生物炭对秀丽隐杆线虫的神经毒性及其作用机理

作     者：张绪超 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴敏

授予年度：2019年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 07[理学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0713[理学-生态学] 

主      题：生物炭 环境持久性自由基 秀丽隐杆线虫 神经毒性 活性氧 

摘      要：为解决土壤质量退化的问题,生物炭被广泛地施用到田间进行土壤改良。生物炭具有众多的优点,如提高土壤pH值、保水保肥、修复污染的土壤等。但是,生物炭施用到土壤的过程中,其携带的金属元素、多环芳烃类化合物(PAHs)、环境持久性自由基(EPFRs)等内源污染物,将会不可避免地被释放到土壤中,并影响土壤生物。现有研究生物炭的风险过程中,很少关注到EPFRs对土壤动物的影响。而模式生物秀丽隐杆线虫是土壤生物多样性的重要组成部分,可以提高土壤肥力和植物生产力;也因其易于培养、生命周期短和突变体多等优点,现在逐渐被应用于环境科学领域来评估污染物的风险。本研究制备了200℃、500℃、700℃和1000℃的水稻秸秆生物炭,并对其进行元素分析表征、金属元素和非金属元素含量检测、PAHs检测和EPFRs强度测量;观察生物炭对线虫的身体摆动频率、相对运动长度、排泄间隔时间、机械感知行为和化学感知行为的影响;分别检测四种温度未洗的生物炭、洗过的生物炭(颗粒物)和生物炭的水浸提液对线虫神经行为的影响,并检测脂质过氧化产物丙二醛的含量,对比分析毒性的来源。基于此,得出结论:(1)随着热解温度的增加,生物炭产率减少,生物炭原子比H/C、O/C和(N+O)/C的比值会降低,EPFRs在500℃强度最大,可达5.6×10。(2)在固相暴露中,500℃未洗的生物炭对线虫有毒物兴奋效应;颗粒物的作用与之类似;浸提液没有明显的作用。EPFRs可能是引起神经毒性的原因。(3)在液相暴露中,四种温度未洗的生物炭对线虫的神经行为影响不大;700℃的颗粒物对线虫的毒性比未洗的生物炭大;浸提液中的金属元素不大可能引起线虫的毒性。(4)线虫的毒性来源可能是来自于EPFRs和溶解性炭黑产生的ROS,线虫受到了生物炭的胁迫。基于以上研究,生物炭中的EPFRs可能是引起线虫毒性的风险来源之一,未来应该使用不同的生物炭来进行研究,以确定EPFRs的风险;并借助其他生物学的手段来研究生物炭毒性作用的机理,以为生物炭的广泛应用提供一定参考基础。