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尼古丁的土壤微生物生态毒理和微生物降解研究

作　者: 阮爱东
导　师: 闵航
学　校: 浙江大学
专　业: 环境工程
关键词: 尼古丁 菜地土壤 微生物多样性 微生物活性 土壤酶活 变性梯度凝胶电泳(DGGE) 烟焦油 生物降解 产酸克雷伯氏菌MR4 假单胞菌HF-1 节杆菌HF-2
分类号: X172
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


本论文主要分为尼古丁对土壤的生态毒理学研究和尼古丁的微生物降解研究两个部分,分述如下:一、尼古丁对土壤的生态毒理学研究 本论文以浙江大学华家池校区农场菜地土壤为研究材料,综合运用传统及现代分子生物学手段及统计学方法,全面探讨了尼古丁对菜地土壤微生物生态的毒性效应,为建立有效的尼古丁污染预警指标体系、环境质量评价提供了有益的参考。本研究所获主要结果如下: 1.以浙江大学华家池校区菜地土壤为材料,采用室内培养方法,系统研究了不同浓度的外源尼古丁处理对菜地土壤可培养微生物种群多样性、土壤微生物活性以及酶活性动态变化过程的影响。研究结果表明,恒温培养条件下,菜地土壤各微生物类群、土壤呼吸作用和土壤酶对不同浓度的尼古丁具有各自不同的反应。 当尼古丁浓度大于或等于0.008μg’g-1干土时,土壤细菌总数显著低于相应时间的对照土壤,且细菌数量的恢复速度也显著慢与对照组;而尼古丁浓度为0.040μgg.g-1干土时,短期内可刺激细菌生长。放线菌和自生固氮菌的生长在尼古丁污染条件下受到显著性抑制:而真菌生长在短期内受到抑制,2周后其生长受到刺激,显著高于对照组土壤。尼古丁处理组土壤呼吸强度在前4周大都显著不同于对照土壤,表现为起初受到抑制,然后受到刺激,如此更迭两次后逐渐恢复。 酶学研究结果表明,尼古丁作用下,土壤蛋白酶活性受到较大的影响,表现为短期内受到抑制,且呈现较为明显的剂量一效应关系（R2为0.9485）,而后受到刺激,与对照组间存在显著性差异。土壤脲酶活性在尼古丁污染条件下与对照组之间也存在较大差异。短期内,低浓度尼古丁可使得脲酶活性显著提高,而高浓度尼古丁可抑制脲酶活性,两周后各处理组脲酶活性均显著高于对照组。尼古丁污染对土壤过氧化氢酶活性起初起到抑制作用,且存在一定的剂量—效应关系（R2为0.9222）,而后可刺激过氧化氢酶活性的提高。尼古丁对土壤磷酸酶活性的作用与对过氧化氢酶恰恰相反,开始表现为刺激作用,各处理酶活性大都高于对照组,且在第7d酶活变化与一定范围的尼古丁浓度之间存在一定的剂量—效应关系（R2为0.8707）。到第21d时,各处理土壤磷酸酶活性均受到抑制,28d后,各处理土壤磷酸酶活趋于一致。

全文目录


摘要  8-11
ABSTRACT  11-15
第一章 文献综述  15-37
  1．1 尼古丁及其理化特性  15-16
  1．2 尼古丁的污染现状  16-19
    1．2．1 烟草生产及其污染  16-18
    1．2．2 烟碱型农药的推广及其环境影响  18-19
  1．3 尼古丁的毒理学研究进展  19-26
    1．3．1 尼古丁对氧化应激的影响  20-21
    1．3．2 尼古丁对细胞凋亡的影响  21-22
    1．3．3 尼古丁对细胞增殖的影响  22
    1．3．4 尼古丁对基因的潜在毒害  22-23
    1．3．5 尼古丁对基因表达的影响  23
    1．3．6 尼古丁对内分泌系统的影响  23-24
    1．3．7 尼古丁对映体的区别  24-25
    1．3．8 尼古丁和上瘾  25
    1．3．9 尼古丁的有益影响  25-26
  1．4 尼古丁的微生物降解研究概述  26-35
    1．4．1 烟草中尼古丁的微生物降解研究进展  26-28
    1．4．2 烟草废弃物中尼古丁的微生物降解研究  28-30
    1．4．3 尼古丁的微生物降解途径研究  30-35
  1．5 研究的目的、意义及主要内容  35-37
    1．5．1 研究的目的和意义  35-36
    1．5．2 研究的主要内容  36-37
第二章 尼古丁污染对菜地土壤微生物学特性影响的研究  37-46
  2．1 引言  37-38
  2．2 材料与方法  38-39
    2．2．1 供试土壤  38
    2．2．2 土壤养分的测定与方法  38
    2．2．3 土壤微生物区系测定  38-39
      2．2．3．1 试验设计  38-39
      2．2．3．2 计数微生物基础培养基组成与测定方法  39
    2．2．3 土壤微生物活性测定  39
  2．3 结果与分析  39-44
    2．3．1 土壤理化性质的测定  39
    2．3．2 尼古丁污染对土壤可培养好氧微生物区系的影响  39-40
    2．3．3 尼古丁污染与土壤微生物活性的关系  40-44
  2．4 小结  44-46
第三章 尼古丁污染对土壤酶活性影响的研究  46-54
  3．1 引言  46
  3．2 材料与方法  46-48
    3．2．1 供试土壤  46
    3．2．2 试验设计与实施  46
    3．2．3 土壤酶活性测定方法  46-48
      3．2．3．1 过氧化氢酶活性的测定  46-47
      3．2．3．2 脲酶活性的测定  47
      3．2．3．3 磷酸酶活性的测定  47
      3．2．3．4 蛋白酶活性的测定  47-48
    3．2．4．数据分析  48
  4．3 结果与分析  48-53
    4．3．1 尼古丁污染对土壤蛋白酶活性的影响  48-49
    3．3．2 尼古丁污染对土壤脲酶活性的影响  49-50
    3．3．3 尼古丁污染对土壤过氧化氢酶活性的影响  50-51
    3．3．4 尼古丁污染对土壤磷酸酶活性的影响  51-53
  3．4 小结  53-54
第四章 尼古丁污染对菜地土壤微生物群落结构影响的PCR-DGGE分子指纹分析  54-70
  4．1 引言  54
  4．2 材料与方法  54-57
    4．2．1 供试土壤  54
    4．2．2 试验设计与实施  54-55
    4．2．3 土壤总DNA的提取方法  55
    4．2．4 PCR扩增  55-57
    4．2．5 变性梯度凝胶电泳(DGGE)  57
    4．2．6 染色  57
    4．2．7 指纹图谱生物信息学分析  57
  4．3 结果与分析  57-68
    4．3．1 土壤总DNA的提取以及细菌16S rDNA及特征性片段的PCR扩增  57-58
    4．3．2 尼古丁污染对土壤细菌分子生态影响的浓度效应  58-65
      4．3．2．1 起始土样的细菌种群差异分析  58-60
      4．3．2．2 尼古丁污染浓度与土壤细菌种群变化间的关系  60-65
    4．3．3 尼古丁污染对土壤细菌种群变化影响的时间效应  65-68
  4．4 小结  68-70
第五章 烟焦油的微生物降解研究  70-80
  5．1 引言  70-71
  5．2 材料与方法  71-73
    5．2．1 烟焦油降解菌的分离、鉴定与系统发育分析  71-72
      5．2．1．1 实验材料  71
      5．2．1．2 实验方法  71-72
    5．2．2 MR4菌株降解烟焦油的初步研究  72-73
      5．2．2．1 菌株最佳降解条件试验  72
      5．2．2．2 MR4菌株对烟焦油的降解  72-73
  5．3 结果与分析  73-79
    5．3．1 MR4菌的形态学观察与分析  73
    5．3．2 MR4菌的生理生化特征  73-74
    5．3．3 MR4菌株的16S rDNA序列测定与系统发育分析  74-75
    5．3．4 MR4菌株在焦油无机盐中的最佳生长条件  75-76
      5．3．4．1 MR4菌株最适生长DH值  75-76
      5．3．4．2 菌株的最适生长温度  76
    5．3．5 MR4菌株的生长对培养液pH值变化的影响  76
    5．3．6 GC-MS系统分析MR4菌对烟焦油成分的降解  76-79
  6．3 小结  79-80
第六章 尼古丁高效降解菌的分离、鉴定与系统发育分析  80-92
  6．1 引言  80
  6．2 材料与方法  80-83
    6．2．1 分离源  80-81
    6．2．2 实验试剂  81
    6．2．3 主要仪器  81
    6．2．4 培养基  81
    6．2．5 试验方法  81-83
      6．2．5．1 尼古丁降解菌的富集、分离和纯化  81-82
      6．2．5．2 形态学观察  82
      6．2．5．3 生理生化试验  82
      6．2．5．4 碳源利用的Biolog分析  82
      6．2．5．5 菌株的基因组成  82
      6．2．5．6 16S rDNA的PCR扩增和序列测定  82-83
      6．2．5．6 序列比对和基于16S rDNA的系统发育分析  83
  6．3 结果与分析  83-91
    6．3．1 菌株的形态学特征  83-84
    6．3．2．菌株的生理生化特征  84-86
    6．3．3．菌株的基因组成  86
    6．3．4 菌株的Biolog鉴定  86
    6．3．5 分离菌株16S rDNA的序列测定与系统发育分析  86-91
  6．4 小结  91-92
第七章 尼古丁降解菌的降解特性研究  92-107
  7．1 引言  92-93
  7．2 材料与方法  93-95
    7．2．1 供试菌株  93
    7．2．2 主要试剂  93
    7．2．3 主要仪器  93
    7．2．4 主要培养基  93
    7．2．5 培养条件对菌株生长及其尼古丁降解的影响  93-94
      7．2．5．1 分析检测方法  93-94
      7．2．5．2 尼古丁浓度对菌株生长的影响  94
      7．2．5．3 温度与pH值对菌株生长和降解的影响  94
    7．2．6 降解动力学实验  94-95
    7．2．7 HF-2菌株尼古丁代谢中间产物的测定及其代谢途径的推测  95
      7．2．7．1 样品处理  95
      7．2．7．2 利用GC／MS检测代谢中间产物  95
  7．3 结果与分析  95-105
    7．3．1 尼古丁浓度对菌株生长的影响  95-97
    7．3．3 温度和pH值对菌株HF-2生长及尼古丁降解的影响  97-99
    7．3．4 尼古丁降解菌降解尼古丁的动力学特征  99-102
    7．3．5 菌株HF-2降解尼古丁代谢中间产物的测定  102-105
  7．4 小结  105-107
第八章 论文总结  107-111
  8．1 论文的主要研究结论  107-109
  8．2 论文的创新之处  109
  8．3 论文的不足与展望  109-111
参考文献  111-125
攻读博士期间论文撰写与发表及获奖情况  125-126
致谢  126

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境科学基础理论 > 环境生物学 > 环境微生物学
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