环境条件对多孔介质中洛克沙胂生物转化的影响研究

摘要

洛克沙胂(Roxarsone)作为一种含砷饲料制剂，近年来被大量应用于我国的畜禽养殖中。洛克沙胂在畜禽体内几乎不发生降解，会经由粪肥施用或养殖污水进入环境。洛克沙胂在环境中可能转化成其他形态的有机砷或无机砷，会对生态环境产生潜在的影响，因而引起了人们的广泛关注。本文以多孔介质中洛克沙胂生物转化过程和机理为研究目标，针对影响其生物转化过程的环境条件开展研究，通过改变外源性底物、含水率水平，分别采用纯种菌（Shewannella oneidensis MR-1）和混和菌种进行不同浓度洛克沙胂生物转化影响研究，分析洛克沙胂的转化过程机制，得出的主要结论如下:
　　(1)S.oneidensis MR-1不能直接将洛克沙胂作为碳源利用，在外源性底物存在时，例如乳酸钠，则能够提供S.oneidensis MR-1生长所必需的碳源，且能为其提供电子以转化洛克沙胂，将其还原成唯一产物4-羟基-3-氨基苯胂酸(4-hydroxy-3-amino phenylarsonic acid，HAPA)。多孔介质含水率条件显著影响洛克沙胂的转化过程;当实验组中的含水率低于25.00％时，洛克沙胂基本没有发生转化，而只有当含水率达到28.75％以上时，洛克沙肿才得以还原;并且洛克沙胂的还原速度随含水率增大而增加，含水率28.75％实验组中洛克沙胂的降解半衰期约为含水率100％实验组中的8.6倍。
　　(2)提取不同深度的土壤微生物进行研究，发现在108h内，有氧状态下均不能进行洛克沙胂转化;厌氧状态下，微生物所处的土壤深度越深，对于洛克沙胂的转化越慢，处于厌氧状态下培养的土壤表层微生物对洛克沙胂的降解效率最高;土壤环境中的洛克沙胂生物转化与土壤含水率密切相关，洛克沙胂的生物转化随着土壤含水率的增加而进行得越快也越彻底;经过144h培养，含水率高于40.25％的实验组中的洛克沙胂全部被转化，含水率30.00％组中的转化率为30％，而含水率12.50％组中的洛克沙胂基本没有被转化;在含水率40.25％和100％的实验组中，洛克沙胂先被土壤微生物还原为HAPA，其中37％的HAPA又被氧化成了毒性更大的三价砷、五价砷，还有极小一部分转化成了一甲基砷(MMA)、二甲基砷(DMA);发现洛克沙胂等量转化成了HAPA和其它形态的砷，还有6％的砷进入了细菌体内。
　　(3)研究了含水率水平对于土壤微生物群落及多样性的影响，通过高通量测序法，测得含有洛克沙胂的环境对土壤微生物有筛选作用，洛克沙胂会显著限制土壤微生物的多样性;含水率越高的环境，生物多样性越低;土壤环境中优势菌种为肠杆菌属(Enterobacter，59.15％)、气单孢菌属(Aeromonas，9.25％)和假单胞菌(Pseudomonas，6.63％)，经过一段时间的培养后，含水率100％实验组中优势菌种变成了假单胞菌（Pseudomonas，52.87％）、肠杆菌属(Enterobacter，25.82％)和寡养单胞菌（Stenotrophomonas，7.56％），含水率12.50％实验组中优势菌种变成了假单胞菌（Enterobacter，37.19％）、肠杆菌属(Pseudomonas，37.09％)和寡养单胞菌（Stenotrophomonas，11.12％），说明以上三种菌属能很好地适应有洛克沙胂的环境;通过高通量测序，发现洛克沙胂浓度越高对微生物多样性的限制相对越大，2.3mmol/L和0.5mmol/L洛克沙胂实验组中差异较大的菌属为布丘氏菌（Buttiauxella）、赖氨酸芽孢杆菌（Lysinibacillus）和假单胞菌(Pseudomonas)。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1．1 进入环境的洛克沙胂

1．1．2 洛克沙胂的污染及生态毒性

1．2 洛克沙胂在环境中的转化

1．2．1 物理转化

1．2．2 化学转化

1．2．3 生物转化

1．3 希瓦氏菌转化污染物的研究

1．4 研究目的与研究内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

第二章 S．oneidenshir MR-1对洛克沙胂生物转化的影响研究

2．1 引言

2．2 实验材料

2．2．1 实验菌株

2．2．2 实验试剂表

2．2．3 所用培养基及溶液配方表

2．2．4 实验使用仪器表

2．3．1 外源性底物对希瓦氏菌生物转化洛克沙胂的影响

2．3．2 静态含水率对希瓦氏菌生物转化洛克沙胂的影响

2．3．3 S．oneidensis MR-1生物转化低初始浓度洛克沙胂

2．4 样品提取

2．4．1 丁基橡胶塞盐水瓶中样品提取

2．4．2 聚丙烯离心管中样品提取

2．5 分析检测方法

2．6 结果与讨论

2．6．1 外源性底物对S．oneidensis MR-1生物转化洛克沙胂的影响

2．6．2 含水率水平对S．oneidensis MR-1生物转化洛克沙胂的影响

2．6．3 S．oneidensis MR-1生物转化低初始洛克沙胂浓度

第三章 含水率对土壤微生物转化洛克沙胂的影响

3．1 引言

3．2 实验材料

3．2．1 实验菌株

3．2．2 实验试剂表

3．2．3 所用培养基及溶液配方表

3．2．4 实验使用仪器表

3．3 实验设计

3．3．1 土壤微生物的挑选

3．3．2 含水率水平对洛克沙胂生物转化的影响

3．4 样品提取

3．5 分析检测方法

3．6 结果与讨论

3．6．1 土壤微生物的挑选

3．6．2 含水率条件对洛克沙胂生物转化的影响

第四章 含水率和洛克沙胂浓度对土壤微生物种群的影响

4．1 前言

4．2．1 含水率水平对土壤微生物的影响

4．2．2 洛克沙砷浓度对土壤微生物转化效率的影响

4．3 分析材料

4．3．1 通用引物

4．3．2 使用数据库

4．4 分析内容

4．4．1 数据预处理

4．4．2 去除嵌合体及非特异性扩增序列

4．4．4 多样性指数分析

4．5 结果与讨论

4．5．1 含水率水平对土壤微生物的影响

4．5．2 洛克沙砷浓度对土壤微生物转化效率的影响

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果