高级搜索

石油烃类污染对青藏高原北麓河地区冻区土壤微生物多样性的影响

,  ,  , 

downloadPDF

上一篇

下一篇

王宝山, 温成成, 孙秦川, 赵峰德. 石油烃类污染对青藏高原北麓河地区冻区土壤微生物多样性的影响[J]. 环境工程学报, 2018, 12(10): 2917-2928. doi: 10.12030/j.cjee.201803022
引用本文: 王宝山, 温成成, 孙秦川, 赵峰德. 石油烃类污染对青藏高原北麓河地区冻区土壤微生物多样性的影响[J]. 环境工程学报, 2018, 12(10): 2917-2928. doi: 10.12030/j.cjee.201803022
shu
WANG Baoshan, WEN Chengcheng, SUN Qinchuan, ZHAO Fengde. Effects of petroleum hydrocarbon pollution on soil microbial diversity in permafrost region of Beiluhe area of Qinghai-Tibet plateau[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2018, 12(10): 2917-2928. doi: 10.12030/j.cjee.201803022
Citation: WANG Baoshan, WEN Chengcheng, SUN Qinchuan, ZHAO Fengde. Effects of petroleum hydrocarbon pollution on soil microbial diversity in permafrost region of Beiluhe area of Qinghai-Tibet plateau[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2018, 12(10): 2917-2928. doi: 10.12030/j.cjee.201803022
shu

石油烃类污染对青藏高原北麓河地区冻区土壤微生物多样性的影响

  • 1.

    兰州交通大学环境与市政工程学院，兰州 730070

  • 基金项目:

    国家自然科学基金资助项目（51368029）

    甘肃省重点研发计划（17YF1FA114）

Effects of petroleum hydrocarbon pollution on soil microbial diversity in permafrost region of Beiluhe area of Qinghai-Tibet plateau

  • 1.

    School of Environmental and Municipal Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China

  • Fund Project:

  • 摘要: 为了探究石油烃类污染对青藏高原冻土区土壤微生物多样性及群落结构的影响，以柴油、机油为典型的石油烃类污染物，原位人工模拟污染，利用MiSeq高通量测序技术分析和比较了4 个土样在土壤微生物多样性及群落结构维度的差异性，并识别了具有石油烃类污染物降解功能的菌群。结果表明： 4 个土样中可变区的遗传物质，在97%的相似度水平下产生有效的OTU 944 个，获得土壤微生物群落25 门、56 纲、115 目、213 科、315 属。石油烃类污染可改变原有土壤微生物多样性及群落结构，4 个土样中细菌的多样性为机油污染土样（SLO） >上层5 cm处未污染土样（TS） >中层20 cm处未污染土样（MS） >柴油污染土样（SDO），SLO（机油污染土样）多样性最高，其次为未污染土样（TS、MS），SDO（柴油污染土样）多样性最低；未污染土样（TS、MS）在垂直方向群落结构差异较小，分布基本一致，SDO、SLO与未污染土样群落结构相比差异较大，SDO、SLO样本间差异同样明显；识别出具有石油烃类污染物降解功能的菌属包括Sulfuritalea属、红球菌属（Rhodococcus）、红游动菌属（Rhodoplanes）、鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）、Alkanindiges属、诺卡氏菌属（Nocardioides）、放线菌属（Actinobacteria norank）等7 种。研究结果揭示了石油烃类污染对高寒冻土区土壤微生物多样性及群落结构的影响，在石油烃类污染物的胁迫作用下产生出具有石油烃类污染物降解功能的优势菌群，为该地区进行原位石油烃类污染修复提供技术支持。
    Abstract: To explore the effect of petroleum hydrocarbon pollution on soil microbial diversity and community structure in permafrost region of Qinghai-Tibet plateau, oil and diesel pollutions were added to this areas in situ, and the MiSeq high-throughput sequencing was applied to analyze the difference of soil microbial diversity and community structure between the original samples and the petroleum hydrocarbon pollution samples as well as to identify the flora with degradation function of petroleum hydrocarbon pollutants. The results showed that total 944 OTU bands were obtained from the four soil samples under the level of similarity of 97% genes of variable regions based on high-throughput sequencing. Bacterial species detected in those samples covered 25 phyla, 56 classes, 115 orders, 213 families, 315 genera. The original soil microbial diversity and community structure were changed obviously by an addition of petroleum hydrocarbon. The bacterial diversity of four soil samples was in order of oil-contaminated soil samples (SLO)> uncontaminated soil samples at the top of 5 cm (TS)> uncontaminated soil samples in the middle of 20 cm (MS)> diesel-contaminated soil samples (SDO), indicating that SLO diversity was highest, and the lowest diversity of four soil samples was SDO. The difference of community structure in the vertical direction of TS and MS was negligible. By comparison, the difference of community structure was significant between SDO, SLO and uncontaminated soil samples. There were over 7 genera identified with the potential of the degradation function of petroleum hydrocarbon pollutants, including Sulfuritalea, Rhodococcus, Rhodoplanes, Sphingomonas, Alkanindiges, Nocardioides and Actinobacteria norank. The results of the study revealed the effect of petroleum hydrocarbon pollutions on soil microbial diversity and community structure in the permafrost region, found the dominant bacteria with the degradation function of petroleum hydrocarbon pollutants under the environmental stress of petroleum hydrocarbon pollutants, which can provide technical support for in-situ bioremediation of petroleum pollution in the permafrost region.
  • 加载中
  • [1] . 王翔, 王世杰, 张玉,等. 生物堆修复石油污染土壤的研究进展[J]. 环境科学与技术,2012, 35(6):94-99
    [2] .SCHERR K E, LUNDAA T, KLOSE V, et al.Changes in bacterial communities from anaerobic digesters during petroleum hydrocarbon degradation.[J].Journal of Biotechnology, 2012,157(4):564-572 10.1016/j.jbiotec.2011.09.003
    [3] . 钟毅, 张旭, 梁玉婷,等. 基于基因芯片技术的石油污染土壤微生物群落结构[J]. 清华大学学报(自然科学版),2010,50(9):1396-1399
    [4] . 王悦明, 王继富, 李鑫,等. 石油污染土壤微生物修复技术研究进展[J]. 环境工程,2014,32(8):157-161
    [5] . 李国玉, 马巍, 李兴柏,等. 多年冻土区石油污染物迁移过程研究回顾与展望[J]. 冰川冻土,2011,33(4):947-952
    [6] . 孙秦川, 王宝山, 谭磊,等. 青藏高原土壤柴油降解菌的筛选及降解实验研究[J]. 环境工程,2017,35(5):167-171
    [7] .TAO K, LIU X, CHEN X, et al.Biodegradation of crude oil by a defined co-culture of indigenous bacterial consortium and exogenous Bacillus subtilis[J].Bioresource Technology,2017,224:327-332 10.1016/j.biortech.2016.10.073
    [8] . 杨浩, 张国珍, 杨晓妮,等. 16S rRNA高通量测序研究集雨窖水中微生物群落结构及多样性[J]. 环境科学,2017,38(4):1704-1716 10.13227/j.hjkx.201608097
    [9] . 孙海明, 朱梅, 郭宇南,等. 不同土壤微生物DNA提取方法比较[J]. 北华大学学报(自然科学版),2011,12(5):550-552
    [10] . 杨蕊琪, 薛林贵, 常思静,等. 祁连山不同海拔低温原油降解菌群的分布特性研究[J]. 冰川冻土,2016,38(3):785-793
    [11] . 杨智, 陈吉祥, 周永涛,等. 玉门油田污染荒漠土壤石油降解菌多样性[J]. 环境科学研究,2017,30(5):799-808
    [12] .PANICKER G, MOJIB N, AISLABIE J, et al.Detection, expression and quantitation of the biodegradative genes in Antarctic microorganisms using PCR[J].Antonie Van Leeuwenhoek,2010,97(3):275-287 10.1007/s10482-009-9408-6
    [13] . 楼骏, 柳勇, 李延. 高通量测序技术在土壤微生物多样性研究中的研究进展[J]. 中国农学通报,2014,30(15):256-260
    [14] . 罗京, 牛富俊, 林战举,等. 青藏高原北麓河地区典型热融湖塘周边多年冻土特征研究[J]. 冰川冻土,2012,34(5):1110-1117
    [15] . 张明礼, 温智, 薛珂,等. 北麓河地区多年冻土地表能量收支分析[J]. 干旱区资源与环境,2016,30(9):134-138
    [16] . 刘慧艳. 青藏高原北麓河冻土区微生物季节变化及其与环境关系的研究[D]. 兰州：兰州大学,2011
    [17] . 梁建芳, 杨江科, 杨杨,等. 克拉玛依油田石油污染土壤细菌群落结构与环境因子的关系[J]. 微生物学报,2016,56(8):1301-1313
    [18] . 杨茜, 吴蔓莉, 曹碧霄,等. 石油降解菌的筛选、降解特性及其与基因的相关性研究[J]. 安全与环境学报,2014,14(1):187-192
    [19] . 吴鹏, 连忠廉, 姜重臣,等. 高通量测序分析涠洲油气田开发区的微生物群落结构[J]. 热带海洋学报,2016,35(5):48-54
    [20] . 徐瑛, 孙永明, 郑涛,等. 高通量测序技术辅助筛选脱硫菌[J]. 化工学报,2014,65(5):1808-1814
    [21] .DELMONT T O, ROBE P, CECILLON S, et al.Accessing the soil metagenome for studies of microbial diversity [J].Applied & Environmental Microbiology,2011,77(4):1315-1324 10.1128/AEM.01526-10
    [22] . 王泽华, 王峰. 低温条件下土壤石油烃微生物修复研究进展[J]. 环境科学与技术,2017,40(s1):139-144
    [23] .SAMPAIO D S, ALMEIDA J R B, JESUS H E D, et al.Distribution of anaerobic hydrocarbon-degrading bacteria in soils from King George Island, Maritime Antarctica[J].Microbial Ecology,2017,74(24):1-11 10.1007/s00248-017-0973-3
    [24] . 张光军. 红球菌在石油烃类污染物降解中的作用[J]. 环境科学与技术,2013,36(2):93-99
    [25] . 刘猛, 陈吉祥, 周永涛,等. 一株石油降解赤红球菌(Rhodococcus rubber)特性及处理含油废水研究[J]. 环境科学学报,2016,36(10):3651-3657 10.13671/j.hjkxxb.2016.0108
    [26] . 程萍, 喻国辉, 陈燕红,等. 降解苯丙烯酸和苯甲酸光合细菌的分离筛选和初步鉴定[C]//中国微生物学会环境微生物专业委员会. 第十次全国环境微生物学术研讨会论文摘要集. 广州,2007:141-142
    [27] . 周丽沙, 李慧, 张颖,等. 石油污染土壤鞘氨醇单胞菌遗传多样性16S rDNA-PCR-DGGE分析[J]. 土壤学报,2011,48(4):804-812
    [28] .CHANG W, WHYTE L, GHOSHAL S.Comparison of the effects of variable site temperatures and constant incubation temperatures on the biodegradation of petroleum hydrocarbons in pilot-scale experiments with field-aged contaminated soils from a cold regions site[J].Chemosphere,2011,82(6):872-878 10.1016/j.chemosphere.2010.10.072
    [29] . 李文均, 张永光. 拟诺卡氏菌属放线菌研究进展[J]. 微生物学通报,2016,43(5):1123-1135
    [30] . 张子间, 刘勇弟, 孟庆梅,等. 微生物降解石油烃污染物的研究进展[J]. 化工环保,2009,29(3):193-198
    [31] . 甄丽莎, 谷洁, 胡婷,等. 黄土高原石油污染土壤微生物群落结构及其代谢特征[J]. 生态学报,2015,35(17):5703-5710
    [32] . 宋佳宇, 陈梅梅, 张海涛,等. 石油污染土壤微生物群落代谢特征分析[J]. 环境科学与技术,2013,36(10):63-66
    [33] .VARJANI S J.Microbial degradation of petroleum hydrocarbons[J].Bioresource Technology,2016,223:277-286 10.1016/j.biortech.2016.10.037
    [34] . 马思佳, 顾卓江, 丁丽丽,等. 碳源对活性污泥微生物细胞膜特性和群落结构影响[J]. 微生物学通报,2017,44(3):561-573
    [35] . 王艳发, 魏士平, 崔鸿鹏,等. 青藏高原冻土区土壤垂直剖面中微生物的分布与多样性[J]. 微生物学通报,2016,43(9):1902-1917
    [36] . 王金成, 井明博, 肖朝霞,等. 陇东黄土高原地区石油污染土壤微生物群落及其与环境因子的关系[J]. 水土保持通报,2012,32(5):145-151
    [37] . 李晓楼. 石油污染对土壤微生物群落多样性的影响[J]. 生物工程学报,2017,33(6):968-975
    [38] . 王金成, 井明博, 段春燕,等. 石油烃污染对陇东黄土高原土壤生物学及非生物学特性的影响[J]. 水土保持通报,2017,37(1):9-16
    [39] .DONG W L, LEE H, LEE A H, et al.Microbial community composition and PAHs removal potential of indigenous bacteria in oil contaminated sediment of Taean coast, Korea[J].Environmental Pollution,2017,234:503-512 10.1016/j.envpol.2017.11.097
    [40] .SUTTON N B, MAPHOSA F, MORILLO J A, et al.Impact of long-term diesel contamination on soil microbial community structure[J].Applied & Environmental Microbiology,2013,79(2):619-630 10.1128/AEM.02747-12
    [41] . 孔令姣. 石油污染土壤的生物修复及细菌多样性研究[D]. 兰州：兰州理工大学,2017
    [42] . 赵亚光, 段魏魏, 晁群芳,等. 克拉玛依石油污染土壤微生物类群及其代谢活性研究[J]. 环境科学与技术,2017,40(4):7-12
    [43] . 夏品华, 寇永珍, 喻理飞. 喀斯特高原退化湿地草海土壤微生物群落碳源代谢活性研究[J]. 环境科学学报,2015,35(8):2549-2555 10.13671/j.hjkxxb.2014.1010
    [44] . 岳冰冰, 李鑫, 任芳菲,等. 石油污染地土壤微生物群落的碳源利用特性[J]. 应用生态学报, 2011,22(12):3259-3264
  • 加载中
WeChat 点击查看大图
计量
  • 文章访问数:  1817
  • HTML全文浏览数:  1677
  • PDF下载数:  128
  • 施引文献:  0
出版历程
  • 刊出日期:  2018-10-11

石油烃类污染对青藏高原北麓河地区冻区土壤微生物多样性的影响

  • 1. 兰州交通大学环境与市政工程学院，兰州 730070
基金项目:

国家自然科学基金资助项目（51368029）

甘肃省重点研发计划（17YF1FA114）

摘要: 为了探究石油烃类污染对青藏高原冻土区土壤微生物多样性及群落结构的影响，以柴油、机油为典型的石油烃类污染物，原位人工模拟污染，利用MiSeq高通量测序技术分析和比较了4 个土样在土壤微生物多样性及群落结构维度的差异性，并识别了具有石油烃类污染物降解功能的菌群。结果表明： 4 个土样中可变区的遗传物质，在97%的相似度水平下产生有效的OTU 944 个，获得土壤微生物群落25 门、56 纲、115 目、213 科、315 属。石油烃类污染可改变原有土壤微生物多样性及群落结构，4 个土样中细菌的多样性为机油污染土样（SLO） >上层5 cm处未污染土样（TS） >中层20 cm处未污染土样（MS） >柴油污染土样（SDO），SLO（机油污染土样）多样性最高，其次为未污染土样（TS、MS），SDO（柴油污染土样）多样性最低；未污染土样（TS、MS）在垂直方向群落结构差异较小，分布基本一致，SDO、SLO与未污染土样群落结构相比差异较大，SDO、SLO样本间差异同样明显；识别出具有石油烃类污染物降解功能的菌属包括Sulfuritalea属、红球菌属（Rhodococcus）、红游动菌属（Rhodoplanes）、鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）、Alkanindiges属、诺卡氏菌属（Nocardioides）、放线菌属（Actinobacteria norank）等7 种。研究结果揭示了石油烃类污染对高寒冻土区土壤微生物多样性及群落结构的影响，在石油烃类污染物的胁迫作用下产生出具有石油烃类污染物降解功能的优势菌群，为该地区进行原位石油烃类污染修复提供技术支持。

English Abstract

参考文献 (44)

目录

/

返回文章
返回

Copyright © 2019 中国科学院生态环境研究中心