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天冬氨酸-β-CD对重金属和有机污染物毒性及酶和微生物活性影响研究

徐兰  
【摘要】:重金属和有机物作为环境介质中的主要污染物,其引起的一系列环境问题及对人类健康造成的危害已经不容忽视。因此,研究污染物对环境载体的毒理作用影响及机制,为受污染环境的预防、治理提供依据和方法,以期更好地实现环境保护已成为许多研究工作者的重中之重。本研究利用斜生栅藻对污染物敏感、生长繁殖速度较快、和可以从宏观上(生物量的变化)观察其中毒程度等特点,选取重金属元素铅和有机物菲作为研究对象进行毒理学实验,探究在单一或复合污染条件下,天冬氨酸-β-CD作用下,污染物对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的毒性变化规律及作用机制,研究其对重金属和有机物复合污染土壤中酶活性及微生物种群分布的影响,为修复复合污染土壤中重金属和有机物提取剂的研制奠定理论基础,本研究取得了以下主要成果:1、以β-CD和天冬氨酸为原材料,在碱性条件下通过环氧氯丙烷合成天冬氨酸-β-CD(ACD,运用红外光谱对新合成的ACD进行结构表征,运用紫外光谱和XPS表征了ACD与重金属Pb之间的作用,运用荧光光谱研究了菲与ACD的相互作用。结果表明,ACD既保留了原料β-CD的空腔结构,又增添了羧基和氨基等活性基团,既能与金属铅发生配位作用,又能与菲发生包结作用,不同类型的CD与菲形成包结作用的强弱顺序为:ACD羟丙基-β-CD(HP-β-CDβ-CDγ-CDα-CD。2、以斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)为受试物,研究了ACD对斜生栅藻细胞的毒性影响,实验结果表明,随着培养时间的增加,斜生栅藻的生物量逐渐增加,添加100 mg/LACD后,藻细胞的生物量明显大于ACD加入前,ACD对藻细胞的生长繁殖不但没有抑制,反而促进了藻细胞生长繁殖。ACD对环境没有毒害,是一种对环境友好的材料。3、基于污染物对藻类的急性毒性实验,研究了ACD对单一污染因子(铅或菲)及复合污染(铅和菲)胁迫作用下斜生栅藻的毒性影响。结果表明:在单一铅或菲胁迫下,低质量浓度的污染物均促进了斜生栅藻的生长,随着污染物质量浓度的升高,呈现明显的浓度-效应关系,100 mg/LACD加入后,斜生栅藻细胞密度增大,抑制率降低,其中,铅对斜生栅藻96 h的EC50由0.96 mg/L变为3.79 mg/L,菲对斜生栅藻96 h的EC50由40.15μg/L变为104.38μg/L,毒性明显降低,复合污染时,铅和菲对藻细胞的毒性表现出协同作用,ACD和其它CD衍生物可以明显降低复合污染的毒性,在制污染物对毒性影响方面,ACDHP-β-CDβ-CDγ-CDα-CD4、利用扫描电镜技术(SEM)研究了ACD作用下污染物对斜生栅藻的藻细胞形态的影响,结果表明在正常情况下,斜生栅藻细胞呈线性交错排列,中部较粗,上下两端较细,在受到污染物毒害后,细胞形态会发生变化,出现皱缩甚至裂解死亡的现象,加入100 mg/LACD后,细胞表面形态逐渐向正常细胞形态趋近。5、实验研究了ACD对复合污染土壤中脲酶和多酚氧化酶活性和微生物种群数量的影响,结果表明:脲酶活性变化对金属镉较为敏感,而多酚氧化酶则对芴较敏感,随着镉和芴质量浓度的增加,脲酶的活性由0.94变为0.15,活性下降83.99%;多酚氧化酶活性由7.83 mg/g变为1.82 mg/g,活性下降76.80%;细菌、真菌、放线菌的数量生长在整个镉和芴污染质量浓度内均被抑制,但抑制程度不尽相同,真菌最大,放线菌次之,细菌最小,最大制率分别为95.27%、78.35%、69.54%。质量分数浓度为2%的ACD加入后,脲酶活性由0.94变为1.17和0.15变为0.18,活性分别增加24.18%,22.52%,多酚氧化酶活性由7.83 mg/g变为10.21 mg/g和1.82mg/g变为2.34 mg/g,活性分别增加30.40%,28.78%,且土壤中各微生物种群数量都有增加,细菌数量由6.04×l06cfu/g变为7.18×l06cfu/g,增加18.87%;真菌数量由2.05×l04cfu/g变为3.24×l04cfu/g,增加58.5%;放线菌数量由4.25×l05cfu/g变为5.46×l05cfu/g,增加28.47%。


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