纳米胶囊型农药和碳纳米材料对土壤微生物的生物效应

发布时间：2017-12-08 17:29

  本文关键词：纳米胶囊型农药和碳纳米材料对土壤微生物的生物效应

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【摘要】：本文利用微量热、土壤酶活性及分子生物学等研究方法,以纳米胶囊型农药和碳纳米材料对微生物的生物效应为研究对象,从纳米材料对微生物能量代谢、微生物的丰度、微生物的多样性、微生物形态及土壤酶活性变化等角度,展开了纳米材料对微生物的毒性效应的研究,为今后这两种纳米材料在生活及生产中的应用提供一定的理论依据。以FeCl24H2O和FeCl3-6H2O为原料,通过化学共沉淀法合成Fe304磁性纳米粒子(Fe3O4 Magnetic nanoparticles。经碳化二亚胺脱氢偶联,进一步将Fe3O4 MNPs与羧甲基-β-环糊精(CM-β-CD)脱水结合,得到羧甲基-β-环糊精-Fe304磁性纳米粒子(CM-β-CD-Fe304MNPs)。以敌草隆为客体,CM-β-CD- Fe3O4MNPs为主体,通过包合作用制备胶囊型的纳米农药羧甲基-p-环糊精-Fe304磁性纳米粒子-敌草隆(CM-β-CD-Fe3O4MNPs-Diuron)。运用红外光谱,热重分析及透射电镜等方法对磁性纳米粒子和纳米农药进行表征,结果证实羧甲基-p-环糊精成功地接枝于Fe3O4MNPs表面。运用紫外-可见分光光度法研究了CM-β-CD-MNPs对敌草隆的吸附行为,结果表明它们的吸附符合Langmuir吸附。CM-β-CD-MNPs对敌草隆的最大吸附量为48.68mg/g。采用微量热、土壤酶活法及荧光定量PCR技术,比较研究了新型纳米农药CM-β-CD-MNPs-Diuron和传统农药敌草隆对土壤微生物的生物效应。对于新型纳米农药和敌草隆,随着它们浓度的增大,生长速率常数k和总放热量Qtotal均变小。CM-β-CD-MNPs-Diuron对土壤的半抑制浓度为107.07 mg/g(包合的敌草隆的量为5.21mg)。这个剂量远高于敌草隆的半抑制浓度(283.5gg/g)。实验结果说明,CM-β-CD-MNPs-Diuron对土壤微生物的毒性低于敌草隆对土壤微生物的毒性。土壤脲酶活性和微生物群落多样性的变化证实了微量热分析得到的结论。采用微量热,土壤酶活性和荧光定量PCR技术研究了石墨烯纳米材料对土壤微生物的影响。从微量热参数k和Qtotal与石墨烯浓度的关系,说明石墨烯对土壤微生物的代谢有抑制作用。石墨烯与土壤培养10天后,土壤酶活性和细菌丰度的变化,说明低浓度的石墨烯促进了土壤中某些细菌的生长,使得微生物整体代谢增强。通过混酸氧化处理多壁碳纳米管,制备得到直径为5nnm,表面连有大量含氧基团的新型荧光纳米材料碳点(Carbon dots, Cdots)。采用微量热法、土壤酶活法及凝胶成像电泳法(DGGE)研究了Cdots对土壤微生物的影响。热力学参数k.Ppeak和Qtotal与Cdots浓度的关系,表明Cdots对土壤微生物代谢有一定的影响。低浓度的Cdots能够促进土壤微生物的生长代谢,而高浓度的Cdots对土壤微生物的代谢有抑制作用。土壤酶活性和凝胶成像电泳的研究结果证实了Cdots对土壤微生物的影响与它的浓度有关。以革兰氏阴性菌大肠杆菌作为指示微生物,采用微量热法、光谱法和显微法,研究Cdots对单一微生物的生长影响。热力学参数和生长曲线与碳点浓度关系表明Cdots对细菌生长的影响与浓度相关。扫描电镜图显示,Cdots对大肠杆菌的繁殖过程影响不大,只是在指数期抑制了细胞的分裂。这些结果表明,Cdots作为一种低毒性和低抗菌性的纳米材料在生物医学上有很大的潜力。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X172;X53;X592

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