通过特定化合物的稳定同位素分析在土壤微生物降解氯氰菊酯

《通过特定化合物的稳定同位素分析在土壤微生物降解氯氰菊酯》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通过特定化合物的稳定同位素分析在土壤微生物降解氯氰菊酯（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、毕 业 论 文 外 文 资 料 翻 译学 院： 生物科学与工程学院 专 业： 食品质量与安全 姓 名： 侯朝雷 学 号： 120305133 外文出处： Journal of Hazardous Materials295 (2015) 3742 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语：签名： 年 月 日(用外文写)1附件 1：外文资料翻译译文通过特定化合物的稳定同位素分析土壤中微生物对高效氯氰菊酯的降解摘要为了评估高效氯氰菊酯在土壤中的微生物降解，通常采用特定化合物的稳定同位素分析方法研究高效氯氰菊酯的衰减。在未灭菌和灭菌的添加有高效氯氰菊酯的土壤中检测高效氯氰菊酯的残余

2、浓度和稳定碳同位素比值的变化。经过八十天的潜伏期后，在未经消毒的分别添加有 2 毫克/公斤和 10 毫克/公斤-氯氰菊酯的土壤中，其浓度分别下降到 0.47 毫克/公斤和 3.41 毫克/公斤，而在已灭菌的土壤中分别下降到了 1.43 和 6.61 毫克/公斤。同时，在未消毒的土壤中，碳同位素的比率分别变为了29.140.22和29.860.33。结果表明，微生物降解促进了高效氯氰菊酯的衰减并且诱导了碳同位素分馏。为了定量评价微生物降解，根据瑞利方程，必须建立碳同位素比值和高效氯氰菊酯残留浓度之间的关系。富集因子可以用于评估微生物对氯氰菊酯的降解程度。显著的碳同位素分馏过程表明，微生物降解是一

3、个定性检测和定量评估生物降解氯氰菊酯衰减过程的适当方法。关键词高效氯氰菊酯；微生物降解；碳同位素分馏；特定化合物的稳定同位素分析1.引言随着逐步淘汰有机氯农药，拟除虫菊酯作为一种理想的替代品，以其低持久性和毒性已经占据了很大的市场份额。作为一种广谱拟除虫菊酯类杀虫剂，氯氰菊酯已经广泛应用于农业和家庭中病虫害的控制和疾病的预防。但是，在农业生产中应用氯氰菊酯后，它会吸附在土壤表面，然后被冲入河流和湖泊。氯氰菊酯残留量已经在蔬菜和水果以及各种环境截止中检测出，比如土壤、水和沉积物中。氯氰菊酯对非靶生物的不利影响已经产生了越来越多的关注，尤其是对水生生物，因为其代谢和消除氯氰菊酯的能力不足。氯氰菊酯

4、对鱼类和其他水生生物的急性毒性已经有相当多的相关报道。此外，研究还表明，氯氰菊酯可能2导致对哺乳动物的不良后果，如神经毒性、内分泌紊乱、生殖毒性和遗传毒性。在以前的研究中已经研究过氯氰菊酯及其同分异构体的衰减。据报道，在不同类型的土壤中，半衰期为 4.1 天到 12 天不等。在天然土壤中，酯键水解是氯氰菊酯降解的主要途径，这导致了 3-苯氧基苯基羟基乙腈的形成。由于其不稳定性，中间代谢产物 3-苯氧基苯基羟基乙腈被氧化为 3 -间苯氧基苯甲醛，进一步被氧化为 3-苯氧基苯甲酸。此外，微生物降解也被认为是导致自然环境中氯氰菊酯的衰减的主要和最有效的方式。在以往的研究中，单菌种生物的新陈代谢、两株

5、合作和土壤微生物作为一种混合物能明显加速高效氯氰菊酯的降解作用。因此，微生物降解通常可用来表示氯氰菊酯 在土壤中的衰减。然而，传统的方法是在浓度数据的基础上来量化的有机污染物的生物降解。因为一些非生物过程的存在，包括光解和水解，以及一些物理过程，如违反和稀释，生物降解不可避免地被高估自上世纪 90 年代末以来，特定化合物的稳定同位素分析（CSIA）已经发展到可定性与定量的分析有机化合物的生物降解。众所周知，在大多数情况下，是有机化合物的生物降解而不是非生物降解或物理过程导致了重同位素的富集（例如， 13C） 。通过评估，生物降解被认为更符合客观现实。因此，CSIA 正逐步地应用于有机污染物的原

6、位生物降解评价。近年来，CSIA 也已经成功地应用于一些农药，如莠去津、异丙隆、林丹、苯氧基酸和有机磷农药。然而，据我们所知，还没有 CSIA 用于评估生物降解氯氰菊酯的报道。在这项研究中，我们探讨了高效氯氰菊酯作为一种应用广泛的拟除虫菊酯类农药在土壤中的微生物降解。我们的研究旨在通过对高效氯氰菊酯的降解过程的分析来揭示的稳定碳同位素分馏，并进一步地，对 CSIA 应用于对拟除虫菊酯类农药进行生物降解评价做进一步的理解。2.材料和方法2.1 试剂和材料标准高效氯氰菊酯（纯度 99.7%）是从美国西格玛奥德里奇公司购买的，正己烷（PRA 等级,99.9%）和丙酮（超分辨率分析，99.4%）是分别

7、从美国迈瑞达技术公司和马林克罗特贝克公司获得的。弗罗里硅土（150250 微米，西3格玛奥德里奇公司，美国） ，硅胶（60200 微米，阿科斯公司，比利时） ，无水硫酸钠（江苏强盛功能化学股份有限公司，中国）被用于提取清理和激活前使用。高效氯氰菊酯溶解在正己烷中在 100 mg / L 浓度为原液和 10 和 50mg / L 浓度为工作液。土壤样品（0-10 厘米深）收集来自中国的浙江省衢州市。PH 值、含水量和有机质（干重）分别被确定为 4、77.72%和 1.12%。土壤在使用前通过 2mm 筛空气干燥。2.2. 实验控制设置将五克干土添加到每一个烧瓶中（50 毫升）作为一批。蒸馏水加入

8、瓶中使湿度达到 60%。为了激活土壤中的微生物，将这些瓶在 30孵化器中孵育两周。另一批具有相同的土壤样品烧瓶在 121温度下进行高压蒸汽灭菌三次（每次30 分钟）以杀灭土壤中的微生物。之后，将 10 或 50 毫克/升的氯氰菊酯添加到未经消毒或已消毒的土壤样品中，使其浓度分别达到 2 或 10 毫克/公斤。加工作液的同事震荡瓶子使混合均匀，更好的减少正己烷溶剂蒸发产生的影响。用蒸馏水调整湿度为 60%后，将所有的瓶子用胶塞密封，放在一个孵化器内，保持 30避免阳光直射。每 10 天对三瓶每一浓度（包括控制）的未消毒和已消毒土壤进行残留浓度分析和对高效氯氰菊酯的& 13C 组成进行分析。2.3

9、. 提取和清理在每个烧瓶中的土壤样品中加入无水硫酸钠并使用索氏提取器加入 160 毫升己烷/丙酮（体积比 7:1）提取液提取 24 h。在旋转蒸发器中浓缩至约 2 毫升之后，提取液通过提取柱，提取柱中自上而下为 2 g 无水硫酸钠，5 g 弗罗里硅土，3.5 g 硅胶和 2 g 无水硫酸钠。用 100 mL 正己烷/丙酮（体积比 9:1）洗涤提取柱。然后将洗脱液浓缩至近干，并在 1 毫升己烷中重新溶解用于 GC-MS分析。使用 GCMS 分析之后，将提取液浓缩至近干，用 50 微升壬烷重新溶解用于 GCCIRMS 分析。2.4. GCMS 分析高效氯氰菊酯浓度分析是采用安捷伦 7890A 气相

10、色谱和安捷伦 5975c 质谱检测器在正电子电离模式下进行的。分离中使用的色谱柱是安捷伦 HP-5MS 色谱柱。使用流率为 1.2 毫升/分钟的氦气（纯度99.999%）作为载气。用 1 L 提4取载气在 260不分流进样模式下进样。在炉温度程序最初设定为 100，保持4 分钟，然后增加到 200，保持 10 分钟，然后 270，保持 5 分钟，最后以每分钟增加 20的速度增加到 280，保持 5 分钟。MS 是在选择性离子监测的操作模式下，利用特征碎片的离子对高效氯氰菊酯进行分析的。2.5. GCCIRMS 分析碳同位素化合物分析是使用 GCCIRMS 系统进行的，该系统包括安捷伦7890A

11、 气相色谱仪和经过修改的 Isoprime 同位素质谱仪。气象色谱系统中使用的色谱柱是 HP-5MS 色谱柱。使用流率为 1.2 毫升/分钟的氦气（纯度99.999%）作为载气。用 2 微升样品载气在 260不分流进样模式下进样。炉温度程序与 GC- MS 分析相同（见上文） 。所有样品都经过三次重复测量，测量的不确定度0.5。一般来说，根据国际标准，碳同位素化合物的符号表示为如下等式（公式见原文） 。其中 Rsample和 Rstandard分别是样本和标准样品的 13C/12C 比率， 13C 的值用千分比表示。2.6. 通过稳定同位素分析法量化生物降解根据瑞利方程，在生物降解反应中，可通

12、过一个因素建立稳定同位素比值和化合物的浓度之间的关系，如式所示。 （公式见原文）其中 RT，R 0和 CT，C 0分别是稳定同位素比率和化合物的浓度在给定时间和在初始时间的生化反应值， 是分馏系数。对于稳定碳同位素， 13C 的自然丰度比 12C 更小，所以瑞利方程可以改写为简化的计算公式（公式见原文）在大多数自然反应过程中，分馏的影响可以忽略不计。所以一个更方便的富集因子 （以表示）被定义为（公式见原文）在实际应用中，通常使用该方程的对数形式表示（公式见原文）通过绘制 Ln( t13C+1)/( 013C+1)与 Ln(CT/C0)的对数图，可以从线性回归的斜率得到 。因此，可以根据以下公式

13、计算出环境领域的有机污染物生物降解的程度（公式见原文）3.结果与讨论3.1. 高效氯氰菊酯在土壤中的衰减5如原文图 1 所示，高效氯氰菊酯的浓度在未经消毒和已消毒的土壤中都呈现随着培养时间的延长而逐渐降低的现象。培养结束时，在灭菌的添加有 2 毫克/公斤和 10 毫克/公斤高效氯氰菊酯的土壤中检测出的残留浓度分别为 1.43毫克/千克和 6.61 毫克/千克，这表明了非生物的降解性。相反，在未经灭菌的土壤中高效氯氰菊酯的浓度比在灭菌的土壤中的低得多，分别为 0.47 毫克/公斤和 3.41 毫克/公斤。显然，微生物降解能促进氯氰菊酯的衰减。关于氯氰菊酯的非生物降解已有过研究报道。穆格拉比等人研

14、究了水的 pH值对氯氰菊酯稳定性的影响，发现氯氰菊酯在碱性条件下易降解。在他们的研究中，高效氯氰菊酯的稳定性在 pH 值小于 6 时可以得到保持。在我们的研究中所用的土壤的 PH 值是为 4.77，低于 6。因此，在本研究中水解不太可能导致高效氯氰菊酯的显著衰减。在另一项研究中发现，辐射能促进高效氯氰菊酯的衰减。然而，在目前的研究中，高效氯氰菊酯光解应当被抑制，因为土壤中培养是在黑暗中进行的。此外，由物理过程造成的衰减，如违反和稀释，也可以忽略不计。因此，我们研究中观察到的高效氯氰菊酯的非生物衰减主要是由于其他原因造成的，如温度。在目前的研究中，尽管生物降解的微生物菌株还未确定，但是微生物对高

15、效氯氰菊酯的降解的研究已经开始了。在之前的研究中，已经出现过一些对氯氰菊酯有生物降解作用的微生物菌种，包括芽孢杆菌属、微球菌属，苍白杆菌属，链霉菌属和鞘氨醇单胞菌属。因此，微生物降解被认为是促进氯氰菊酯生物降解的一个最重要途径之一。通过我们的研究观察也证实了这一假设。对于高效氯氰菊酯的降解，其一级动力学模型如下：（公式见原文）其中 C0和 CT表示的含义与公式（2）中的一致，t 是孵育时间，k 是高效氯氰菊酯常数衰减率。为了直观地反映衰减率，半衰期（T 12）表示为：（公式见原文）高效氯氰菊酯的衰减统计数据列于表 1。相关系数的绝对值均大于 0.9，表明高效氯氰菊酯的衰减与一级动力模型相吻合。

16、通过对高效氯氰菊酯在未灭菌和已灭菌的土壤中的半衰期的比较，可以推断，高效氯氰菊酯的衰减主要是由微生物的降解引起的，特别是在添加了 2 毫克/公斤氯氰菊酯的土壤中，其半衰期分别为 38.1 天和 174.6 天。类似的研究工作也出现在以前的研究中，在添加6了 2 毫克/公斤氯氰菊酯的未灭菌和已灭菌的土壤中，半衰期分别为 17.1 天和76.2 天。在未经灭菌和已灭菌的土壤中，半衰期值在他们的研究中均短于我们的研究。这种差异可能来源于土壤的性质，如 PH 值和微生物种类，以及培养条件。此外，因为在添加了 10 毫克/公斤氯氰菊酯的未灭菌的土壤中有较长的半衰期（49.4 天） ，所以高效氯氰菊酯的降解率也会受到初始浓度