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《华东理工大学》 2017年
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蚯蚓—土壤系统中纳米零价铁和十溴联苯醚的毒性效应研究

梁峻  
【摘要】:十溴联苯醚(BDE209)是电子垃圾拆解场地环境中典型的污染物。近年来,纳米零价铁(nZVI)在污染场地修复中的应用越来越广泛。两种化学品联合作用对土壤生物产生的毒性效应正成为研究热点。本文选取BDE209和nZVI作为研究对象,针对污染物暴露对土壤系统中蚯蚓(赤子爱胜蚓)的毒性效应开展研究。主要结果如下:(1)nZVI与BDE209复合胁迫下,不同浓度nZVI添加能影响BDE209在蚯蚓体内的富集与转化。在暴露中后期(14和28天),低浓度(100 mg kg-1)的nZVI胁迫能促进蚯蚓表皮对BDE209(10 mg kg-1)的吸收,而中高浓度(500 mg kg-1和1000 mg kg-1)的nZVI胁迫则抑制BDE209在蚯蚓体内的富集。此外,GC-MS分析表明BDE209在蚯蚓体内可降解为低溴代联苯醚(BDE208、BDE207、BDE206、BDE203、BDE153、BDE99和BDE28等),且nZVI共存时低溴代联苯醚能被羟基自由基攻击,生成羟基化产物。(2)土壤法急性毒性实验中,暴露14天后,所有nZVI处理组蚯蚓的死亡率均低于50%。亚急性毒性实验表明,100mgkg-1 nZVI显著抑制蚯蚓的生长、呼吸和繁殖行为,并且提升了其回避效应(P0.05)。此外,10mgkg-1 BDE209联合添加显著降低了蚯蚓生理指标的活性(P0.05)。(3)nZVI胁迫下,短期暴露(7天)后,蚯蚓超氧化物歧化酶(SOD)活性显著升高(P0.05),但是在暴露后期(28天),SOD活性在一定程度上降低(P0.05)。而过氧化氢酶(CAT)活性在暴露中前期(7和14天)诱导效应不明显(P0.05),然而在 21 天后被显著诱导(P0.05)。nZVI(100mgkg-1)和 BDE209(10mgkg-1)联合胁迫下蚯蚓体内活性氧自由基(ROS)的累积会导致SOD、CAT活性的扰动和丙二醛(MDA)含量的升高(P0.05),进一步说明脂质过氧化的发生。(4)nZVI和BDE209胁迫下,蚯蚓繁殖基因ANN表达水平有显著的下调效应(P0.05),且符合剂量-效应关系。线性回归结果表明,蚯蚓体内铁含量、蚯蚓繁殖率及相应的繁殖基因转录水平间相关性较好(R0.80)。总体上看,蚯蚓体内ROS、呼吸行为和繁殖基因可能是比较敏感的响应指标。
【关键词】:纳米零价铁 十溴联苯醚 赤子爱胜蚓 生物富集 毒性效应
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X53;X171.5
【目录】:
  • 摘要6-7
  • Abstract7-13
  • 第1章 绪论13-22
  • 1.1 研究背景13
  • 1.2 多溴联苯醚概述13-15
  • 1.2.1 PBDEs在环境中的污染现状13-15
  • 1.2.2 BDE209毒性效应15
  • 1.3 纳米零价铁概述15-17
  • 1.3.1 nZVI在环境中的应用15-16
  • 1.3.2 nZVI毒性效应16-17
  • 1.4 纳米材料和有机污染物联合毒性研究进展17-18
  • 1.5 蚯蚓在毒理学研究中的应用18-20
  • 1.6 论文研究目的、意义与内容20-21
  • 1.6.1 研究目的与意义20
  • 1.6.2 主要研究内容20-21
  • 1.7 技术路线21-22
  • 第2章 蚯蚓—土壤系统中BDE209和nZVI在蚯蚓体内的富集与转化22-44
  • 2.1 供试材料22
  • 2.1.1 供试土壤22
  • 2.1.2 供试蚯蚓22
  • 2.1.3 供试污染物22
  • 2.2 所需试剂和仪器22-24
  • 2.3 实验方法24-30
  • 2.3.1 实验设计24
  • 2.3.2 nZVI表征24-25
  • 2.3.3 蚯蚓—土壤系统中PBDEs含量检测25-27
  • 2.3.4 蚯蚓—土壤系统中Fe含量检测27-29
  • 2.3.5 生物富集系数29
  • 2.3.6 蚯蚓皮肤、肠道及精囊显微结构观察29-30
  • 2.4 数据分析30-31
  • 2.5 结果与讨论31-42
  • 2.5.1 nZVI表征31-32
  • 2.5.2 蚯蚓皮肤、肠道及精囊显微结构的变化32-36
  • 2.5.3 nZVI存在条件下BDE209在蚯蚓体内的富集与转化36-41
  • 2.5.4 BDE209存在条件下Fe在蚯蚓体内的富集41-42
  • 2.6 本章小结42-44
  • 第3章 nZVI和BDE209胁迫对蚯蚓的急性及亚急性毒性效应44-56
  • 3.1 供试材料44
  • 3.1.1 供试土壤44
  • 3.1.2 供试蚯蚓44
  • 3.1.3 供试污染物44
  • 3.2 所需试剂和仪器44-45
  • 3.3 实验方法45-48
  • 3.3.1 蚯蚓急性毒性测定45
  • 3.3.2 蚯蚓生长行为测定45-46
  • 3.3.3 蚯蚓回避行为测定46-47
  • 3.3.4 蚯蚓呼吸行为测定47-48
  • 3.3.5 蚯蚓繁殖行为测定48
  • 3.4 数据分析48-49
  • 3.5 结果与讨论49-55
  • 3.5.1 滤纸法测定nZVI胁迫下蚯蚓的死亡率49
  • 3.5.2 土壤法测定nZVI胁迫下蚯蚓的死亡率49-51
  • 3.5.3 土壤法测定nZVI和BDE209复合胁迫下蚯蚓的体重抑制率51-52
  • 3.5.4 土壤法测定nZVI和BDE209复合胁迫下蚯蚓的回避率52-53
  • 3.5.5 土壤法测定nZVI和BDE209复合胁迫下蚯蚓的呼吸速率53-55
  • 3.5.6 土壤法测定nZVI和BDE209复合胁迫下蚯蚓的繁殖率55
  • 3.6 本章小结55-56
  • 第4章 nZVI和BDE209复合胁迫对蚯蚓抗氧化系统的影响56-71
  • 4.1 供试材料56
  • 4.1.1 供试土壤56
  • 4.1.2 供试蚯蚓56
  • 4.1.3 供试污染物56
  • 4.2 所需试剂和仪器56-57
  • 4.3 实验方法57-62
  • 4.3.1 实验设计57
  • 4.3.2 蚯蚓体内抗氧化酶和MDA含量的测定57-61
  • 4.3.3 蚯蚓体内ROS的测定61-62
  • 4.4 数据分析62
  • 4.5 结果与讨论62-69
  • 4.5.1 nZVI和BDE209复合胁迫下蚯蚓体内SOD活性变化62-64
  • 4.5.2 nZVI和BDE209复合胁迫下蚯蚓体内CAT活性变化64-65
  • 4.5.3 nZVI和BDE209复合胁迫下蚯蚓体内MDA含量变化65-67
  • 4.5.4 nZVI和BDE209复合胁迫下蚯蚓体内ROS变化67-68
  • 4.5.5 蚯蚓体内各项测定指标的相关性研究68-69
  • 4.6 本章小结69-71
  • 第5章 DZVI和BDE209复合胁迫对蚯蚓繁殖基因表达的影响71-79
  • 5.1 供试材料71
  • 5.1.1 供试土壤71
  • 5.1.2 供试蚯蚓71
  • 5.1.3 供试污染物71
  • 5.2 所需试剂和仪器71-72
  • 5.3 实验方法72-74
  • 5.3.1 实验设计72
  • 5.3.2 蚯蚓RNA提取72-73
  • 5.3.3 蚯蚓RNA质量检测73
  • 5.3.4 cDNA第一链的合成73
  • 5.3.5 荧光定量PCR反应73-74
  • 5.4 数据分析74-75
  • 5.5 结果与讨论75-78
  • 5.5.1 蚯蚓总RNA浓度测定、电泳结果及ANN基因非特异性检测75-76
  • 5.5.2 nZVI和BDE209复合胁迫下蚯蚓体内繁殖基因相对表达量的变化76-77
  • 5.5.3 蚯蚓繁殖行为、精囊结构与对应的繁殖基因表达之间的关系77-78
  • 5.6 本章小结78-79
  • 第6章 结论与展望79-81
  • 6.1 主要结论79-80
  • 6.2 研究展望80-81
  • 参考文献81-94
  • 致谢94-95
  • 攻读硕士学位期间发表学术成果及所获荣誉95

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