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本文采用平衡法和淋溶法,研究了南方可变电荷土壤(红壤和砖红壤)及其胶体、北方恒电荷土壤(潮土和褐土)及其胶体、矿物(针铁矿、蒙脱土和高岭土)和双氢氧化物对DNA的吸附和解吸特征,揭示了不同类型电荷土壤对DNA吸附和解吸规律的差异,主要结果如下:
1.单价离子(NaCl和KCl)电解质体系中,红壤胶体、砖红壤胶体、潮土胶体和褐土胶体对DNA的吸附量随pH升高而降低,在pH2~4间,土壤胶体对DNA的吸附量保持最大,约为13.1~14.8μg/mg;在pH4~8时,土壤胶体的吸附量均大幅下降,恒电荷土壤胶体下降幅度最大,可达85.7%。用NaOAc和NaH2PO4对土壤胶体吸附的DNA解吸时,可变电荷土壤胶体与恒电荷土壤胶体解吸规律有明显差异,可变电荷土壤胶体上NaOAc解吸时解吸率约为10%~24.5%;NaH2PO4解吸时解吸率约为23.5%~40.2%;恒电荷土壤胶体用NaOAc解吸时解吸率约为72.3%~85.9%,NaH2PO4解吸时解吸率约为8.8%~21.6%。这表明可变电荷土壤胶体吸附DNA时键合作用较大,恒电荷土壤胶体静电引力作用较大,这是DNA在不同电荷类型土壤胶体表面的吸附差异。在两种电解质体系中,针铁矿、蒙脱土和高岭土3种矿物,以针铁矿吸附DNA量最大,为14.88~15.56μg/mg,在pH为2.0~3.3时,吸附量逐渐升高;随着pH的升高,其吸附量没有变化。蒙脱土和高岭土对DNA的吸附量随着pH值的升高有不同程度的下降,前者从pH2.0时的15.30~15.75μg/mg下降至pH8.0时的4.13~2.44μg/mg,后者从13.82~14.45μg/mg下降至3.14~2.44μg/mg。
2.二价离子(MgCl2和CaCl2)电解质体系中,四种土壤胶体对DNA的吸附量随pH的升高变化不一致,可变电荷土壤胶体DNA吸附量变化不大,维持在13.0~15.0μg/mg;恒电荷土壤胶体DNA吸附量表现为先升后降的趋势,pH为4.5时吸附量最大,为14.39~15.22μg/mg。矿物对DNA吸附量为针铁矿>蒙脱土>高岭土。针铁矿与蒙脱土吸附量随pH变化不大,高岭土在pH2.0~3.5时吸附量最大,为14.66~14.77μg/mg,在pH3.5~8.0时,吸附量大幅下降至7.72~9.14μg/mg。
3.平衡吸附法获得了四种土壤胶体、三种矿物和四种双氢氧化物的等温吸附数据。用Langmuir方程和Fruendlich方程对四种土壤胶体和三种矿物进行拟合,拟合程度较好均为r2>0.90,其吸附量大小为恒电荷土壤胶体>可变电荷土壤胶体,DNA吸附亲合力为高岭土>蒙脱土>针铁矿。在对双氢氧化物的等温吸附实验中,Langmuir方程拟合程度为r2>0.92,吸附DNA亲和力大小为Al(OH)3>一镁二铝聚合物层状双氢氧化物>二镁一铝聚合物层状双氢氧化物>Mg(OH)2。
4.对恒电荷土壤进行了去CaCO3处理,发现去CaCO3土壤吸附鼙比未去CaCO3土壤吸附量大。当以NaOAc为解吸剂时,去CaCO3的潮土与褐土比不去CaCO3的潮土与褐土解吸率大,而以NaH2PO4为解吸剂时则解吸率相似,且NaOAc的解吸率比NaH2PO4的解吸率要大,这说明DNA分子上的磷酸根与Ca2+之间有静电作用,且静电作用为主要作用力。
5.当DNA溶液中含Cu和Cd两种重金属时,对红壤胶体吸附DNA的影响表现为:在低DNA浓度时:Cu可以为红壤胶体吸附DNA提供更多结合位点,Cd与红壤胶体的结合提供的结合位点较少;在高DNA浓度时:Cd可以为红壤胶体吸附DNA提供更多结合位点,Cu提供的结合位点较少。对砖红壤胶体吸附DNA的影响表现为:在低DNA浓度时,Cu和Cd可以为吸附DNA提供的结合位点数量接近;但在高DNA浓度时,Cd比Cu提供更多的结合位点。