离子类型对饱和多孔介质中抗性质粒与高岭土胶粒共迁移的影响机理研究

发布时间：2020-07-11 22:00

【摘要】：抗性基因是与抗生素滥用密切相关的一种新型环境污染物。由于抗性基因具有能通过微生物得以表达和扩增并在微生物体间传播的生物学特性,其产生的环境健康风险甚至比单纯的抗生素污染更加严重。其中携带有抗性基因的质粒能在水环境中以自由态存在,并通过转化作用进入其它微生物体内,使其它微生物产生抗药性。粘土胶体作为地下水环境和土壤环境中广泛存在的胶体类型,其对抗性质粒有一定的携带和保护作用,是影响环境中抗药基因在微生物间传播的重要因子。研究粘土胶体对抗性质粒的迁移影响对于预测环境介质中抗药细菌的浓度分布与演变趋势,对于降低饮用水安全风险问题十分必要。地下水环境中含有多种离子,目前,不同的离子对于粘土胶体、抗性质粒以及粘土胶体-抗性质粒两者共迁移的影响尚不清楚。为了研究粘土胶体和抗性质粒在环境介质中的迁移规律,本研究以连续流通柱实验对两者的迁移过程进行了模拟。研究采用氧化铁石英砂填充3cm的流通柱来模拟多孔介质,同时选用高岭土胶体代表环境中广泛存在的粘土胶体,选用典型抗性质粒pBR322代表环境中的抗性质粒,并且选用NaCl溶液、Na_2SO_4溶液、NaNO_3溶液三种盐溶液用来模拟地下水环境中八大离子种类中的Na~+和Cl~-、SO_4~(2-),以及离子特异性序列中的疏水性离子NO_3~-。实验通过高岭土胶体和pBR322质粒进入氧化铁石英砂柱前后浓度的变化反映其在砂柱中的迁移情况。本文研究了pBR322质粒和高岭土胶体在三种盐溶液(NaCl、Na_2SO_4、NaNO_3)和两个离子强度(30mM和300mM)下的迁移和共迁移过程。研究结果表明在不同盐溶液中,高岭土胶体的迁移能力有所不同,从强到弱依次为Na_2SO_4NaNO_3NaCl。在不同的离子强度下,pBR322质粒的迁移能力也不同,300mM离子强度下的迁移能力优于30mM离子强度下的迁移能力。而且,经过pBR322质粒与高岭土胶体的共迁移实验发现,pBR322质粒会抑制高岭土胶体的迁移,而高岭土胶体能促进pBR322质粒的迁移。这些发现,意味着在地下水环境中,粘土胶体的存在,不但会阻碍抗性质粒在环境中的降解,还能增强其迁移和传播效应,从而增加抗性基因在地下水环境中的传播风险。
【学位授予单位】：沈阳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X131
【图文】：

质粒图谱,质粒,胶体溶液,离心管

图 2.1 pBR322 质粒图谱Fig. 2.1 Map of plasmid pBR322由于 pBR322 质粒属于双链环状质粒 DNA 分子，实验中选择使用 Picogreen 双链 DNA 定量染色剂对其进行染色，将 Picogreen 染料使用背景溶液按照 1:200 的比例稀释后与 pBR322 质粒 DNA 进行 1:1 等体积混合，摇匀后避光静置五分钟，而后使用荧光分光光度计测量其荧光信号达到定量的目的。2.2.1.1.1 PicoGreen 染色法检测 pBR322 质粒 DNA 标准曲线（1）配制不同浓度梯度的 pBR322 质粒 DNA 胶体溶液在 15ml 离心管（去酶）取 0.2μl 的 pBR322 质粒加入 9.998ml 的背景盐溶液中，配制成 10ml 浓度为 0.01mg/L 的质粒母液。而后分别配制一定浓度梯度的 pBR322质粒 DNA 胶体溶液，如分别取 0ml，0.1ml，0.25ml，0.5ml，0.75ml，1ml 的质粒母液置于 6 支 15ml 离心管中，分别向其中加入 1ml、0.9ml、0.75ml、0.5ml、0.25ml、

示意图,晶体结构,示意图,铝氧

将上清液样品与PicoGreen工作液缓慢充分混匀光度计在 EX：480nm；EM：520nm 的条件下检信号。过程中加入了四倍于柱端流出样品体积的 EDTA 的浓度是原浓度的 1/5。柱端流出混合液中的浓度检测方法的确定地下水环境中重要的粘土矿物胶体，对污染物质在高岭土的主要成分是高岭石，高岭石是一种 1:1 面体层和一个铝氧八面体层交替排列构成，铝氧八可以形成排列有序的准二维片层，其晶体结构如物，也具有一定的吸附性能，高岭土层间由氢键交换的阳离子[100]。

示意图,实验装置,示意图,离心管

将氧化铁石英砂缓慢注入柱子中，保证砂柱中无气泡，而后连接柱子端口，将整个柱实验系统如图2.3 构建起来。将实验胶体溶液（高岭土胶体、pBR322 质粒胶体溶液、二者混合溶液）放置在1号离心管处，2号蓝盖瓶中放置背景溶液（即30mM和300mM两种离子强度的NaCl、Na2SO4和 NaNO3三种盐溶液），将 1 号离心管与 2 号的蓝盖瓶通过 3 号八通阀与 4号蠕动泵相连。通过蠕动泵控制整个系统中溶液的流速，1 号离心管和 2 号蓝盖瓶中的样品通过 5 号八通阀的调节进入氧化铁石英砂柱或者进入旁通管，而后经过 7 号八通阀进入紫外分光光度计的流动样品池或者直接流出后被 9 号离心管收集。

【参考文献】