三种溴化咪唑类离子液体对土壤酶活性及微生物群落多样性的影响

发布时间：2017-12-03 05:04

  本文关键词：三种溴化咪唑类离子液体对土壤酶活性及微生物群落多样性的影响

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【摘要】：离子液体被认为是化学性能优良、环境友好的绿色溶剂,目前被应用于很多领域,具有良好的应用前景。然而,随着其应用的增多,人们逐渐意识到离子液体并不是绝对的“绿色”,其进入到环境中也会对环境造成危害。研究不同离子液体对于不同介质的毒性,对于充实离子液体研究、完善离子液体结构-效应关系模型、指导工业生产中用毒性小的离子液体替代毒性大的离子液体,减轻其环境危害具有十分重要的现实意义。土壤是一种动态变化的复杂系统,某些特定因素的变化会影响其质量。在土壤环境质量评价体系中,土壤酶和土壤微生物通常被作为指标来指示土壤的动态变化。土壤酶能够催化多种反应和有机质代谢进程,能够稳定土壤结构,促进营养元素的循环、减轻污染物毒性,并为微生物和植物生命代谢提供能量。本研究选择了三种不同碳链长度的典型溴化咪唑类离子液体[C_4mim]Br、[C_6mim]Br和[C_(10)mim]Br,其中[C_4mim]Br、[C_6mim]Br染毒浓度为0、1、10、100mg/kg,[C_(10)mim]Br染毒浓度为0、1、10、50mg/kg,以棕壤为试验土壤,运用稀释涂布平板法、分光光度法、末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析及实时荧光定量PCR(RT-PCR)技术,研究了离子液体染毒10、20、30和40天后,土壤中细菌、真菌、放线菌等可培养微生物的数量,脲酶、磷酸酶、β-葡糖苷酶等土壤功能酶活性,微生物群落结构多样性和土壤功能微生物氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)的群落数量变化。实验主要研究结果如下:(1)三种离子液体对土壤中细菌、真菌、放线菌数量都产生了抑制作用,[C_4mim]Br对土壤可培养微生物的抑制作用较小;三种微生物相比较,真菌在实验第10天时受到三种液体的毒性作用较为明显,存在显著的剂量-效应抑制作用,且土壤中真菌数量在实验第40天时都恢复到了对照水平;[C_(10)mim]Br对土壤可培养微生物的影响最大,且细菌、放线菌数量在实验第40天都没有恢复到对照水平。(2)[C_4mim]Br在实验第10天对土壤脲酶活性产生了显著的激活作用,随实验进行脲酶活性逐渐恢复至对照水平,甚至受到抑制作用。[C_6mim]Br和[C_(10)mim]Br都对脲酶活性产生了抑制,且呈显著的剂量-效应关系。三种离子液体对土壤酸性磷酸酶、β-葡糖苷酶都产生了激活作用,随着时间的延长和浓度的增大,[C_(10)mim]Br对土壤酸性磷酸酶和β-葡糖苷酶的激活作用逐渐减弱,处理后40天,[C_(10)mim]Br处理的土壤中β-葡糖苷酶受到抑制,且与对照相比产生了显著差异。(3)应用T-RFLP技术,分析了离子液体[C_4mim]Br、[C_6mim]Br和[C_(10)mim]Br处理后土壤的微生物群落结构谱图,选取谱图中面积变化最大片段长度依次为91/92、138、141、148、292和400 bp,其对应的均属为Bacteroides(拟杆菌)、Bacillus(芽孢杆菌)、Nocardioides(类诺卡氏菌)、Eubacterium(真细菌)、Mycobacterium(分枝杆菌)和Rhizobium(根瘤菌)。[C_4mim]Br、[C_6mim]Br和[C_(10)mim]Br的暴露使土壤中Shannon指数和Simpson指数降低,且影响程度随碳链长度的增加而显著。(4)在本试验所设周期和浓度范围内,三种离子液体处理组的AOB-amo A基因拷贝数均显著降低,在实验第40天都没有恢复至对照水平;在本试验所设测试时间和浓度内,除[C_4mim]Br土壤1mg/kg处理组外,其余各浓度处理组AOA-amo A基因拷贝数与对照相比均产生了显著差异。离子液体对土壤氨氧化微生物的基因表达产生了不可恢复的抑制作用。(5)根据所有指标的变化综合分析,[C_4mim]Br、[C_6mim]Br、[C_(10)mim]Br具有不同的碳链长度,其对土壤的生态学效应也呈现差异,其毒性大小顺序为[C_(10)mim]Br[C_6mim]Br[C_4mim]Br。本课题研究的所有指标中,对离子液体的暴露最敏感的是土壤中AOA的基因拷贝数。
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X171.5;X172

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