应用Illumina MiSeq高通量测序技术探究重金属污染对土壤中细菌群落的影响

【作者】 吴慧颖； 李庆波； 张凤丽； 赵小学； 赵宗生； 李红萍； 程学敏； 巴月； 崔留欣； 朱静媛；

【机构】 郑州大学公共卫生学院环境卫生学教研室； 河南省济源市重金属监测与污染治理重点实验室；

【摘要】 目的:评价河南省某冶炼工厂周围农田土壤重金属污染状况,并采用Illumina MiSeq高通量测序技术检测重金属污染对该地土壤中细菌群落的影响。方法:在河南某冶炼工厂西侧(该地常年主导风向下风侧),依次选择距离工厂主烟囱741～2556m的7块农田观察区(G1～G7),于2014年10月共采集7份混合土样,固体测汞仪法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法测定土壤中镉(Cd)、铅(Pb)、汞(Hg)、砷(As)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、铬(Cr)8种重金属含量。运用Illumina MiSeq平台测序方法分析土壤细菌群落结构。结果:除Ni、Cr外其它6种重金属均有不同程度的超标,其中主要存在Cd和Pb污染,最大超标倍数分别为30.5倍和4.54倍;在7个观察区中,G1观察区重金属超标最严重。Shannon多样性指数表明,G3～G7观察区细菌微生物多样性指数均高于G1(P<0.05),与G2相比,G3和G7观察区细菌微生物多样性指数均高于G2(P<0.05)。与其它6个观察区相比,G1区的绿菌门的物种丰度最高(P<0.05);与G5和G7观察区相比,G1区的装甲菌门和迷踪菌门丰度较低(P<0.05);与G5和G6观察区相比,G1区的拟杆菌门丰度较低(P<0.05)。G1观察区与G3～G7观察区相比,节细菌属、贪铜菌属、芽球菌属等细菌的相对丰度增加,热单孢菌属、厌氧氨氧化菌属的相对丰度降低,差异均有统计学意义(P<0.05)。冗余分析结果表明,理化因素对细菌群落分布无影响(P值均大于0.05);Cd、Pb、Hg、As、Cu和Zn等6种重金属对细菌群落分布影响较大(P值均小于0.05),尤其对污染较重的G1观察区。结论:该冶炼工厂周围农田土壤受到重金属严重污染,Cd和Pb是主要污染物;在7个观察区中,G1观察区重金属超标最严重;重金属污染不仅降低了该农田土壤中细菌微生物多样性,而且还降低了热单孢菌属、厌氧氨氧化菌属等细菌的丰度,是影响细菌群落分布的主要因素。更多还原