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DNA在红壤活性颗粒表面吸附解吸、降解及微量热特性

张学文  
【摘要】:将湖北咸宁温泉红壤分为0.2-2μm含有机质粘粒、0.2-2μm去有机质粘粒、小于0.2μm含有机质粘粒和小于0.2μm去有机质粘粒。以红壤胶体、高岭石和针铁矿为实验材料,研究了DNA在土壤胶体和矿物表面的吸附解吸、降解以及DNA吸附的微量热特性。主要结果如下: 1.系统区分了可变电荷红壤活性颗粒对DNA吸附的影响。高岭石和小于0.2μm粘粒(细粘粒)控制着DNA的吸附量,有机质对DNA的吸附有较大的贡献,而针铁矿贡献较小。DNA与0.2-2μm粘粒(粗粘粒)、去有机质粘粒及高岭石之间亲和力较大,而与细粘粒、含有机质粘粒及针铁矿之间亲和力较小。 2.土壤环境条件对DNA的吸附有着显著的影响。体系pH从2.0上升到5.0,DNA在土壤胶体和矿物表面的吸附量显著降低;pH从5.0上升到7.0,吸附量则是一个缓慢降低的过程。电解质MgCl_2比NaCl更能促进DNA在土壤胶体和矿物表面的吸附。 3.通过醋酸钠缓冲液、氯化钠和磷酸钠缓冲液,连续解吸土壤胶体和矿物表面DNA,研究了DNA以各种作用力吸附的比例。DNA在红壤胶体和矿物表面通过静电力作用吸附的比例较低,仅为10—20%。在含有机质粘粒和高岭石表面,DNA可能主要通过脱水和氢键作用,而在去有机质粘粒和针铁矿表面,DNA主要通过配位交换吸附,占43.3-65.2%。 4.应用凝胶电泳技术,首次报道了DNA在红壤胶体和矿物表面的降解与DNA的固定强度无关,主要取决于土壤胶体和矿物表面核酸酶的活性。在可变电荷红壤中,有机质和颗粒大小对DNA降解的影响不显著。 5.首次采用微量热仪,测定了DNA在土壤胶体和矿物表面吸附的热力学参数,为DNA在土壤活性颗粒表面吸附机理的阐明提供了新证据。DNA在红壤胶体或矿物表面的吸附是一个熵增过程。DNA在含有机质粘粒和矿物表面的吸附伴随着吸热反应,这可能是由于旧氢键的破坏需要的能量较多,以及静电排斥和脱水作用共同的结果。DNA在去有机质粘粒表面的吸附为放热反应,这可能是DNA与去有机质粘粒之间静电引力和配位交换作用的结果。随着MgCl_2浓度的增加和pH的减小,DNA在高岭石和针铁矿表面吸附焓变逐渐降低。在高pH和低MgCl_2浓度时,吸附


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