蚯蚓过腹消减城市生活污泥中四环素的作用与机制

发布时间：2020-10-20 22:53

　　 四环素类抗生素是全球使用最广泛、用量最大的抗生素之一,其在环境中的大量残留带来了潜在的环境风险。蚯蚓能够通过改变物料的理化性质和微生物群落结构的方式促进有机污染物降解,在环境生物修复方面具有明显应用潜力。本研究选用赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)为供试生物,以微宇宙试验方法为手段探究了蚯蚓过腹对城市生活污泥中四环素的削减作用。通过分析蚯蚓处理污泥过程产物理化性质与微生物变化、蚯蚓肠道微生物与相关酶活的变化特征,探究蚯蚓降解污泥中四环素的作用机制。主要结论如下:(1)蚯蚓过腹污泥中间产物中四环素检测方法。Na2EDTA-Mcllvaine甲醇溶液提取蚯蚓过腹处理过程产物中四环素,固相萃取-高效液相色谱法测定。测定条件:Agilent 1260LC液相色谱仪,HC-C18(4.6×150mm,3μm)色谱柱,VWD检测器,波长355nm,进样量20μL自动进样仪。梯度条件:流动相甲醇/乙腈/水(15/15/70体积比,以此同下)流速1mL/min,水相为0.01mol/L草酸溶液。污泥蚓粪中四环素回收率在74-105%之间,变异系数4.3-9.5%之间,完全满足蚯蚓过腹污泥中间产物中四环素测定要求。(2)污泥中四环素在静置条件下降解缓慢,静置32d四环素降解率仅为10%左右。蚯蚓过腹污泥后,污泥中四环素降解率显著提升了 45～64%,且与过腹时长、过腹产物中铵态氮和硝态氮含量、电导率(EC值)和pH值、蚯蚓体中可溶性蛋白(SP)、蚯蚓中部过氧化物酶(POD)和蚯蚓尾部过氧化氢酶(CAT)呈显著正相关;与蚯蚓头部超氧化物歧化酶(SOD)呈显著负相关。接种蚯蚓显著降低了处理产物(蚓粪)的总氮(TN)和有机质(OM)含量,但是总钾(TK)含量显著增加,同时也显著提升了蚓粪中速效氮磷钾含量。蚯蚓不同部位可溶性蛋白和抗氧化酶分布具有异质性。可溶性蛋白分布为尾部头部≈中部;分布为SOD酶活性头部中部尾部;POD酶活性分布为头部中部尾部;CAT酶分布为活性中部尾部头部。从长远看,添加四环素有利于蚯蚓生长;高浓度四环素胁迫条件下,随着蚯蚓过腹时间的延长,蚯蚓体腔不同部位SOD、POD和CAT均呈先促进后抑制的趋势。蚯蚓反复过腹过程中,蚯蚓反复吞食污泥时间的长短对污泥的细菌群落结构有着显著的影响;四环素浓度高低对蚯蚓肠道细菌群落结构在门和纲水平下具有显著影响;多元直接梯度CCA表明POD(P0.01)和SOD(P0.05)是主要影响蚯蚓肠道细菌菌群结构的环境因子。其中吞食高浓度四环素含量污泥的蚯蚓前段肠道细菌群落受SOD影响最大,吞食高浓度四环素含量污泥的蚯蚓中段肠道细菌群落受POD影响最大(3)蚯蚓依次过腹处理污泥能够显著提升污泥中四环素的降解率;低浓度四环素降解率显著高于高浓度四环素。四环素降解率与蚯蚓可溶性蛋白和抗氧化酶无显著相关性,但与污泥铵态氮、速效钾、pH值和EC呈显著正相关。蚯蚓依次过腹显著提高了污泥蚓粪速效氮磷钾含量、以及pH值和EC值。添加四环素有利于蚯蚓生物量的增加,污泥中等浓度四环素反复胁迫显著提高了蚯蚓的可溶性蛋白;蚯蚓头部和中部的SOD酶活性呈先升后降趋势,尾部SOD酶活性持续降低;蚯蚓头部的POD酶活性呈先升后降趋势,中部和尾部POD酶活性持续降低;蚯蚓CAT头部和中部酶活性呈先升后降趋势,尾部呈上升趋势。污泥中四环素对蚯蚓肠道细菌群落的结构有显著影响。蚯蚓吞食含有不同浓度四环素的污泥后,蚯蚓肠道的细菌群落多样性指数(Shannon index)均显著降低,中肠的组间差异最显著。四环素反复胁迫后,高浓度四环素处理的线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)丰度远高于低浓度处理。蚯蚓不同部位酶活和细菌群落Pearson相关性分析表明,中部SOD酶与壤霉菌属(Agromyces)呈显著正相关性,POD酶和青枯菌属(Ralstonia)以及嗜糖假单胞菌属(Pelomonas)呈显著负相关。
【学位单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X799.3
【部分图文】：

图１－１本文技术路线??Ｆｉｇｌ－１?Ｔｈｅ?ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ??

１６－１７?ｍｉｎ甲醇：乙腈：０．０１?ｍｏｌ／Ｌ的草酸溶液（体积比８：８：８６），１７－２５ｍｉｎ甲醇：乙腈：??０．０１?ｍｏｌ／Ｌ的草酸溶液（体积比８：８：８６））和等梯度洗脱（０－１０?ｍｉｎ甲醇：乙腈：０．０１?ｍｏｌ／Ｌ??的草酸溶液（体积比１５：１５：７０）），结果表明（图２－２，?Ａ和Ｂ），不同梯度洗脱四环素色??谱峰保留时间在１６ｍｉｒｉ左右，由于流动相比例变化仪器压力不稳定，保留时间会有波动；??等梯度洗脱色谱峰保留时间在５．０５?ｍｉｎ，仪器压力稳定，且出峰时间缩短了?３倍，且峰性??很好，四环素标准曲线Ｒ２达到了?０．９９９，极大的提高了样品测定效率。??实验比较了常用的两种流动相酸性水溶液０．０１?ｍｏｌ／Ｌ的草酸溶液和０．０１?ｍｏｌ／Ｌ的甲酸??溶液。结果表明（见图２－２，?Ｃ）：选用０．０１ｍｏｌ／Ｌ的草酸峰形更好，可能是四环素多以阳??离子的形态存在

图３－１实验装置图??Ｆｉｇ?３－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ??第五，取样。当峰谷再次消失时蚯蚓完成二次完全吞食。试验每天定期观察蚯蚓吞食??，取一次完全吞食后（添加蚯蚓１４?ｄ），二次完全吞食后（添加蚯蚓２４?ｄ），以及三??全吞食后（添加蚯蚓３２?ｄ）的样品。取样时在塑料盒中梅花状多点采取蚯蚓和蚯蚓过??形成的污泥蚯蚓粪样品。??测定项目与方法??．１碳氮磷钾含量和基本性质测定??检测污泥、蚯蚓过腹中间产物和污泥蚓粪中全氮、全磷、全钾和有机质含量；铵态氮、??氮、速效磷和速效钾等速效氮磷钾含量；电导率和ｐＨ值。检测方法参照土壤中相关??的检测方法［５９］。有机质：称取０．１０００?ｇ?（精确到小数点最后一位，以下同）样品于消??中，加入５〇１１０．８１１１〇１／１＾的重铬酸钾和５１１１１浓硫酸，用油浴锅煮沸计时５１１１１１１，将样品??１００?ｍＬ锥形瓶中，保持体积约７０?ｍＬ。加入２－３滴指示剂（邻菲罗琳）后，用０．２?ｍｏｌ／Ｌ??
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本文编号：2849267