Assembly of root-associated microbiomes of typical rice cultivars in response to lindane pollution

典型水稻品種根際微生物組在林丹污染下的組裝

來源：Environment International, Volume 131, 2019, Article 104975

《環(huán)境國際》，第131卷，2019年，文章編號104975

 

摘要

論文摘要指出，有機氯農(nóng)藥如林丹在水稻種植中廣泛使用，但對其在厭氧環(huán)境下對地下微生態(tài)的影響知之甚少。本研究在溫室條件下，表征了林丹對常用秈稻、粳稻和雜交水稻品種根際微生物組組裝的影響，以及它們?nèi)绾畏答佇薷牧值さ膮捬跸ⅰ＝Y(jié)果表明，水稻生長抑制了林丹的厭氧消散，但林丹在初始濃度4.62和18.54 mg/kg下對水稻生長無明顯影響。與未種植對照相比，水稻種植處理中林丹去除受抑制，可能是由于水稻根部的徑向氧分泌（ROL）和共存的Fe(III)還原競爭電子所致。然而，在高污染土壤中，雜交品種的抑制程度低于常規(guī)品種。細(xì)菌比真菌對林丹污染更敏感，放線菌、綠彎菌、疣微菌和變形菌是雜交和常規(guī)品種之間的主要差異門，雜交水稻在林丹脅迫下表現(xiàn)出更穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)。

 

研究目的

研究目的是評估林丹污染對水稻根際微生物組組裝的影響，并探討不同水稻品種（秈稻、粳稻和雜交稻）的差異，以及它們?nèi)绾斡绊懥值さ膮捬跸ⅲ瑸槲廴镜咎锏乃驹耘嗵峁├碚撘罁?jù)。

 

研究思路

研究采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，包括四個種植處理（無植物對照、粳稻XS519、秈稻HHZ、雜交稻YY12）和三個林丹污染水平（0、5、20 mg/kg）。水稻生長60天后，測量林丹殘留、微生物群落、根際氧損失（ROL）等參數(shù)。使用高通量測序分析細(xì)菌和真菌群落，并通過統(tǒng)計方法評估差異。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 林丹在土壤和植物組織中的濃度：來自表1。研究意義：評估林丹的消散和積累，顯示水稻生長抑制林丹消散，雜交品種消散更好，為理解植物對污染物去除的影響提供數(shù)據(jù)。

 

2 根際氧損失（ROL）：來自圖1B。研究意義：ROL影響根際氧化還原狀態(tài)，從而影響林丹的厭氧降解，揭示不同品種的氧分泌能力差異。

 

3 溶解有機碳（DOC）和溶解總氮（DTN）：來自圖1C和D。研究意義：DOC和DTN作為微生物的碳源和氮源，影響微生物活性和林丹降解，雜交品種有更高DOC，可能促進(jìn)微生物活動。

4 微生物群落多樣性和組成：來自圖2、3、4、5。研究意義：細(xì)菌和真菌群落對林丹污染的響應(yīng)不同，雜交品種有更穩(wěn)定的微生物群落，表明品種對微生物組裝的調(diào)控作用。

 

 

 

 

5 差異OTU分析：來自圖4和5。研究意義：識別對林丹敏感或富集的微生物類群（如芽孢桿菌科和叢毛單胞菌科富集），揭示品種間差異和潛在降解菌。

 

結(jié)論

1 水稻生長抑制林丹的厭氧消散，但林丹對水稻生長無顯著影響，表明水稻在污染條件下仍可正常生長。

2 雜交水稻品種在高污染土壤中表現(xiàn)出較少的抑制，消散更好，建議在污染稻田優(yōu)先種植雜交稻。

3 細(xì)菌比真菌更敏感于林丹污染，雜交品種的微生物群落更穩(wěn)定，有助于增強抗逆性。

4 根際氧分泌和Fe(III)還原競爭電子，導(dǎo)致林丹降解受抑制，揭示了根際微環(huán)境對污染物轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵作用。

5 雜交水稻可能更適合在林丹污染的水稻田種植，因其微生物群落更穩(wěn)定且消散能力較強。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

研究中使用了丹麥Unisense的氧微電極（型號OXY25）測量根際氧損失（ROL）。該電極提供高精度、實時的氧濃度測量，能量化水稻根部氧分泌對根際環(huán)境的影響。研究意義在于：ROL數(shù)據(jù)揭示了不同水稻品種的氧分泌能力差異（雜交稻YY的ROL最低），這影響了根際的氧化還原狀態(tài)，從而調(diào)控林丹的厭氧降解過程。低ROL可能促進(jìn)厭氧條件，但同時也可能通過競爭電子抑制林丹的還原脫氯。Unisense電極的精確測量為理解根際微環(huán)境提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，支持了林丹消散受抑制的機制解釋，并強調(diào)了品種選擇在污染管理中的重要性。