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土壤中甲磺隆结合残留的风险评价及水稻对其响应基因型差异的机理研究

作　者: 李兆君
导　师: 马国瑞；徐建明
学　校: 浙江大学
专　业: 农业资源利用
关键词: 结合残留 甲磺隆 环境风险评价 DGGE分子指纹图谱 水稻 基因型差异 根际 微生物多样
分类号: X825
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


随着人口的迅速增长、工农业生产的迅速发展和人民生活水平的不断提高,人类对化学品,尤其是对人工合成有机化合物的依赖程度越来越大。化学农药、除草剂以及工业“三废”如酚、油类、多氯联苯、苯并芘等有机化合物在其中占有重大的比例。有机化合物大都以土壤或水体环境作为其最终的归宿地,且大部分有机化合物易与土壤或水体环境中的沉积物形成结合残留而长期残留于环境中。环境中的结合残留有可能再次释放出来对环境造成一定的危害,且易于通过食物链影响人体的健康。甲磺隆曾是我国“九五”期间广泛应用于麦田的一种磺酰脲类除草剂。我们前期的研究结果表明,甲磺隆较易与土壤有机质等组分结合形成结合残留。残留量一般达引入量的11.4%-55.7%。由于甲磺隆结合残留主要分布于土壤中松结态有机质中,所以我们认为,甲磺隆结合残留在环境中再次释放的可能性极大,很可能存在一定的生态风险。此外,小麦—水稻轮作是我国华南及华东地区较常见的轮作方式,应用于麦田中的甲磺隆极易形成结合残留对后茬水稻产生药害。然而,目前国内外有关这方面的系统报道较少。为此,我们通过室内微型模拟培养试验,并采用分子生物学等手段,对甲磺隆结合残留的环境效应进行了较为系统的评价,并通过室外盆栽试验进行了水稻对土壤中甲磺隆结合残留响应基因型差异及机理的研究,试图为栽种对甲磺隆耐性较强的水稻品种,来减轻除草剂所造成的农业损失提供一定的理论依据。取得的主要研究结果如下: 1.甲磺隆结合残留的生态毒理效应评价 室内培养试验研究结果表明,甲磺隆结合残留在土壤中具有一定的生态风险,对土壤酶活性、土壤微生物量和土壤微生物多样性的影响与其在土壤中的持留时间有关,具体表现为: (1) 甲磺隆结合残留对土壤酶学指标的影响。甲磺隆结合残留对土壤脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的影响较为复杂,但仍有一定的规律。培养第7天,甲磺隆结合残留对土壤脲酶具有激活作用,对土壤过氧化氢酶则有抑制作用,对其他两种酶的影响不显格。培养第14天,甲磺隆结合残留对土壤过氧化氢酶和酸性磷酸酶具有抑制作用。而对土壤脲酶和蔗糖酶的影响则表现为,低浓度时对土壤脲酶和蔗糖酶具有激活作用;高浓度时对土壤脲酶和蔗糖酶具有抑制作用。培养第28天及28天后,甲磺隆结合残留对土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性具有激活作用以及在0.05-0.281 mg kg~1范围内对土壤蔗糖酶活性具有激活作用。(2)甲磺隆结合残留对十壤微生物生物量的影响。本试验条件卜,甲磺隆结合残留对十壤微生物生物量及微生物生物量碳,氮的影响随时间而变化。第7大,低浓度甲磺隆结合残留处理十壤微生物生物量的含量降低:高浓度甲磺隆结合残留处理十壤微生物生物量的含举增加。士言养第14大,甲磺隆结合残留显艺一地降低了十壤微生物生物量的含量。第28大,甲磺隆结合残留能够提高十壤微生物生物量。第56大和第98大,甲磺隆结合残留对十壤微生物生物量的影响则表现为,低浓度时,甲磺隆结合残留显著地提高十壤微生物生物量:高浓度时,甲磺隆结合残留显著地降低十壤微生物生物量。另外,培养98天时,甲磺隆结合残留处理十壤微生物生物量碳/氮显著降低。表明甲磺隆结合残留可能会引起十壤微生物种群的改变。 (3)甲磺隆结合残留对十壤微生物多样性的影响。通过在不同培养时间和不同浓度甲磺隆结合残留胁迫卜,对十壤微生物DNA进行DGGE基因多样性指纹图谱分析结果表明,甲磺隆结合残留对十壤微生物多样性的影响与其在土壤中持留时间有关。培养第14大,低浓度甲磺隆结合残留对十壤微生物多样性与对照差异不明显;高浓度甲磺隆结合残留对土壤微生物多样性的影响较为明显,十壤微生物多样性卜降。培养中期(14一56大),甲磺隆结合残留对十壤微生物的作用为先刺激和后毒害作用,各处理条带数先增加后减少。培养后期(56一98大),甲磺隆结合残留对十壤部分微生物.n.-有毒害作用,可致使人多数条带的消失,导致十壤微生物多样性卜降。培养后期,经0.158 ogkg’甲磺隆结合残留处理的土壤DGGE指纹图谱中部分条带较其他处理颜色加深。说明在一定浓度的甲磺隆结合残留范围内,土壤中可能存在甲磺隆结合残留专性微生物种。2.水稻对甲磺隆结合残留响应基因型差异及机理研究 采用生物测定和十_壤盆栽试验法,研究了水稻对甲磺隆及土壤中甲磺隆结合残留响应的基因刑差异及机理,研究结果表明: (1)水稻对甲磺隆的耐性存在基因烈差异。浙农952对甲磺隆的耐性较强:秀水63对甲磺隆的耐性较敏感:两优培九和H优810对甲磺隆的耐性介于浙农952和秀水63之间。 (2)十壤中甲磺隆结合残留对水稻具有约害作用,对水稻生长具有抑制作用。以水稻根系总长度为指标,十壤甲磺隆结合残留对浙农952、两优培九、H优810和秀水63的ECSO值分别为13.876一、4.1701、0.2257平11 0.ooxZ林gkg一’。对于同一品种来讲,十壤中甲磺隆结合残留对水稻根系的抑制作川强丁水稻地卜部。水稻根系总长度、总表面积和根系数量可以作为评价水稻对十壤中甲磺隆结合残留耐性强弱的指标。(3)水稻对十壤中甲磺隆结合残留的响应存在基因烈差异,水稻对土壤中甲磺隆结合残留耐性

全文目录


致谢  4-5
目录  5-9
中文摘要  9-12
第一部分 文献综述  12-37
  第一章 有机污染物研究概况  12-26
    1．1 土壤中有机污染物的来源  12-13
      1．1．1 工业污染源  12
      1．1．2 农业污染源  12-13
    1．2 有机污染物进入土壤环境的途径  13-15
      1．2．1 过量的除草剂和杀虫剂等有机化合物的使用  13
      1．2．2 有机肥的使用  13
      1．2．3 含有有机化合物的污水灌溉  13-14
      1．2．4 大气沉降  14
      1．2．5 突发性事故  14-15
    1．3 有机污染物在土壤环境中的迁移转化行为  15-19
      1．3．1 吸附和解吸  15-16
      1．3．2 渗滤  16-17
      1．3．3 挥发  17
      1．3．4 降解  17-19
    1．4 有机污染物污染土壤的修复及机理  19-26
      1．4．1 非生物修复及机理  19-21
      1．4．2 生物修复及机理  21-26
  第二章 土壤环境中有机污染物结合残留研究概况  26-34
    2．1 结合残留的定义  26-27
    2．2 结合残留的形成机理  27-28
    2．3 结合残留的研究方法  28-32
      2．3．1 结合残留在土壤或沉积物中分布的研究方法  28
      2．3．2 结合残留释放研究法  28-31
      2．3．3 结合残留鉴定及机理研究法  31-32
    2．4 结合残留的环境意义  32-34
  第三章 甲磺隆研究概况  34-37
    3．1 甲磺隆的基本特性  34
    3．2 甲磺隆在土壤环境中的行为  34-35
    3．3 甲磺隆在土壤环境中的结合残留  35
    3．4 甲磺隆结合残留的生态风险评价  35-37
第二部分 甲磺隆结合残留的生态毒理效应评价  37-79
  第四章 甲磺隆结合残留生态毒理效应-土壤酶学表征  37-52
    4．1 引言  37-38
    4．2 材料与方法  38-40
      4．2．1 供试除草剂  38
      4．2．2 供试土壤  38
      4．2．3 甲磺隆结合残留原样土的制备  38-39
      4．2．4 试验设计与实施  39
      4．2．5 测定方法  39-40
      4．2．6 主要仪器  40
    4．3 结果与分析  40-50
      4．3．1 甲磺隆结合残留对土壤脲酶活性的影响  40-41
      4．3．2 甲磺隆结合残留对土壤酸性磷酸酶活性的影响  41-42
      4．3．3 甲磺隆结合残留对土壤过氧化氢酶活性的影响  42-44
      4．3．4 甲磺隆结合残留对土壤蔗糖酶活性的影响  44-45
      4．3．5 土壤中甲磺隆结合残留生态毒理效应的酶学评价  45-50
    4．4 讨论与小结  50-52
  第五章 甲磺隆结合残留生态毒理效应-土壤微生物生物量表征  52-63
    5．1 引言  52-53
    5．2 材料与方法  53-54
      5．2．1 供试除草剂  53
      5．2．2 供试土壤  53
      5．2．3 甲磺隆结合残留原样土的制备  53
      5．2．4 试验设计与实施  53
      5．2．5 测定方法  53-54
      5．2．6 主要仪器  54
    5．3 结果与分析  54-61
      5．3．1 土壤微生物量碳(Cmic)对甲磺隆结合残留胁迫的动态响应  54-56
      5．3．2 土壤微生物量氮(Nmic)对甲磺隆结合残留胁迫的动态响应  56-57
      5．3．3 土壤微生物生物量碳／氮(Cmic／Nmic)对甲磺隆结合残留胁迫的动态响应  57-58
      5．3．4 土壤中甲磺隆结合残留生态毒理效应的微生物生物量表征  58-61
    5．4 讨论  61-62
    5．5 结论  62-63
  第六章 甲磺隆结合残留生态毒理效应-土壤微生物基因多样性的DGGE分子指纹分析  63-79
    6．1 引言  63
    6．2 材料与方法  63-68
      6．2．1 供试除草剂  63
      6．2．2 供试土壤  63-64
      6．2．3 甲磺隆结合残留原样土的制备  64
      6．2．4 试验设计与实施  64
      6．2．5 测定内容和方法  64-67
      6．2．6 指纹图谱生物信息学分析  67-68
      6．2．7 主要仪器  68
    6．3 结果与分析  68-76
      6．3．1 土壤样品总DNA的提取和纯化  68-69
      6．3．2 总DNA中16S rDNA片断的扩增  69-70
      6．3．3 甲磺隆结合残留胁迫下土壤总DNA的DGGE指纹图谱分析  70-76
    6．4 小结  76-77
    6．5 甲磺隆结合残留生态毒理效应讨论及总评  77-79
第三部分 水稻对甲磺隆结合残留响应基因型差异的机理研究  79-119
  第七章 水稻对甲磺隆结合残留响应的基因型差异  79-97
    7．1 引言  79-80
    7．2 材料与方法  80-82
      7．2．1 供试除草剂  80
      7．2．2 供试土壤  80
      7．2．3 甲磺隆结合残留原样土的制备  80
      7．2．4 供试砂子  80
      7．2．5 供试水稻  80
      7．2．6 试验设计与实施  80-81
      7．2．7 测定方法  81-82
      7．2．8 主要仪器  82
      7．2．9 数据处理  82
    7．3 结果与分析  82-90
      7．3．1 水稻对甲磺隆的耐性  82-84
      7．3．2 水稻根系形态特征对土壤中甲磺隆结合残留响应的基因型差异  84-89
      7．3．3 水稻苗期生物学产量对土壤中甲磺隆结合残留的响应  89-90
      7．3．4 水稻不同性状对土壤中甲磺隆结合残留的敏感性研究  90
    7．4 讨论与小结  90-92
    7．5 结论  92-97
  第八章 甲磺隆结合残留胁迫下水稻不同基因型生理生化特征的研究  97-107
    8．1 引言  97
    8．2 材料与方法  97-99
      8．2．1 供试除草剂  97
      8．2．2 供试土壤  97
      8．2．3 甲磺隆结合残留原样土的制备  97
      8．2．4 供试水稻  97
      8．2．5 试验设计与实施  97-98
      8．2．6 测定方法  98-99
      8．2．7 主要仪器  99
      8．2．8 数据处理  99
    8．3 结果与分析  99-103
      8．3．1 土壤中甲磺隆结合残留对水稻ALS酶的影响  99-101
      8．3．2 土壤中甲磺隆结合残留对水稻SOD酶的影响  101
      8．3．3 土壤中甲磺隆结合残留对水稻POD酶的影响  101-102
      8．3．4 土壤中甲磺隆结合残留对水稻CAT酶的影响  102-103
    8．4 讨论  103-104
    8．5 小结  104-107
  第九章 甲磺隆结合残留胁迫下水稻根际生物学特性的研究  107-119
    9．1 引言  107
    9．2 材料与方法  107-109
      9．2．1 供试除草剂  107-108
      9．2．2 供试土壤  108
      9．2．3 甲磺隆结合残留原样土的制备  108
      9．2．4 供试水稻  108
      9．2．5 试验设计与实施  108
      9．2．6 测定方法  108-109
      9．2．7 主要仪器  109
      9．2．8 数据处理  109
    9．3 结果与分析  109-112
      9．3．1 甲磺隆结合残留胁迫下水稻根际土壤微生物生物量碳的变化  109-110
      9．3．2 甲磺隆结合残留胁迫下水稻根际土壤微生物生物量氮的变化  110-111
      9．3．3 甲磺隆结合残留胁迫下水稻根际土壤微生物生物量碳／氮比的变化  111
      9．3．4 甲磺隆结合残留胁迫下水稻根际土壤微生物多样性的变化  111-112
    9．4 小结  112-119
全文主要结论  119-121
参考文献  121-143
英文摘要  143-148
攻读博士学位期间所发表的论文  148-149
图版  149-150

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境质量评价与环境监测 > 环境质量分析与评价 > 土壤评价
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