本文關鍵詞：三種抗生素和銅單一及復合污染對土壤酶和微生物群落功能多樣性的影響

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【摘要】：近年來,我國集約化畜牧養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展,含獸藥抗生素和重金屬的禽畜糞便年用量不斷增加,這些抗生素和重金屬隨畜禽糞便以有機肥的形式進入土壤環(huán)境后,造成獸藥抗生素和重金屬的復合污染,對土壤生態(tài)和人類健康造成危害。為評價抗生素和重金屬復合污染對土壤生態(tài)環(huán)境的潛在影響,本研究在室內(nèi)模擬的條件下,以土霉素(oxytetracycline,OTC)、恩諾沙星(enrofloxacin,ENR)、磺胺二甲嘧啶(sulfadimidine,SM2)和Cu為目標化合物,其中抗生素濃度為0,0.05,0.20,0.80mmol/kg,Cu的濃度0、1.60 mmol/kg,運用分光光度法、Biolog-ECO微平板技術等,分析了三種抗生素和Cu單一及復合處理7d,14d,21d,28d后,對土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性及微生物群落功能多樣性的影響,研究結果如下:1、三種抗生素和Cu單一及復合污染對土壤酶活性的影響:(1)單一污染下,該試驗濃度下的重金屬Cu(1.60 mmol/kg)對于四種土壤酶活性(蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶)主要表現(xiàn)為抑制作用,但對不同類型的酶活性的抑制作用不同,其抑制作用強度為脲酶蔗糖酶酸性磷酸酶過氧化氫酶。OTC單一處理下,抑制蔗糖酶活性,而且隨濃度升高抑制作用越強;對脲酶的活性,與對照比,在高濃度處理下(0.80mmol/kg)表現(xiàn)出顯著的抑制作用;對磷酸酶也在高濃度處理下表現(xiàn)為抑制作用;各處理組對過氧化氫酶活性的影響與對照比差異不大。低濃度ENR處理時對蔗糖酶活性表現(xiàn)為“激活-抑制-激活”的趨勢,高濃度表現(xiàn)為顯著抑制作用;各處理組對酸性磷酸酶活性在前期表現(xiàn)為激活作用,隨培養(yǎng)時間的延長,激活作用減弱,最后與對照無顯著差異;對脲酶的活性的影響,與對照比較,低濃度表現(xiàn)出前期抑制,后期輕微激活,高濃度下與對照差異不大;對過氧化氫酶活性,各處理組表現(xiàn)出輕微的激活作用。SM2單一污染,對蔗糖酶活性表現(xiàn)出顯著的抑制作用;低濃度SM2對酸性磷酸酶活性表現(xiàn)出先激活后抑制,高濃度則一直處于顯著抑制狀態(tài);高濃度處理對脲酶活性表現(xiàn)為顯著抑制作用;對過氧化氫酶,低濃度下(0.05,0.20mmol/kg),在第7d和21d表現(xiàn)為顯著促進作用,高濃度下影響不大。(2)復合污染下,OTC與Cu復合污染對蔗糖酶活性顯著抑制,且OTC濃度越高,抑制作用越強;對酸性磷酸酶主要表現(xiàn)出顯著的抑制作用;對脲酶與對照比明顯抑制酶活性;對過氧化氫酶低濃度下(0.05,0.20mmol/kg)和Cu復合表現(xiàn)出前期顯著促進作用,后期與對照無顯著差異,高濃度復合組與對照在整個培養(yǎng)周期都與對照無明顯差異。ENR與Cu復合污染下,與對照比較,蔗糖酶、酸性磷酸酶、脲酶活性均被顯著抑制,對過氧化氫酶活性整體上影響不大。SM2與Cu復合污染,蔗糖酶、酸性磷酸酶、脲酶活性均被顯著抑制,對過氧化氫酶先促進后抑制。對于復合污染的相互交互作用類型,從整個試驗周期來看,OTC與Cu復合處理在整個處理過程主要為拮抗作用,ENR與Cu的復合處理在第7d和28d以協(xié)同作用為主,第14和21d以拮抗作用為主,而SM2與Cu受濃度和處理時間的影響表現(xiàn)出更為復雜拮抗和協(xié)同交替的交互類型,高濃度(0.80mmol/kg)SM2和1.60 mmol/kg Cu復合處理組在處理前期表現(xiàn)拮抗作用,后期表現(xiàn)為協(xié)同為主。2、三種抗生素和銅單一及復合污染對土壤微生物群落功能多樣性的影響(1)單一污染下,濃度為1.60 mmol/kg的重金屬Cu顯著降低AWCD值,微生物整體活性受到抑制,對Shannon指數(shù)無明顯著影響,對Simpson指數(shù)則表現(xiàn)出顯著的抑制作用。OTC、ENR各單一處理組降低了AWCD值,對Shannon、Simpson指數(shù)表現(xiàn)出一定的抑制作用,說明微生物豐度和均勻度降低。SM2對AWCD值影響不大,SM2單一處理下的Shannon指數(shù)則與對照差異不大,對Simpson指數(shù)主要表現(xiàn)為抑制。從整體上來看,三種抗生素對微生物整體活性的抑制作用大小為OTCENRSM2,這也驗證了三種抗生素和Cu處理下的功能多樣性指數(shù)的變化規(guī)律。(2)復合污染下,ENR與Cu復合處理,除高濃度ENR(0.8 mmol/kg)和Cu復合組對AWCD值表現(xiàn)為促進外,其他各處理以降低為主,對Shannon指數(shù)無明顯的影響,與對照之間差異不大,對Simpson指數(shù)在第14d表現(xiàn)出一定的促進作用,21d低濃度表現(xiàn)出抑制作用,高濃度復合表現(xiàn)輕微的激活。OTC與Cu復合處理組下的AWCD值主要表現(xiàn)為明顯的降低,Shannon指數(shù)低于對照,處于被抑制的狀態(tài),Simpson指數(shù)與對照相比也被顯著抑制。對SM2和Cu的處理組,對AWCD值影響不大,對Shannon指數(shù)與對照比無顯著性差異,對Simpson指數(shù)在第14d表現(xiàn)出明顯的抑制作用,21d后則與對照無顯著差異。3、從三種抗生素和Cu單一及復合污染對土壤酶活性影響的毒性差異分析可知,抗生素的類型、濃度、染毒時間、酶的類別及污染物之間的交互作用都會影響其對土壤酶的毒性,復合污染的毒性效應不是單一作用毒性的簡單相加,而是與抗生素類型及處理的時間有明顯的關系,并且由于以上因素的不同會產(chǎn)生拮抗作用和協(xié)同作用。
【關鍵詞】：土霉素 恩諾沙星 磺胺二甲嘧啶 銅 土壤酶 Biolog-ECO
【學位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X53
【目錄】：

• 中文摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 1 引言13-26
• 1.1 土壤復合污染13-16
• 1.1.1 復合污染的概念與分類13
• 1.1.2 關于污染物間復合污染的聯(lián)合作用13-14
• 1.1.3 土壤重金屬-有機物復合污染存在的交互作用14-16
• 1.2 三種抗生素和重金屬的理化性質(zhì)及作用機理16-18
• 1.2.1 三種抗生素理化性質(zhì)及作用機理16-17
• 1.2.2 土壤中常見重金屬的理化性質(zhì)及形態(tài)17-18
• 1.3 抗生素和重金屬在土壤環(huán)境中殘留及生態(tài)毒性效應18-21
• 1.3.1 抗生素的應用及在土壤環(huán)境中的殘留及生態(tài)毒性效應18-19
• 1.3.2 土壤中重金屬殘留及生態(tài)毒性效應19
• 1.3.3 土壤中抗生素和重金屬的復合污染及生態(tài)毒性效應19-21
• 1.4 土壤微生物的組成及作用21-22
• 1.4.1 土壤微生物的組成21
• 1.4.2 土壤微生物的作用21-22
• 1.5 常用的微生物生態(tài)學研究方法22-24
• 1.5.1 平板菌落計數(shù)法22
• 1.5.2 分光光度法測定土壤酶活性22-23
• 1.5.3 Biolog微孔板法23
• 1.5.4 磷脂脂肪酸技術23
• 1.5.5 末端限制性片段長度多態(tài)性23-24
• 1.5.6 熒光定量PCR方法24
• 1.6 本文研究內(nèi)容及技術路線24-26
• 2 材料與方法26-33
• 2.1 實驗所用藥品試劑26
• 2.2 實驗所用儀器設備26-27
• 2.3 供試材料27-28
• 2.3.1 土壤采集及理化性質(zhì)的測定27
• 2.3.2 主要試劑的配制27-28
• 2.4 試驗方法28-32
• 2.4.1 土壤染毒28-29
• 2.4.2 土壤酶活性的測定29-31
• 2.4.3 Biolog-ECO微平板實驗31-32
• 2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析32-33
• 3 結果與分析33-69
• 3.1 OTC和CU單一及復合污染對土壤酶活性的影響及復合污染對土壤酶的交互作用類型33-38
• 3.1.1 OTC和Cu單一及復合污染對土壤脲酶活性的影響33-34
• 3.1.2 OTC和Cu單一及復合污染對土壤磷酸酶活性的影響34-36
• 3.1.3 OTC和Cu單一及復合污染對土壤蔗糖酶活性的影響36-37
• 3.1.4 OTC和Cu單一及復合污染對土壤過氧化氫酶活性的影響37-38
• 3.2 ENR和CU單一及復合污染對土壤酶活性的影響38-44
• 3.2.1 ENR和Cu單一及復合污染對土壤脲酶活性的影響38-39
• 3.2.2 ENR和Cu單一及復合污染對土壤磷酸酶活性的影響39-41
• 3.2.3 ENR和Cu單一及復合污染對土壤蔗糖酶活性的影響41-42
• 3.2.4 ENR和Cu單一及復合污染對土壤過氧化氫酶活性的影響42-44
• 3.3 SM2和CU單一及復合污染對土壤酶活性的影響44-48
• 3.3.1 SM2和Cu單一及復合污染對土壤脲酶活性的影響44-45
• 3.3.2 SM2和Cu單一及復合污染對土壤磷酸酶活性的影響45-46
• 3.3.3 SM2和Cu單一及復合污染對土壤蔗糖酶活性的影響46-47
• 3.3.4 SM2和Cu單一及復合污染對土壤過氧化氫酶活性的影響47-48
• 3.4 三種抗生素和CU在土壤中對土壤酶的交互作用類型48-54
• 3.4.1 OTC和Cu對土酶的交互作用類型49-51
• 3.4.2 ENR和Cu對土酶的交互作用類型51-53
• 3.4.3 SM2和Cu對土酶的交互作用類型53-54
• 3.5 三種抗生素和CU對土壤酶毒性差異分析54-57
• 3.5.1 對脲酶的毒性差異54
• 3.5.2 對酸性磷酸酶的毒性差異54-55
• 3.5.3 對蔗糖酶的毒性差異55
• 3.5.4 對過氧化氫酶的毒性差異55-57
• 3.6 三種抗生素和CU單一及復合污染對土壤微生物群落功能多樣性的影響57-67
• 3.6.1 三種抗生素和Cu單一及復合污染作用下土壤微生物整體活性變化57-62
• 3.6.2 三種抗生素和Cu單一及復合污染對土壤微生物多樣性指數(shù)的影響62-67
• 3.7 三種抗生素和CU對土壤微生物功能多樣性毒性差異分析67-69
• 3.7.1 對微生物整體活性的影響67-68
• 3.7.2 對微生物多樣性指數(shù)的影響68-69
• 4 討論69-71
• 4.1 三種抗生素和CU對細土壤酶活性的影響研究69-70
• 4.2 三種抗生素和CU對微生物功能多樣性影響研究70-71
• 5 結論71-73
• 6 創(chuàng)新之處與不足73-74
• 參考文獻74-81
• 致謝81

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 閆雷;畢世欣;趙啟慧;王U，

本文編號：789503