收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Bt毒素在矿物和土壤胶体上的吸附和残留研究

付庆灵  
【摘要】: 转Bt基因作物发展迅速,其释放的毒素可能在土壤中积累,影响土壤生态系统的功能和生物多样性,引发环境安全问题。本文研究了Bt毒素在矿物(蒙脱石、高岭石、针铁矿和二氧化硅)和土壤(红壤、砖红壤、黄棕壤和黄褐土)胶体表面的吸附特性,用动力学和热力学方法探讨了Bt毒素的吸附规律和时间、温度、pH、低分子量有机酸盐、无机配体等因素对吸附的影响,并用红外光谱、圆二色谱和荧光光谱等观察了供试胶体吸附对Bt毒素结构的影响,剖析了被吸附Bt毒素的解吸规律,还研究了在有或无外源微生物条件下土壤中外加Bt毒素的残留特性。本研究将土壤化学与现代生物技术相融合,为转Bt基因植物代谢产物的环境效应及生态安全评价提供参考。主要结果如下: 1)Bt毒素在供试胶体表面的等温吸附曲线为L型,可用Langmuir和Freundlich方程拟合,且Freundlich方程拟合效果更好。在Bt毒素初始浓度为0-1 000 mg L~(-1)时,其在矿物胶体表面的吸附量随温度升高而减少,在供试胶体表面吸附的标准自由能(Δ_rG_m~θ)为负值,表明该吸附是自发反应。Bt毒素除在蒙脱石表面吸附的标准焓变(Δ_rH_m~θ)为正值是吸热反应外,在其它供试胶体表面吸附的标准焓变均为负值,是放热反应;且所有吸附的标准焓变值均小于40 kJ mol~(-1),说明该吸附主要是物理吸附。 2)Bt毒素在供试胶体表面能快速吸附,0.25 h的吸附量约占平衡吸附量的64%-80%,1-2 h基本达平衡。该吸附可用粒子内扩散模型拟合,常数C值不为0,表明粒子内扩散速度不是Bt毒素在供试胶体表面吸附快慢的唯一控制因素。此外,其吸附动力学也符合一级方程、二级方程和Elovich方程,以二级动力学方程的拟合程度最好,说明该吸附主要受表面吸附控制。 3)针铁矿、蒙脱石、高岭石、黄棕壤和黄褐土等胶体在pH 6时对Bt毒素的吸附量最大,二氧化硅、红壤和砖红壤等胶体在pH 7时吸附量最大,其吸附量一般随pH的升高而降低,这主要与Bt毒素的等电点及供试胶体的电荷零点有关。 4)低分子量有机酸盐和无机配体对Bt毒素在供试胶体表面的吸附受的影响。对Bt毒素的吸附低浓度(10 mmol L~(-1))有机酸盐(乙酸盐、草酸盐、柠檬酸盐)起抑制作用,高浓度有机酸盐起促进作用;不同有机酸盐抑制作用的强弱为草酸盐柠檬酸盐≤乙酸盐。无机配体对Bt毒素吸附的影响与有机酸盐相反,低浓度无机盐促进其吸附,高浓度的起抑制作用,不同离子的影响为H_2PO_4~-NO_3~-,NH_4~+K~+。 5)吸附态Bt毒素很难被解吸。用0.1 mmol L~(-1) NaCl作解吸剂时,供试胶体表面吸附态Bt毒素的解吸率5.3%,磷酸缓冲液作解吸剂时其解吸率13.1%,表明它只有少部分以静电和配位的方式吸附在供试胶体表面。在有低分子量有机酸盐等配体存在条件下,NaCl和磷酸缓冲液对吸附态Bt毒素的解吸率均有显著增加(除乙酸盐体系中蒙脱石和砖红壤吸附态Bt毒素外),表明有机酸盐的存在一定程度上增加了静电和配位吸附,影响大小为草酸盐柠檬酸盐乙酸盐。 6)荧光光谱显示Bt毒素在282 nm激发光的作用下有酪氨酸(314.5 nm)和色氨酸(338 nm)荧光峰,其与高岭石、蒙脱石及土壤等胶体作用后色氨酸荧光峰红移了5-9.5 nm,酪氨酸荧光峰没有变化;与针铁矿和二氧化硅胶体作用后色氨酸和酪氨酸的荧光峰蓝移了0.5-1 nm,变化不明显。荧光峰的红移表明Bt毒素的吸附导致其内源荧光基团所处的分子环境极性增强。圆二色光谱表明吸附导致Bt毒素的二级结构改变,α螺旋和β折叠含量增加,而β转角和无规则卷曲含量降低。红外光谱显示,吸附后Bt毒素的酰胺Ⅰ带(1653 cm~(-1))和酰胺Ⅱ带(1543 cm~(-1))等特征光谱峰未发生明显位移,只是1055,1240和2362 cm~(-1)处的峰消失,表明C-N残基在供试胶体吸附Bt毒素中起重要作用,且吸附后毒素的二级结构变化不明显。 7)25℃条件下,初始浓度为0.3μg g~(-1)的游离态Bt毒素随时间增加残留量逐渐减少,10天时残留量小于原始加入量的55%,培养40天后约降解了80%,表明游离态Bt毒素降解速率较快。有外源微生物存在,其降解速率更快,表明微生物能利用游离态Bt毒素;双指数模型拟合结果表明,微生物存在下其降解速率更快,且从种植非转Bt植物上壤中提取的微生物对游离态Bt毒素的利用更快。Bt毒素在供试灭菌土壤(砖红壤、黄褐土和黄棕壤)中的残留量随着培养时间的推移先增加(1-2天)后逐步减少,降解50%的时间(DT_(50))为10天左右,外源微生物对土壤中Bt毒素的降解速率影响不明显。初始阶段Bt毒素在3种土壤中降解速度的差异不明显,而后期在黄棕壤和黄褐土中的降解速率比在砖红壤中的慢。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 崔学芬,董双林,夏敬源;棉铃虫对Bt毒素(CryIAc)埫舾行圆舛[J];中国棉花;2000年03期
2 王建武,骆世明,冯远娇,Cindy Nakatsu;转Bt基因作物Bt毒素在土壤中的环境去向及其生态效应[J];生态学报;2003年04期
3 吴红波,张永春;昆虫对Bt毒素抗性监测和治理策略研究进展[J];贵州农业科学;2005年03期
4 朱遐;太空试验将产生更强的Bt毒素[J];生物技术通报;1994年05期
5 穆兰芳,董双林;Bt毒素对棉铃虫雄蛾感受雌蛾性信息素EAG反应的影响[J];昆虫学报;2005年03期
6 王颖;遗传工程水藻产生的Bt毒素在实验室中杀死三种蚊子幼虫[J];生物技术通报;1995年01期
7 谭声江,陈晓峰,李典谟;昆虫对Bt毒素的抗性机理研究进展[J];昆虫知识;2001年01期
8 王崇利;武淑文;杨亦桦;吴益东;;东南沿海地区小菜蛾对Bt δ-内毒素和Bt制剂的抗性检测[J];昆虫学报;2006年01期
9 刘文科;杜连凤;;转Bt基因作物对丛枝菌根真菌的影响研究进展[J];中国土壤与肥料;2007年06期
10 李国平;吴孔明;封洪强;邱峰;郭予元;;棉铃虫对Bt毒素抗性遗传方式的研究[J];河南农业科学;2008年10期
11 陈谦长;美国转基因抗虫作物概况——Bollgard转基因抗虫棉花介绍[J];全球科技经济瞭望;1997年11期
12 梁革梅,徐广,王桂荣,吴孔明,郭予元;棉铃虫中肠Bt毒素受体蛋白(APN)的分离与纯化[J];农业生物技术学报;2005年01期
13 曹伟;刘标;郑央萍;李孝刚;叶爱华;;靶标昆虫对转Bt基因作物产生抗性的机理及研究进展[J];安徽农业科学;2010年04期
14 张志罡;孙继英;付秀芹;胡波;颜亨梅;;转Bt基因水稻的生态安全性研究进展[J];中国稻米;2007年02期
15 张中社,赵俊侠;苏云金杆菌的研究进展[J];陕西林业科技;2001年04期
16 孙彩霞,陈利军,武志杰;Bt毒素在转基因棉花与土壤系统中的分布[J];应用生态学报;2005年09期
17 姚艳玲;崔海瑞;卢美贞;忻雅;;转基因植物释放Bt毒素的土壤环境行为与生物学效应[J];土壤学报;2005年06期
18 常晓丽;吴青君;王少丽;徐宝云;张友军;;昆虫氨肽酶N的研究进展[J];农药学学报;2011年03期
19 杨燕涛;美国科学家关注Bt玉米扩种将导致棉铃虫对Bt棉抗性的上升[J];植保技术与推广;2003年03期
20 宝年丰;美国转基因抗虫作物的开发[J];广东科技;1998年03期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 穆兰芳;董双林;;Bt毒素对棉铃虫性信息素通讯系统的影响[A];生态学与全面·协调·可持续发展——中国生态学会第七届全国会员代表大会论文摘要荟萃[C];2004年
2 刘小侠;张青文;;Bt毒素对中红侧沟茧蜂生长发育的影响[A];昆虫学研究进展[C];2005年
3 郭芳;梁革梅;高希武;郭予元;;昆虫对Bt毒素抗性的研究进展[A];植物保护科技创新与发展——中国植物保护学会2008年学术年会论文集[C];2008年
4 张杰;;Bt分子生物学研究进展[A];中国生物化学与分子生物学会农业生物化学与分子生物学分会第六次学术交流会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 付庆灵;Bt毒素在矿物和土壤胶体上的吸附和残留研究[D];华中农业大学;2009年
2 梁革梅;棉铃虫Bt毒素受体蛋白生化特性、基因克隆及其与抗性的关系[D];中国农业科学院;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 安世恒;烟夜蛾(Helicoverpa assulta Guenée)幼虫中肠Bt Cry1Ac毒素受体蛋白cDNA的克隆[D];河南农业大学;2002年
2 余良英;棉铃虫对Cry1Ac活化毒素抗性遗传及交互抗性的研究[D];南京农业大学;2004年
3 李国平;Bt棉花种植区棉铃虫种群对Cry1Ac蛋白抗性频率分析[D];河北农业大学;2003年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 刘晓荻;“基改”作物 福音还是灾难[N];健康报;2002年
2 消息来源:新华社、京华时报;转基因水稻安全争议升温[N];粮油市场报;2004年
3 本报记者 罗晖 实习生 李智勇;Bt转基因水稻真的有毒吗?[N];科技日报;2005年
4 南昌大学中德联合研究院 曹郁生教授;转基因食品和转基因饲料[N];中国畜牧报;2003年
5 本报记者 吴金慧;基因技术拆了农药的台吗?[N];中国化工报;2001年
6 正亚;生物技术蓬勃发展 传统农业大为改观[N];农民日报;2000年
7 小雨;转基因 一定给人类灿烂明天?[N];中国高新技术产业导报;2002年
8 施政;生物技术带来新一轮农业革命[N];农民日报;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978