高/低吸收累积品种菜心根系分泌物对土壤中环丙沙星环境行为的影响

摘要

抗生素作为新型污染物在肉奶蛋等动物性食品中已广泛研究,但有关土壤-作物系统中抗生素的环境行为与归宿的研究鲜有报道。深入研究根系分泌物对土壤环境中抗生素的环境行为的影响及其机制,对促进农业环保学科发展和确保农产品安全具有重要的理论和现实意义。本研究选用对喹诺酮类抗生素具有高、低吸收累积的菜心(Brassica parachinensis)品(分别为油青四九和油绿粗苔)作为研究对象,以土壤中普遍检出且含量较高的环丙沙星(CIP)为喹诺酮类抗生素代表化合物,通过水培试验调查两种菜心根系分泌物中低分子有机酸、总有机碳(TOC)的含量特征;探讨低分子有机酸对土壤中CIP环境行为(吸附、解吸、降解)的影响及其作用机理,进而从根系分泌物的角度阐明两种菜心高/低吸收累积环丙沙星差异的机理。主要研究结果如下:
　　(1)根系分泌物中低分子有机酸(酒石酸、甲酸、草酸、乙酸、马来酸、苹果酸和柠檬酸)测定结果表明:马来酸浓度最高(6.47～52.27mg/L),且一般情况下油青四九菜心(高累积品种)的马来酸含量均显著高于油绿粗苔菜心(低累积品种)。
　　(2)CIP在土壤中的吸附过程符合二级动力学方程,吸附平衡时间为8h。低分子有机酸作用下CIP的吸附等温线中Freundlich模型拟合效果最好,吸附属于物理吸附。此外,低浓度的有机酸作用能够促进土壤表面对CIP的吸附,高浓度时则抑制CIP的吸附,且大多数情况下马来酸的抑制作用较混合酸(ARE)强。低分子有机酸通过改变溶液的pH值,进而改变土壤表面和CIP分子的带电状态来影响CIP的吸附,同时溶出土壤中CIP的架桥离子尤其是Cu2+,降低CIP在土壤中的吸附作用。
　　(3)低浓度的有机酸能够抑制CIP的解吸,而高浓度的有机酸能够极大的促进CIP的解吸。有机酸影响CIP解吸的作用机理与吸附过程的作用机理相似。
　　(4)马来酸对土壤CIP降解作用影响试验结果表明:CIP在土壤中的残留浓度随培养时间延长而显著降低,降解过程符合一级动力学方程。0.5g/L马来酸作用下,CIP降解速率常数最大(0.0216),半衰期最短(32.09d),培养40d后降解率为60.49％;其余浓度处理下降解速率常数为0.0161～0.0185,半衰期为37.47～43.05d,与不添加马来酸处理间显著不差异。T-RFLP分析表明,添加马来酸培养较短时间内(5d),CIP污染土壤中细菌的优势种群以及能鉴别的细菌种类均发生变化,但培养20d后,细菌种类以及细菌群落多样性基本无差异。因此,马来酸对土壤中细菌群落多样性影响较小,不能改变土壤中CIP的降解速率。
　　吸附、解吸试验表明马来酸可显著减少CIP在土壤中的吸附作用;而油青四九菜心(高累积)根系分泌物中马来酸含量显著高于油绿粗苔菜心(低累积),前者更有利于提高土壤中CIP的生物有效性,从而利于其吸收。可见,分泌马来酸含量的差异是导致菜心高/低累积CIP的重要原因。

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第一章 绪论

1.1抗生素概述

1.2 根系分泌物概述

1.3 研究目的与内容

第二章 两种菜心根系分泌物组分及含量特征

2.1 材料与方法

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

第三章 低分子量有机酸对土壤吸附CIP的影响

3.1 材料与方法

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第四章 低分子量有机酸对土壤中CIP脱附的影响

4.1 材料与方法

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

第五章 低分子量有机酸对土壤中CIP降解的影响

5.1 材料与方法

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 创新点

6.3 问题与展望

参考文献

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