温和羟丙基-b-环糊精提取法评价土壤中芘的生物利用度外文翻译资料

 2022-08-07 14:10:18

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温和羟丙基-b-环糊精提取法评价土壤中芘的生物利用度

Muhammad Imran Khan,Sardar Alam Cheema,Chaofeng Shen,Congkai Zhang,Xianjin Tang ,Zaffar Malik,Xincai Chen,Yingxu Chen著

摘要

土壤中有机污染物的生物利用度是目前在污染场地的风险评估方面一个备受争议的问题。土壤中有机污染物的生态风险受土壤及其特性污染历史的强烈影响。评估老化对芘的有效性，蚯蚓（Eisenia fetida）积累和化学萃取通过详尽和非详尽的技术在土壤中添加了一系列的芘水平（1.07、9.72、88.4、152和429lg-1干燥土壤）。在本研究中使用两种未老化（即，0天）和老化（即69、150和222天）土壤样品。在本研究中使用两种未老化（即，0天）和老化（即69、150和222天）土壤样品。结果表明，在不同的高剂量污染水平下芘的积累量蚯蚓不会随着年龄的增长而有很大的变化，但在较低浓度时发生了显著变化。而且，老龄化（222天后）显著减少芘的生物和化学可用性。此外，蚯蚓生物累积、羟丙基-b-环糊精（HPCD）和有机溶剂萃取之间的关系调查是为了找到一个合适的预测芘生物利用度的快速方法。结果表明，在不同水平的芘，蚯蚓的吸收和HPCD的可提取性平均值分别为10-40%和10-65%。相关性（r2=0.985）和建议的芘提取结果表明，与有机溶剂萃取相比温和的HPCD提取是预测土壤中芘生物利用度的较好方法。

为了评估有机污染物的生态风险在土壤中，使用生物可利用分数的概念，仅仅是污染物的一部分，通过生物有机体可以被生物所吸收或转化。同一种化学物质在不同土壤中的生物利用度不同，取决于一系列复杂的因素，例如土壤特性，环境条件，化学特性以及化学成分和土壤成分之间的结合模式。

人们普遍认识到，随着有机污染物与土壤之间接触时间（所谓的老化）的增加，污染物的生物和化学可得性减少额。这种现象老龄化是最困难的挑战之一是污染场地的补救。因此，污染物的固存现象导致土壤中污染物的可用性减少。在过去的十年里，许多研究都集中在了解污染物固存机制及其对土壤中有机污染物生物利用度的影响。然而，生物利用度降低的程度与生物利用度之间的关系衰老还没有被很清楚地阐明。

为了预测一种化学物质的有效含量存在于土壤中进行生物吸收，开发了基于实验室的方法。其中包括生物有效性测定，如蚯蚓的吸收以及化学分析，包括温和的有机溶剂萃取和温和的环糊精提取。所有这些策略基本上都基于以下原理：微生物的生物利用度受污染物从土壤固相到水相的质量转移控制。温和的提取技术（非穷举提取）是一种快速，非生物学（即物理或化学）的方法，可以量化或预测污染物的生物利用度。最近，许多研究表明，用HPCD水溶液进行非穷举萃取能够预测多种土壤中多环芳烃（PAHs）的生物利用度。在许多情况下，据报道HPCD的可萃取性与微生物降解率之间存在1：1的相关性，并且不需要比例因子就可以成功地将污染的焦厂土壤中PAHs的HPCD的可萃取性与生物降解性相关。最近，Hartnik等（2008年）开发了一种用于目前使用的农药a-cy氯菊酯和氯芬灭磷的HPCD提取方法，并发现HPCD的可提取性与蚯蚓的吸收密切相关。

多环芳烃（PAHs）由于其作为化石燃料不完全燃烧的副产品的广泛污染以及其高毒性和致癌性而被称为土壤中最臭名昭著的污染物之一。芘是一种四环芳烃，是美国环境保护署优先考虑的16种多环芳烃之一。本研究的目的是评估芘在老化和未老化土壤中的生物利用度以及比较不同非生物技术评价土壤中芘的生物利用度，利用蚯蚓（艾森尼亚）作为生物利用度的参考系统。为此，使用不同的有机溶剂（丙酮，己烷，二氯甲烷，丁醇，乙酸乙酯，乙腈，甲醇，异丙醇以及丙酮和二氯甲烷的混合物）和50 mM HPCD的水溶液用于评估短期提取物在 估算芘在土壤中的生物利用度。

1.材料和方法

1.1化学试剂

芘和羟丙基-b-环糊精（HPCD）纯度分别为99.9%和98%购自英国Sigma Aldrich Co. Ltd。本研究中使用的所有其他化学药品均为分析纯。

1.2土壤收集和准备

在浙江大学华家池校区实验稻田的上部15厘米厚的土壤上收集了未检出芘的未污染土壤（31°16acute;N，120°12acute;E）。将土壤风干并通过2毫米的筛子以除去石头和根。粒径分布（50.5％的沙子，37％的淤泥，12.5％的粘土）将土壤确定为沙壤土。有机物含量为2.1％，pH为5.95。阳离子交换容量（CEC）为7.76cmolkg-1，电导率（EC）为254.5micro;Scm-1。营养水平为总氮的1.78％，总磷的9.39 micro;g g-1和总钾的0.981％。

1.3土壤加标和储存

根据Hua等人（2006）和Cheema等人（2010）的稍作修改，一式三份地向土壤中掺入五种不同浓度（即索氏提取）的芘（1.07、9.72、88.4、152和429 lg Pyr g-1干燥土壤）。简而言之，将1千克风干的土壤用芘的储备溶液污染，并将其置于广口瓶中以制备每个独立的样品。丙酮用作载体溶剂。在加入所需量的芘储备溶液后，将广口瓶封闭3小时，以使溶剂（即丙酮）分散。此后，通过将广口瓶放在通风橱中48小时使溶剂蒸发。用金属刮刀在每个广口瓶中充分混合5分钟。最后，向每个广口瓶中添加双蒸馏水，使土壤样品的水分含量为60％持水量（WHC），以便在20plusmn;0.5 C下存储不同的老化时间（即1、69、150和222天），然后进行萃取和芘分析。每个样品，包括用于背景检查的空白土壤样品，均一式三份制备。

使用未灭菌和灭菌土壤微观世界进行实验，以评估存在和不存在微生物降解的情况下。用2,000 micro;g g-1叠氮化钠（NaN3）制备非生物无菌对照。NaN3可以通过电子输运有效地抑制细菌代谢，因此是不破坏土壤物理结构的理想的代谢灭活剂。为了检查芘的老化，在加标后（0天）和加标后69、150和222天立即进行了化学和生物学分析。每个样品一式三份进行分析。

1.4蚯蚓积累芘

在实验室的土壤中以22plusmn;2 ℃的温度饲蚯蚓（Eisenia fetida），并以猪粪为食。 将五只成年蚯蚓（每只约0.35 g）放入装有10 g（干燥）芘修复土壤的100 mL玻璃瓶中，水分含量为田间持水量的80％。将瓶子用铝箔覆盖，该铝箔上有15个小孔用于充气，然后在22plusmn;2 ℃的黑暗环境中保存。实验重复三次。每天添加水以保持80％的水分含量。10天后，蠕虫中的芘浓度达到了生物富集的稳定状态，如先前的吸收动力学实验中所测量的那样，以及我们初步的蚯蚓积累实验。因此，在第十天，将蠕虫从瓶中取出，用水冲洗，并在玻璃培养皿中的湿滤纸上放置24小时，以进行净化。选择24小时净化期是因为根据化学回收率，该净化期足够长，可以将所有土壤从蠕虫中清除掉。然后将蠕虫依次用水洗涤，用纸巾干燥，称重，然后冷冻干燥。将这些蠕虫用研钵和研杵研磨，并在氏提取之前将其重量的十倍于无水硫酸钠（Na2SO4）混合。对于索氏提取，将1 g的蠕虫组织或5 g在不同老化时间（即0、69、150和220天）的冻干土壤引入到纤维素提取套管中，并用200 ml的 于59℃（5–6分钟/循环）的索氏萃取器中使用丙酮和二氯甲烷[1：1，v / v，高效液相色谱（HPLC）级]。 萃取液在旋转蒸发仪中浓缩至约1 ml，溶于10 ml正己烷中，并通过装有硅胶（200–300目），中性氧化铝（100–200目）和硅胶层的色谱柱。用70 ml己烷：二氯甲烷混合物（7：3，v / v）洗脱的无水Na2SO4。在旋转蒸发仪中将分析物级分浓缩至1 ml，并在温和的氮气流下进一步小心地蒸发至干。 将残留物溶解在2 ml甲醇中，并在分析之前缓慢通过0.22lm过滤器以除去颗粒物。对一式三份的样品进行分析。化学分析过程中采用了严格的质量控制程序。索氏提取法在蚯蚓和土壤中芘的重现性和回收率平均值分别为89.8％[n = 7，相对标准偏差（RSD）＜ 9.67％]和98.7％（n = 6，RSD ＜ 8.75％）。将芘，菲d10和芘d10替代标准品加标到样品中以测量回收率。

1.5有机溶剂萃取

温和的有机溶剂萃取方法改编自Tang和Alexander（1999）所述的方法，但萃取时间有所修改。将两克不同老化时间（即0、69、150和220天）的土壤样品转移到50毫升玻璃离心管中，并分别测试25毫升每种有机溶剂（丙酮，己烷，二氯甲烷，丁醇，将乙酸乙酯，乙腈，甲醇，异丙醇以及丙酮和二氯甲烷的混合物）加入每个试管中。将试管在平板旋转摇床（Denley）上以150 rpm的速度在25plusmn;1 ℃下摇动20 h。然后将试管在3,000 rpm（Sigma实验室离心机，4K15）下离心10分钟。在温和的氮气流下将上清液蒸发至干。在与上述相同的预处理步骤之后，通过HPLC测定芘的浓度。

1.6温和的HPCD提取

HPCD提取方法是改编自Reid等人的方法（2000b）稍作修改。使用去离子水制备50 mM HPCD水溶液。将两克土壤样品称重到离心管（n = 3）中，并向其中各加入25 ml HPCD溶液。 将试管在平板旋转振荡器上以150 rpm的速度振荡20小时。 然后将试管以3,000 rpm离心10分钟，然后将上清液通过0.45 -micro;m的Whatman过滤器。

根据Hua等人所述，从HPCD提取物中再提取芘。 将HPCD（10 ml）（标准批次样品或污染的土壤提取物）的含水混合物与10 ml不混溶的溶剂正己烷混合。将混合物在Fast Prep（Bio101）中以5速度振摇30 s，然后在室温下离心。通过添加无水MgSO 4干燥由此获得的有机相，并使其通过0.45-micro;m的Whatman过滤器。将有机萃取溶液在通风橱中干燥以除去有机溶剂，并将残余物重新溶解在1 ml甲醇中，并用甲醇进一步稀释，然后通过HPLC进行定量分析。通过HPCD萃取得到的芘的平均回收率为94.5％。

1.7高效液相色谱分析

在分析之前，将所有甲醇提取物通过0.22 -micro;m过滤器过滤。HPLC分析使用Agilent 1100系列液相色谱仪（美国安捷伦公司），使用流动相由Milli-Q水（17％）和甲醇（83％）组成，流速为1.00 ml min-1，信号波长为234 nm，带宽为20 nm，参考波长为330 nm，带宽为50 nm。浓度通过外标法定量。 重复分析得出的误差在plusmn;5–8％之间。 色谱分析所用的溶剂为HPLC级。

1.8数据分析

给出的所有用于土壤化学和生物学分析的值都是三次重复plusmn;标准误差（SE）的平均值。 使用在显着性水平为p = 0.05时计算出的最小显着性差异对平均值进行比较，并使用统计科学软件软件包（Windows的SPSS版本16.0）分析参数之间的相关性。

2.结果与讨论

2.1不同老化时间下蚯蚓的吸收

生物学测定法可能提供了最准确的生物利用度度量，因为它们将所有生物（例如代谢）和非生物（例如pH值，土壤有机质含量）修复因素整合到化学生物利用度中。 生物蓄积是蚯蚓中化学物质浓度的直接量度，这是由于吸收和净化过程之间的平衡而导致的化学物质从土壤中的净向内通量。

在本研究中，我们研究了土壤样品中蚯蚓在不同老化时间（即0、69、150和222天，）不同的初始（即索氏提取物）芘浓度（（即1.07、9.72、88.4和152 micro;g g-1干燥土壤）。本研究中使用的最高水平的芘（即429micro;g g-1 ）并不包括在蚯蚓的累积资料内，因为蚯蚓无法在此水平中存活。然而，在为期10天的生物测定中，芘浓度高达152 micro;g g-1时，未观察到对蚯蚓的明显毒性迹象。蚯蚓的结果积累如表1所示，表明不同的初始浓度和老化时间对蚯蚓组织中芘的积累有很大影响。因此，本研究表明蚯蚓中芘的吸收是浓度依赖性的。对于较高的芘浓度（即88.4和152 micro;g g-1），老化效果不明显，蠕虫中芘的同化百分比在所有老化时间均未显着降低（p ＜0.05），而对于较低的初始浓度，老化的影响具有统计学意义，经过222天的老化时间后，芘的累积百分比降低了约50％（即，在1.07和9.72 micro;g g-1 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

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