藓植物生理生化指标以及叶表面细菌群落结构的影响。通过研究得到如下结论:(1)市区街道和人工湿地大气颗粒物均对苔藓植物生理生化指标产生显著影响。随着颗粒物浓度的增加,两种苔藓均呈总叶绿素含量逐渐下降;可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量和过氧化物酶活性不断增加的趋势。并且喷洒市区街道颗粒物的苔藓植物生理生化指标较喷洒人工湿地颗粒物变化幅度更大。(2)两种苔藓植物对大气颗粒物的敏感程度存在差异,相同胁迫环境下,大灰藓总叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量和过氧化物酶活性变化均大于细叶小羽藓。(3)对细叶小羽藓和大灰藓叶表面细菌群落多样性分析结果表明,喷洒市区街道颗粒物的两种苔藓叶片表面微生物丰富度指数(Chao和Shannon)最高,喷洒人工湿地颗粒物溶液的两种苔藓次之,喷洒无菌矿物质水的两种苔藓最低。(4)喷洒大气颗粒物能增多细叶下羽小羽藓和大灰藓叶表面细菌种类,并且喷洒市区街道颗粒物的苔藓植物新增细菌种类多于喷洒人工湿地颗粒物的苔藓植物。细叶小羽藓喷洒前有24个菌门、60个菌纲,喷洒人工湿地颗粒物后,菌门增至26个、菌纲增至64个,喷洒市区街道颗粒物的菌门增至29个、菌纲增至69个。大灰藓喷洒前菌门有22个、菌纲56个,喷洒人工湿地颗粒物溶液后,菌门增至24个、菌纲增至59个,喷洒市区街道颗粒物后的菌门增至24个、菌纲增至63个。(5)喷洒不同来源颗粒物的苔藓叶表面细菌群落中菌门、菌纲的相对丰度发生变化,但优势菌门、优势菌纲未发生变化。细叶小羽藓优势菌门包括:变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、蓝藻门(Cyanobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、酸杆菌门(Acidobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)和放线菌(Actinobacterias)。大灰藓的优势菌门包括:变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、蓝藻门(Cyanobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和放线菌门(Actinobacterias)。(6)喷洒颗粒物后苔藓叶表面中发现存在与降解颗粒物中的某些污染物有关的细菌。如细叶小羽藓中Limnobacter thiooxidans能还原Cr6+,Phenylobacterium koreense可降解石油,Thioalkalivibrio nitratireducens可将亚硝酸盐还原为氨;大灰藓中cidibacter ferrireducens是一种新型嗜酸性铁还原细菌,Methylophaga nitratireducenticrescens是一种反硝化菌,Sandaracinus amylolyticus和Nostoc punctiforme能进行固氮作用,Thioalkalivibrio nitratireducens能将亚硝酸盐和羟胺还原为氨。(7)在喷洒颗粒物的苔藓叶表面菌群中还发现与生理生化指标变化相适应的一些细菌,细叶小羽藓中和大灰藓中Chryseolinea serpens能降解因颗粒物胁迫引起的苔藓体内上升的糖类;大灰藓中Thermoactinomyces vulgaris、Nitrosospira multiformis、Fluviicola hefeinensis分别能水解糖类、控制细胞各种蛋白质的运转、产生过氧化氢酶分解过氧化氢。推测大气颗粒物对苔藓叶表面细菌群落结构改变的原因可能一部分是由外界环境直接引起,另一部分是外界环境影响苔藓植物体内各种生理生化,从而间接改变叶表面细菌的群落结构。
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