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丛枝菌根真菌的多样性选择重金属污染土壤Owerri尼日利亚

Chris O Nwoko1*Chinwe J Ngumah2奇纳E Ihejirika1,反而Ngumah3

1环境技术的部门,联邦理工大学,Owerri、尼日利亚

2生物学系、联邦理工大学Owerri, PMB 1526

3联邦大学微生物系的技术

*通讯作者:
Chris O Nwoko
部门的环境技术
联邦理工大学
Owerri、尼日利亚
电子邮件:Chris.nwoko@futo.edu.ng

收到的日期:11/10/2017;接受日期:30/10/2017;发布日期:06/11/2017

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文摘

进行一项调查丛枝菌根(AM)真菌的物种多样性在选定的重金属污染土壤Owerri大都市。土壤(0-20厘米)收集从8不同位置即(1)高汽车修理工活动区域。(2)媒介汽车修理工活动区域。(3)低汽车修理工活动区域。(4)老垃圾场。(5)积极的垃圾场。(6)复苏垃圾场。(7)交通拥挤的公路。(8)原状营养土地作为控制。土壤样品理化参数的分析包括重金属viz.铅(Pb)、镉(Cd)和锌(锌)。 Also the ecological characteristics of AM fungi species were determined. Results showed that areas with high pollution index (PI) adversely affected the richness and diversity of AM fungi species. Seven different AM fungi ecotypes were isolated from the soil samples. These ecotypes had varied relative abundance across the locations. Species richness and diversity as measured by Shannon-Wiener index decreased in soils with PI>20 but increased with low PI < 20. However, these organisms maintained significant populations across the locations. Thus suggesting high possibility of facilitating microbial activity in heavy metal stressed soil ecosystems.

关键字

Abuscular菌根真菌,物种多样性、土地退化、土壤重金属修复

介绍

丛枝菌根真菌的门Glomeromycota预留biotrophic有机体与被子植物的根建立共生关系,裸子植物和苔藓植物和蕨类植物物种1]。他们是土壤的重要组成部分生态系统,因为这些真菌物种可以促进植物生长,减少压力造成营养不足主要磷(P)、污染和干旱2]。他们一直认为有效恢复退化土地的关键组件,主要通过接种网站有效的隔离(3]。菌根的主要功能是营养运输。Extra-radical根外菌丝在根利用土壤,吸收矿质养分(主要是氮、磷和微量元素)把他们带回根并将它们传输到寄主植物,以换取光合成的形式固定碳糖。Abuscular菌根真菌能有效消除有机和无机污染物。然而,这种补救方法的效率,取决于使用的真菌的种类和来源,植物殖民的类型和污染物的浓度(4]。丛枝菌根(AM)真菌是一个特别重要的土壤微生物,因为它们增加营养收购工厂以及帮助植物克服生物和非生物压力(5,6]。丛枝菌根真菌还有助于改善水的关系,土壤稳定和植物重金属吸收的限制。

可能成为污染土壤重金属积累金属通过迅速扩张的工业活动排放,处理高金属废料和车辆排放,燃烧化石燃料,metallifrous矿石的开采和冶炼,市政废物、肥料、农药、污水污泥修正案,颜料和电池的使用。这些金属是植物生长所需微量元素如锌、铜、锰、镍和Co。众所周知,重金属不能被化学退化,需要物理上删除或固定化。也有报道称,AM真菌从金属污染土壤这表明潜在的适应本土的人口。丛枝菌根真菌已经建立一些重金属宽容,隔绝污染土壤,并将其用于复垦等退化土壤锌和Cd公差进化而来,它们可能会发挥重要作用在植物赋予锌和Cd宽容。菌根真菌也被证明与metallophyte植物高度污染的土壤上,只有适应植物如中提琴calaminiaris(紫色)可以生长。也从根部血管球sp孤立的紫色植物改善玉米生长在一个被污染的土壤和减少重金属浓度里生根发芽。有人建议,重金属宽容,AM真菌能保护植物免受过度重金属的有害影响。提出了几种生物和物理机制来解释金属的宽容是真菌和AM真菌对宿主植物的重金属耐受性的贡献。固定化真菌生物量的金属就是这样的一个机制。减少传输的增强根/射击Cd比率arbusanlar菌根植物被建议作为一个障碍在金属运输。 This may occur due to intracellular precipitation of metallic cations with PO4. Arbuscular mycorrhizal fungi metal tolerance includes adsorption onto plant or fungi cell walls present on and in plant tissues, or into extra radical mycelium in soil, chelation by such compounds as siderophores and metallothionens released by fungi or other rhizosphere microbes and sequestration by plant derived compounds like phytochelation or phytates [12]。其他可能的金属耐受性机制包括稀释根或拍摄增长,排除通过沉淀到多磷酸盐颗粒粒子或其他膜细胞器丰富,间接机制包括我在根际真菌的影响例如pH值的变化特点,微生物群落和根分泌的模式。本研究的目的是确定的多样性丛枝菌根真菌物种建立和其他生态特点,在选择重金属污染土壤Owerri大都市。

材料和方法

气候研究的区域

这项研究是内进行Owerri大都市,国际海事组织国家的首都。它位于尼日利亚潮湿的雨林地带,比谷物产量生态更突出的块茎。它坐落在纬度5°29镑,经度7°02,海拔300米。底部Owerri城市是贝宁形成所示国际海事组织流域的地质图(图1)。形成由海岸平原砂,规模大约是0.05 - 2.0毫米,与小泥床。它包含一些孤立的砾石、企业集团和粗砂岩在一些地方。地层的厚度约800的沉积中心,在平均水位深度约24米(13]。贝宁形成由覆盖层表面和底部Ogwashi-Asaba形成由褐煤、砂岩、粘土和页岩。

ecology-and-environmental-sciences-owerri-municipal

图1:尼日利亚地图显示国际海事组织状态和Owerri市政。

土样的采集

收集的样本选择Owerri生态退化的土壤。以下八个网站选择评价即:(a)土壤从高汽车修理活动(b)从土壤中汽车修理工活动(c)从低汽车活动,(d)土壤从老垃圾场(e)土壤活跃垃圾场(f)土壤恢复垃圾场,从交通公路(h) (g)土壤土壤植被生长区原状(担任控制)。从受污染的区域,根际的土壤(0-20厘米)跑dom选择3种不同分位置和胀大获得复合土壤。抽样进行了5月15,2016。总共有8个土壤样本收集的位置。土壤样品被带到实验室在无菌条件和存储在冰箱4ºC,直到分析。

隔离和菌根孢子的识别

每个采样点分别进行了分析,确定总数100克干土的孢子。地下样本评估土壤物理和删除化学特征包括选择重金属(铅、镉、锌)。AM真菌孢子的数量是由湿筛分(14]。湿法筛分技术是由重50克的土壤样本,然后溶解在50毫升的水,10 - 15分钟以使沉积物来解决。暂停然后倒进筛子过滤的毛孔250μmμm 200和150μm序列。上层清液小心,慢慢倒进瓶,从那里10毫升整除被送往培养皿和观察的孢子在立体镜(40 x)。孢子被计算和量化。识别,浮在表面的准备的幻灯片,并观察显微镜(40 x)。每个孢子类型顺序安装在水、乳酚,PVA(聚乳酸)和丢掉了试剂(15]。识别是基于孢子颜色、尺寸、表面装饰和墙结构和识别物种水平,借助手册,描述网站提供的丛枝菌根真菌(建立国际的水泡和http://invam.caf.wvu.edu)和原始物种描述16]。

量化的丛枝菌根孢子

1。孢子被直接计数量化。浮在表面的悬挂转移到试管中,由50毫升,漩涡,其中1毫升是转移到手表的玻璃。这一步进行三次计算孢子在四个复制。孢子的数量的情况下观察玻璃舒舒服服地计算,稀释是增加和叙述。

2。平均计算得到从四个手表眼镜,结果乘以体积的整除(x总mls试管)和孢子数目表示/ 50克土壤。

土壤重金属和化学性质测定

样品消化

5克土样消化的10毫升的浓盐酸和10毫升的集中HNO3。混合消化到一个清晰的消化。在消化过程中,加热逐渐增加。在完成消化,消化与去离子水稀释,过滤和组成与去离子水50毫升标准聚乙烯瓶毕业。解决方案被用于确定需要使用原子吸收重金属的浓度Spectrophotometer-Thermo科学模型。总凯氏氮测定的消化和蒸馏过程中描述土壤实验室员工手册(1984)。磷决心使用方法修改布雷和奥尔森17,18]。

生态和统计数据分析

生态丛枝菌根物种估计建立特征如下:物种丰富度(R),评估丛枝菌根真菌物种的数量(NS)出现在50克干土,辛普森的优势度指数(ƪ)和Shannon-Wiener多样性(H)、均匀度、相对丰度(表1)。NS、R和H的数据也进行方差分析(方差分析),使用一款统计软件版本16统计软件和重要手段比较使用土耳其最显著的不同的测试(p < 0.05)。皮尔森相关系数(r)是用来比较土壤化学性质是多样性。污染指数是决定使用方程(19]。

表1。AM真菌的生态特征和技术计算。

s / n 参数 公式
1 丰富(ni) 每个物种的孢子数量
2 相对丰度(π) RA =孢子的物种数量(属)×100%
孢子的总数
3 物种丰富度 每个样品的物种数量
4 辛普森的主导地位指数(ƪ) ƪ=Σ倪(ni-1) / N (N - 1)
5 香农维纳(H ') H = -ΣPi log2π*
6 物种均匀度(J ') J = H / log2年代*

π= HC1x HC2x HC3(HC………………n)1 / n

π=重金属污染指数,HC的浓度吗n重金属在土壤样品。

结果

AM真菌物种孤立和它们的相对丰度在研究区域

结果显示的存在血管球mossae在几乎所有的地方(表2)。其他物种如血管球claroideum Gigaspora sp, Scutellospora spAcaulospora sp也出现在大多数的位置。安静的森林(H)相比有更大的AM真菌的多样性呈现不同的位置。的血管球mossae在几乎所有的更为丰富的位置。

表2。丛枝菌根真菌物种识别从选定的位置。

s / n 位置 已然采用 AM真菌鉴定及其相对丰度
1 一个 LatN 527年“35”再有72年“7” Glomusclaroideum Glomusmossae (0.5), (0.17), Gigasporasp (0.33)
2 B LatN 527“31”再有72年“7” Scutellosporasp Glomusmossae (0.28), (0.4), G。Acaulosporasp versiforme (0.12), (0.2)
3 C LatN5 27“48”再有7 2“10” Glomusclaroideum (0.29), g sp 1 (0.12), G.mossae (0.41), Acaulosporasp (0.18),
4 D LatN 528年“5”LongE72“4” Scutellosporasp Gigasporasp (0.4), (0.28),G.mossae (0.52)
5 E LatN 528年“5”LongE72“26” Glomusmossae (0.19), G。sp 1 (0.28), G。Gigasporasp sp 2 (0.14) (0.38)
6 F LatN 528“6”LongE72“30” Glomusclaroideum (0.38), G。sp 1 (0.34),Gigasporasp(0.28)
7 G LatN526“57”再有6 59“22” Glomusclaroideum Glomusmossae (0.19), (0.22), G.sp1 (0.08), G sp 2 (0.08), Gigaporasp (0.19), Scutellosporasp (0.22),
8 H LatN5 26“57”长E659“24” Glomusclaroideum Glomusmossae(0.12),(0.2),血管球sp1(0.1),血管球sp2 (0.1), Scutellosporasp (0.2), Acaulosporasp (0.15)

AM真菌的生态特征的研究领域

所有的研究地点在土壤不同的是物种的数量。安静的森林地区物种丰富度最高(7.16±0.2)(表3)。最少的丰富性是记录在恢复垃圾场(3.03±0.05)。同样的趋势在物种多样性,恢复垃圾场有最不同的是物种(0.54±0.00),而不受干扰的森林区域的多样性最高2.76±0.00(表3)。还与最高位置H丰富性和多样性的相对丰度血管球mossae(0.12),血管球claroideum(0.2),血管球sp1(0.1),血管球sp2(0.1),而F记录位置血管球claroideum(0.38),G。sp 1 (0.34),Gigaspora sp(0.28)。辛普森物种优势与Shannon-wiener指数并不遵循类似的趋势(表3)。是物种更占主导地位(0.51)的位置D-soil老垃圾场,显示非常低的不受干扰的森林地区的主导地位(0.13)。辛普森物种显著不同采样地点老垃圾场有最高的主导地位。物种均匀度明显不同(P < 0.05),在所有的地方。媒介automechanic活动显示(0.92±0.00)是物种分布在所有的研究地点。这是明显的物种相对多度Gigaspora sp(0.4),Scutellospora sp(0.28),G.mossae(0.52)。所有的研究地点按照以下顺序物种均匀度B (0.92) > (0.91) > D (0.53) > C (0.48) > E (0.41)。从结果以下地区物种多样性> 1,跟着趋势H > G > B > A > D > C > E > F。

表3。物种丰富度,物种多样性丛枝菌根真菌研究中建立的区域。

位置 物种丰富度 物种多样性 均匀度 辛普森
一个 3.2±0.36 e 1.44±0.01摄氏度 0.91±0.00摄氏度 0.36±0.00 b
B 3.9±0.11 d 1.85±0.01 b 0.92±0.00 b 0.26±0.00 d
C 4.0±0.05 d 0.96±0.00 e 0.48±0.00 f 0.25±0.00 e
D 4.0±0.00 d 1.06±0.00 d 0.53±0.00 e 0.51±0.00
E 4.93±0.11摄氏度 0.82±0.00 f 0.41±0.00克 0.24±0.00 f
F 3.03±0.05 e 0.54±0.00克 0.34±0.00 h 0.31±0.00摄氏度
G 6.16±0.2 b 1.86±0.00 b 0.72±0.00 d 0.16±0.00克
H 7.16±0.2 2.76±0.00 0.98±0.00 0.13±0.00 h

土壤化学特征和重金属浓度的研究地点

不同重金属的浓度(非金属)在土壤中不同的位置(表4)。从位置土壤F锌浓度最高(187.44毫克/公斤)后跟位置(176.36毫克/公斤)。位置F最低浓度的Cd(1.31毫克/公斤),而位置G铅浓度最高(53.08毫克/公斤)。重金属污染指数从10.78到30.98不等。HM污染发生在最高位置C(高汽车活动区域)后跟位置(低汽车修理活动)而污染指数最低的是记录在控制,不受干扰的森林面积(H),重金属污染指数高的汽车——机械活动记录值(30.98)最高,其次为低汽车活动(23.9)和10.78的最小值在不受干扰的森林地区(表4)。土壤阳离子交换量的变化根据粘土比例,粘土的类型,土壤pH值和大量的有机物。土壤CEC通常有高有机质含量高,被认为是更肥沃的,因为他们可以持有更多的植物营养素;这可能归因于这样一个事实:有机质负电荷的胶体有品质。从结果CEC范围从496.8±0.01 Cmol 2288.5±0.17 Cmol /公斤/公斤(表5)。以上记录研究地点的土壤CEC推荐最低120 Cmol /公斤。土壤有机碳(SOC)是土壤能量的主要来源微生物。SOC的缓解和速度可用相关土壤有机质(SOM)它所存在的分数。位置F(恢复垃圾场)org最高。C(2.46±0.05%,最低(1.03±0.02%),从汽车中活动。安静的总N比例很低土壤相比其他扰动土。

表4。重金属的浓度(Cd、锌、铅)研究区域。

位置 Cd(毫克/公斤) Pb(毫克/公斤) 锌(毫克/公斤) π
一个 3.33±0.00 b 23.45±0.05摄氏度 176.36±0.05摄氏度 23.96
B 2.41±0.00 d 21.49±0.01 f 155.72±0.02 d 20.05
C 2.06±0.03 f 59.58±0.03 242.44±0.05 30.98
D 3.31±0.00 b 19.28±0.03克 157.6±0.00摄氏度 21.58
E 2.37±0.00 e 22.49±0.02 e 91.37±0.00 e 16.95
F 1.31±0.00克 23.29±0.03 d 187.44±0.05 b 17.88
G 3.38±0.10 53.08±0.02 b 51.65±0.05 f 21.00
H 3.016±0.00摄氏度 7.91±0.00 h 52.53±0.05 f 10.78

表5所示。土壤化学特性研究的位置。

位置 CEC (Cmol /公斤) P(毫克/公斤) Org。C (%) N (%) pH值 电子商务(µS /厘米)
一个 1980.5±0.17摄氏度 25.9±0.08 b 1.96±0.05 b 0.131±0.01摄氏度 5.59±0.05摄氏度 0.28±0.05 d
B 615.5±0.12 e 24.3±0.02摄氏度 1.03±0.02 f 0.124±0.05 e 5.79±0.05 b 0.21±0.05克
C 644.6±0.07 d 20.4±0.11 e 1.38±0.02 d 0.134±0.05 b 5.49±0.01 e 0.32±0.03 b
D 548.7±0.06克 22.2±0.11 d 1.47±0.05摄氏度 0.126±0.05 d 4.48±0.01 h 0.42±0.03
E 569.3±0.06 f 16.7±0.07 f 1.07±0.01 f 0.120±0.05 f 4.91±0.05克 0.22±0.02 f
F 2288.5±0.17 31.2±0.04 2.46±0.05 0.150±0.05 5.19±0.01 f 0.20±0.03 h
G 496.8±0.01 h 6.51±0.01 h 0.86±0.06克 0.037±0.05 h 5.5±0.05 d 0.24±0.04 e
H 2154.2±0.06 b 7.71±0.05克 1.17±0.07 e 0.042±0.05克 6.66±0.01 0.29±0.04摄氏度

的物理化学参数和生态参数之间的关系是真菌

有显著的负相关(p < 0.001)和总磷之间的物种丰富度和多样性(表6)。类似的趋势在有机碳、总氮和锌对均匀度。然而,Cd和pH值与物种丰富度有显著的积极关系,多样性和均匀度(表6)。还电导率(EC)和阳离子交换量(CEC)和Pb(毫克/公斤)没有影响的生态特征。

表6所示。相关系数的几种化学参数和一些生态特征的孢子。

s / n 变量 物种丰富度 物种多样性 均匀度 辛普森多样性
1 P(总) -0.961 * * * -0.672 * * * NS NS
2 Org。C -0.687 * * * -.0.535 * * NS NS
3 N(总) -0.932 * * * -0.802 * * * -0.519 * * NS
4 pH值(3) 0.544 * * 0.828 * * * 0.737 * * * -0.538 * *
5 CEC NS NS NS NS
6 电子商务(µS /厘米) NS NS NS NS
7 Cd(毫克/公斤) 0.439 * 0.568 * * 0.611 * * NS
8 Pb(毫克/公斤) NS NS NS NS
9 锌(毫克/公斤) -0.631 * * * -0.645 * * * -0.432 * NS

讨论

汽车修理活动和浪费管理策略影响土壤重金属负荷大大占了较低的物种丰富度和多样性的丛枝菌根(AM)真菌的数量在某些地点。总感到丰富减少位置,记录高污染指数比低污染指数,但繁殖体和孢子从未完全消失从这些地区显示一定程度的适应这些土著AM真菌这样的环境压力。值得注意的是,我与人口相关金属离子尤其是Cd2 +和锌2 +,除了Pb2 +这些金属离子吸收土壤中的微生物和感知在中度到高浓度有毒(12]。在他们的前任做实验对AM真菌和铜没有观察到这些金属的浓度之间的相关性在sludge-amended农业土壤和AM真菌的种群数量。尽管他们的可用性,方法测量土壤溶液中的自由离子活动很少用于研究有关重金属和AM真菌。使用这些方法作为比较的参考可能有助于阐明不同研究之间的差异发现的原因。丛枝菌根真菌物种丰富度还与P负相关,土壤有机碳含量(表6),结果记录在文献[20.,21]。物种丰富度和Shannon-wiener多样性指数没有任何明确的趋势相对于不同的位置,但一个事实是,位置高的π记录低的丰富性和多样性。这个级别是繁殖体多样性的观察在受污染的地方可能是真菌应激反应,真菌间更好的适应未受污染的土壤,但影响中间体的污染率允许其他真菌,可能在土壤有竞争力但更好适应重金属,渗透到植物的根部和完成他们的生命周期。隔绝了重型metal-tolerant AM真菌污染土壤,并将其用于复垦等退化土壤的发现与大量的植物物种在重型metal-polluted土壤。Gildon和修补孤立一个容忍100 mgkg菌根株1土壤中锌的22]。大量的AM真菌殖民也在一个非常污染金属矿区土壤的浓度超过300 mgkg HCl-extractable Cd1(10]。Cd-tolerant g . mosseae metallophyte生长增强植物的玉米、紫花苜蓿、大麦等在沉重的金属含量丰富的土壤23]。因此,菌根真菌适应土壤金属浓度升高可以显著提高金属应力下的P营养生长和工厂。通过维持较高的拍摄P /锌浓度比菌根植物能够减轻负面影响锌的24]。因此,孤立的土著大概stress-adapted接种AM真菌可以潜在的生物技术工具的植物成功恢复退化的生态系统(3,25]。有人建议重metal-tolerant AM真菌能保护植物免受过量重金属有害影响的(26]。提出了几种生物和物理机制来解释金属的宽容是真菌和真菌对金属的贡献对寄主植物的宽容。(a)的金属固定真菌生物量是一种这样的机制(27]。(b)转让、减少的增强根/射击Cd比率在我工厂28]。这可能由于细胞内沉淀金属阳离子与PO4。皮尔森的相关分析表明,土壤有机碳的增加负相关显著(P < 0.05)和AM真菌群落的物种丰富度和多样性。也有显著的正相关(P < 0.05) pH值和物种丰富度和多样性之间的关系。我们观察到最高的是网站形式的丰富性和多样性高的土壤pH值的控制尤其如此。虽然Acaulosporaceae是观察到的发生在土壤低pH值我们假设这个属的成员可能出现在土壤pH值范围宽,据他观察Acaulospora物种在土壤pH值从4.9到6.4不等。土壤通常包含多个种类的AM真菌(6]。在一根际,可以找到六到八个不同的形态类型(29日- - - - - -31日]。物种没有任何研究独特的位置。通过辛普森的主导地位指数(> 20%),我们确认所有AM真菌物种的存在位置。卡多佐初级et al。32)指出,一个社区高多样性的特点是低的优势。这是适用于H(原状植被表现出更大的香农维纳多样性(2.76)和较低的辛普森的主导地位(ƪ= 0.13)。吴还指出,植物物种将积极与丰富的真菌。可能是物种在群落结构的位置高π是影响物种的主导地位是真菌社区结合生态演替的动态相关植物的发展阶段(32]。从这项研究中我们丰富值最低记录网站更高浓度的磷在土壤中(表3)。另一方面,高P水平和其他重金属值决定也许有助于AM真菌物种的选择适应这些条件。这个发现有相关性对促进隔离研究和利用这些物种的引入本地或外来植物的幼苗接种AM真菌对环境修复和农业活动。

结论

汽车修理活动和可怜的废物管理策略影响城市土壤的重金属负荷占物种低人口和AM真菌的多样性。这些AM真菌生态型之间似乎容忍重金属强调环境的重要地位体现在繁殖体在所有的位置。这个观察可以帮助植物修复的金属/非金属拉登土壤。

引用