阿特拉津污染对黑土微生物的毒理效应研究

摘要

在中国东北黑土区，阿特拉津已成为重要的农业污染物，对黑土区环境造成较大的破坏。由于微生物能较早的预测土壤环境污染状况的变化过程，因此本文以黑土微生物为研究对象，运用现代分子生物学手段，从微生物群落多样性，微生物生物量，氧化胁迫和阿特拉津对微生物DNA损伤等方面探讨阿特拉津对黑土微生物毒理效应，希望为合理有效、安全地使用阿特拉津，减少环境污染提供科学的依据。主要结果如下：
　　 1)利用PCR-DGGE分子生物学方法，从浓度和时间两个角度，研究阿特拉津污染条件下黑土微生物群落结构变化。DGGE结果分析表明：黑土微生物群落丰富度(S)、Shannon-Wiener指数(H)和均匀度(E)随浓度增加没有显著区别，随时间推移呈现波动趋势，都低于对照组，整个实验过程整体趋势是下降的，说明阿特拉津污染胁迫下，黑土中一些微生物种群的生长受到抑制，微生物种群多样性降低。
　　 2)采用氯仿熏蒸提取法，从浓度和时间两个角度，测定阿特拉津污染条件下黑土微生物生物量碳、氮、磷，分析黑土微生物生物量的动态变化。结果表明，50 mg/kg高浓度组阿特拉津处理对黑土微生物生物量碳、氮、磷影响较大。实验结束时(95d)，50mg/kg高浓度组黑土微生物生物量碳、氮含量比对照组低，而微生物生物量磷比对照组高。随时间推移微生物生物量碳、氮、磷呈现波动趋势，与对照组相比，整个实验过程阿特拉津增加了黑土中微生物生物量碳、氮、磷含量，说明阿特拉津处理刺激了黑土微生物活性。
　　 3)研究阿特拉滓污染胁迫对典型性细菌E.coli K12和B.subtilis B19氧化应激酶的影响。结果表明：阿特拉津影响了细菌的生长，降低了细菌的生长速度。阿特拉津处理后，E.coliK12和B.subtilis B19的SOD、CAT、GST活性和T-AOC升高，意味着活性氧自由基浓度升高，说明阿特拉津诱导细菌产生了氧化胁迫反应。阿特拉津胁迫可能是由于菌体细胞氧化还原电位失衡从而导致菌体代谢失衡引起的。
　　 4)利用荧光光谱和紫外吸收光谱技术，考察阿特拉津与东北寒地黑土中微生物DNA之间的相互作用，用溴化乙锭(EB)为荧光探针，通过对体系的荧光光谱、紫外吸收光谱、荧光抑制率以及Fo/F的测定，结果证明：阿特拉津对黑土微生物DNA同时存在静电作用和嵌插作用两种作用方式，可改变土壤微生物DNA的空间结构，造成DNA链的断裂损伤，其荧光抑制率随阿特拉津浓度增高可达96％以上，说明阿特拉津与黑土微生物之间存在较强的作用力，可随浓度升高而升高。
　　 综上所述，本研究证明了阿特拉津对黑土微生物产生氧化胁迫，通过与黑土微生物DNA发生静电作用和嵌插作用，造成DNA损伤，导致黑土中微生物群落多样性降低，微生物生物量升高和微生物氧化应激酶活性升高。阿特拉津对黑土微生物的遗传学毒性和氧化损伤是造成微生物数量和群落改变的重要内在机制。