微胶囊法固定阿特拉津降解酶及其特性研究

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:zzt00007
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在全球范围内,阿特拉津已经成为严重危害生态平衡的重要农业污染物,尤其是在中国东北黑土区,这不仅仅是因为阿特拉津对黑土土壤环境本身造成的毒害,更重要的一方面是由于在东北寒冷地区,土壤中的降解阿特拉津微生物受到外界极端寒冷环境的限制。因此本文以阿特拉津降解酶的固定化材料为研究对象,运用微胶囊制备工艺,从微胶囊的形态结构,物理性能,微胶囊固定化阿特拉津降解酶的降解率及安全性能等多方面考察微胶囊固定化阿特拉津降解酶的特性,为能合理高效降解污染物,而不带来二次环境污染提供科学依据。主要结论如下:(1)利用显微镜,扫描电镜,原子力显微镜及比表面积分析仪等大型仪器对添加不同材料的微胶囊进行观察。观察结果分析表明:添加二价金属钴离子可以明显提高微胶囊的机械强度;而羧甲基纤维素钠的加入,不仅提高了海藻酸钠-壳聚糖材料的均匀度,同时在内部出现了多孔覆膜的现象,并通过孔径分布分析,此微胶囊的孔径集中在可以实现对大小为酶的包埋。(2)对制备的微胶囊固定化阿特拉津降解酶从极端温度,重复使用次数,贮存稳定性方面入手,以阿特拉津降解率为考察目标,在体系中进行了微胶囊固定化阿特拉津降解酶的特性研究。结果表明,在优化过程下,由正交试验中优化制备的3种微胶囊固定化阿特拉津降解酶在28d依然保持45%降解率,这较游离酶有10%的降解率有较大的提高,说明固定化酶可以实现在寒地黑土中的应用,同时提高了重复使用次数,可以高达5次,并维持49%的阿特拉津降解率和贮存28d。(3)氯仿熏蒸提取法,测定微胶囊固定化阿特拉津酶对阿特拉津污染土壤模拟试验条件下,土壤中微生物生物量碳、氮、磷随修复时间的动态变化。结果表明,与对照组相比,整个实验过程微胶囊固定化阿特拉津降解酶的加入可以缓和阿特拉津处理对黑土微生物活性的影响,这恰恰从侧面说明此固定化酶对阿特拉津具有降解效果。(4)土壤阿特拉津降解率和土壤细菌多样性动态变化分析28d时固定化酶对阿特拉津的降解率高达70%,而游离酶和空白对照组对土壤中阿特拉津的降解率保持在30%和15%。说明该固定化酶可以实现稳定高效降解阿特拉津的目的。同时在在DGGE图谱和相似度分析,在整个修复过程中,添加游离酶、固定化酶及污染处理土壤中的微生物图谱所显示的优势种属几乎没有变化,各处理样品细菌多样性组成没有显著差异。结合固定化酶对土壤中阿特拉津的去除效果,说明本文所采用的修复方法具有较好的生态安全性。总之,本研究制备了微胶囊固定化阿特拉津降解酶,羧甲基纤维素钠和金属钴离子的加入大大提高了微胶囊的特性,使得其对阿特拉津降解酶的固定化成为现实;并通过阿特拉津污染土壤模拟试验验证了微胶囊固定化酶不仅解决了4°C低温条件下对寒地阿特拉津的降解,同时几乎不会影响土壤微生物群落。因此说明本文所采用的微胶囊固定化阿特拉津降解酶修复方法可以降解污染土壤并具有较好的重复性,贮存稳定性和生态安全性。
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