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全氟(多氟)烷基物质(PFASs)由于其优良的理化性质被广泛用于工业、农业和生活的各个方面,但由于不彻底的处理而导致PFASs在环境中广泛存在,其中,土壤是PFASs重要的归宿地。全氟辛烷磺酸(PFOS)是很多PFASs难以进一步降解的中间产物。因此,PFOS带来的土壤生态风险和危害引起了长期而广泛的关注。然而,土壤的酸化对PFOS的生态风险和细菌毒性仍未被阐明,而且在酸性条件下PFOS与土壤中的其他典型污染物(铬和铝)造成的联合生态毒性更应该加以关注。
土壤重金属铬污染及土壤酸化导致的铝溶出都可能对PFOS诱导的生态风险和危害造成影响。因此,本论文以土壤酸化为背景,以功能性模式微生物枯草芽孢杆菌为研究对象,开展了PFOS和Cr(Ⅵ)/Al对细菌的联合毒性效应与机制的研究,研究了PFOS+Cr(Ⅵ)/Al对细菌的生长和代谢的影响。
具体的研究结果如下:
第一部分:PFOS对Cr(Ⅵ)诱导枯草芽孢杆菌毒性的影响的研究。研究结果表明,与单独的Cr(Ⅵ)相比,PFOS+Cr(Ⅵ)对细菌的毒性更大;与暴露于单独的Cr(Ⅵ)中的细菌和对照组细菌的生物活性相比,暴露于PFOS+Cr(Ⅵ)中的细菌的生物活性分别降低了18%和56%,这表明PFOS增大了Cr(Ⅵ)对枯草芽孢杆菌的毒性。此外,枯草芽孢杆菌胞外聚合物的性质和组分发生了变化,如电位降低、细胞外多糖增加、细胞外蛋白质减少和形态不规则等,也证实了PFOS会增大Cr(Ⅵ)对细菌的毒性。氧化损伤和膜渗透性增加是主要的致毒机制。
第二部分:在土壤酸化的条件下,PFOS+Cr(Ⅵ)对枯草芽孢杆菌的生长与代谢毒性的研究。研究结果表明,在pH值为5的酸性条件下,单独的Cr(Ⅵ)、单独的PFOS和PFOS+Cr(Ⅵ)对细菌生长的抑制率(分别为24.3%、42.3%和41.6%)是pH值为7时对细菌生长的抑制率的2~3倍。在酸性胁迫的条件下,PFOS+Cr(Ⅵ)大大降低了细菌的代谢活性,pH值为7时细菌的代谢活性指标DHA和ETS的活性分别是pH值为5时的DHA和ETS的活性的5~8倍和2~13倍。细菌的等电点和表面疏水性及分子对接分析一致表明,在酸性条件下,氢键、疏水和静电的相互作用增强了细菌与PFOS/Cr(Ⅵ)之间的相互作用。
第三部分:在pH值为4.5和5的酸性条件下,PFOS+Al对枯草芽孢杆菌的生长和物质代谢影响的研究。研究结果表明,与pH值为5相比,在pH值为4.5的酸性胁迫下,Al+PFOS对枯草芽孢杆菌的毒性显著增大。Al+PFOS显著抑制了NH4+和可溶性蛋白的产生。此外,随着培养时间的延长,结合性胞外聚合物中的色氨酸和酪氨酸蛋白质样组分的减少与腐殖质的生成,以及乙酸的大量产生表明细菌通过调节代谢来调控体系的酸碱度,进而影响Al+PFOS的存在形式以适应不利的环境。当酸性胁迫增大时,Al+PFOS毒性增大,细菌的代谢活性大大降低。这是由于细菌膜电位(MP)的降低和NPN吸收的增加,造成膜损伤,影响了细菌的正常生长和细胞代谢,最终导致细菌死亡。
综上所述,在土壤酸化的条件下,PFOS和Cr(Ⅵ)/Al的复合污染对细菌的联合毒性增大,由此造成的生态危害应引起我们的关注。在土壤生态治理方面,不仅要对污染物进行解毒和修复,还要注意土壤酸化引起的污染物毒性放大。
土壤重金属铬污染及土壤酸化导致的铝溶出都可能对PFOS诱导的生态风险和危害造成影响。因此,本论文以土壤酸化为背景,以功能性模式微生物枯草芽孢杆菌为研究对象,开展了PFOS和Cr(Ⅵ)/Al对细菌的联合毒性效应与机制的研究,研究了PFOS+Cr(Ⅵ)/Al对细菌的生长和代谢的影响。
具体的研究结果如下:
第一部分:PFOS对Cr(Ⅵ)诱导枯草芽孢杆菌毒性的影响的研究。研究结果表明,与单独的Cr(Ⅵ)相比,PFOS+Cr(Ⅵ)对细菌的毒性更大;与暴露于单独的Cr(Ⅵ)中的细菌和对照组细菌的生物活性相比,暴露于PFOS+Cr(Ⅵ)中的细菌的生物活性分别降低了18%和56%,这表明PFOS增大了Cr(Ⅵ)对枯草芽孢杆菌的毒性。此外,枯草芽孢杆菌胞外聚合物的性质和组分发生了变化,如电位降低、细胞外多糖增加、细胞外蛋白质减少和形态不规则等,也证实了PFOS会增大Cr(Ⅵ)对细菌的毒性。氧化损伤和膜渗透性增加是主要的致毒机制。
第二部分:在土壤酸化的条件下,PFOS+Cr(Ⅵ)对枯草芽孢杆菌的生长与代谢毒性的研究。研究结果表明,在pH值为5的酸性条件下,单独的Cr(Ⅵ)、单独的PFOS和PFOS+Cr(Ⅵ)对细菌生长的抑制率(分别为24.3%、42.3%和41.6%)是pH值为7时对细菌生长的抑制率的2~3倍。在酸性胁迫的条件下,PFOS+Cr(Ⅵ)大大降低了细菌的代谢活性,pH值为7时细菌的代谢活性指标DHA和ETS的活性分别是pH值为5时的DHA和ETS的活性的5~8倍和2~13倍。细菌的等电点和表面疏水性及分子对接分析一致表明,在酸性条件下,氢键、疏水和静电的相互作用增强了细菌与PFOS/Cr(Ⅵ)之间的相互作用。
第三部分:在pH值为4.5和5的酸性条件下,PFOS+Al对枯草芽孢杆菌的生长和物质代谢影响的研究。研究结果表明,与pH值为5相比,在pH值为4.5的酸性胁迫下,Al+PFOS对枯草芽孢杆菌的毒性显著增大。Al+PFOS显著抑制了NH4+和可溶性蛋白的产生。此外,随着培养时间的延长,结合性胞外聚合物中的色氨酸和酪氨酸蛋白质样组分的减少与腐殖质的生成,以及乙酸的大量产生表明细菌通过调节代谢来调控体系的酸碱度,进而影响Al+PFOS的存在形式以适应不利的环境。当酸性胁迫增大时,Al+PFOS毒性增大,细菌的代谢活性大大降低。这是由于细菌膜电位(MP)的降低和NPN吸收的增加,造成膜损伤,影响了细菌的正常生长和细胞代谢,最终导致细菌死亡。
综上所述,在土壤酸化的条件下,PFOS和Cr(Ⅵ)/Al的复合污染对细菌的联合毒性增大,由此造成的生态危害应引起我们的关注。在土壤生态治理方面,不仅要对污染物进行解毒和修复,还要注意土壤酸化引起的污染物毒性放大。