实验田相应浓度下土壤理化性质对Bt Cry1Ab杀虫蛋(2)
2013-06-09 01:10
导读：3结果 3.1粘土组分的化学性质 土壤A的pH值是6.6，土壤B和土壤C的pH值都大于7，可能是因为碳酸钙的存在。有机碳的含量变化区间是底土的0.4%（土壤C）到表
3结果
3.1粘土组分的化学性质
土壤A的pH值是6.6，土壤B和土壤C的pH值都大于7，可能是因为碳酸钙的存在。有机碳的含量变化区间是底土的0.4%（土壤C）到表土的4.4%（土壤A）。所有样品的粘土矿物组成在某些组分上含量相似，这些组分是伊利石（50%），高岭石（15%），和可扩展层硅酸盐，包括蛭石和蒙脱石（25%），且蒙脱石是膨胀层硅酸盐上的主要矿物。表层土有较高的负电动电电荷，而底层土的负电荷较低。粘粒外表面的动电电荷与土壤有机质相关。
3.2吸附的研究
图1显示了平衡Cry1Ab蛋白溶液的浓度与孵育时间的关系。M–Na对Cry1Ab蛋白吸附迅速，并且在60分钟内达成了平衡。
M –Na浓度对Bt蛋白吸附试验的影响见图表2。M–Na的含量与抗虫蛋白的吸附量呈明显的负相关。当加入蛋白的浓度保持在20或45 ng ml-1时，吸附量随着土壤粘粒浓度的升高而降低。
研究了pH为6至8.7时的吸附，该pH是在实验田中得到的。质子的浓度对蛋白在M-Na上的吸附有重大影响：在pH为6时吸附量最大，随pH的升高而降低（图3）。在研究中，蛋白质的等电点不确定，然而据报道，处于4.5到5.5之间（Venkateswerlu and Stotzky,1992）。
图表4反映了M-Na对抗虫蛋白的吸附量与平衡液中抗虫蛋白的浓度之间的函数关系。等温吸附线是一条线性回归方程：XS=K*XL吸附参数XS是Cry1Ab蛋白在M–Na上的吸附量，XL是蛋白在平衡溶液中的量。回归线的斜率给出了参数K，表示蛋白在粘土上的分配率。
Cry1Ab蛋白在M –Na上的吸附量对其在平衡溶液中的浓度函数如图4所示，吸附等温线是描述了数据的线性回归：XS=kXL，吸附参数XS是Cry1Ab蛋白在M–Na上的吸附量，XL是蛋白在平衡溶液中的量。回归线的斜率给出了参数K ，表示蛋白在粘土上的分配率。
本研究表明使用了低浓度的Cry1Ab蛋白时在稳定期并未到达饱和，随着Cry1Ab蛋白在平衡溶液中浓度的增加，其吸附量也呈线性增加。
（转载自http://www.ＮＳＥＡＣ.com中国科教评价网） 如先前所示，Cry1Ab蛋白在土壤组分（土壤 A–C）吸附的特点可以用线性数学方程组（Pagel–Wieder et al., 2004）来描述。同样的，在所使用的蛋白浓度范围内没有观测到稳定期。虽然他们的矿物成分几乎相同，土壤样本所显示的对Cry1Ab蛋白吸附的分配系数K不同。
土壤中有机碳含量的增加导致了K的下降（图表5（a））。抗虫蛋白的吸附量随着粘土颗粒外表面负电荷量的增加而减少（图表5（b））。而随着比表面积的增加而增大（图表5（c））。
土壤B和C的外表面电荷及表面积几乎相同（表1），但各自的分配系数K不同。然而图6表明K随表面电荷密度的减少而增加（外表面电荷/比表面积）。
用去离子水的洗涤，不到10%的吸附蛋白能解吸出来（见图表7）。吸附达到平衡后，对悬液离心，取出上层清夜。为防止颗粒的再悬浮，在颗粒的上方保留一定体积的平衡液。随着与解吸液接触时间的延长，上清液中Cry1Ab蛋白的吸附量增加，我们称其为“负解吸”如图7所示。Cry1Ab蛋白在底层粘土上解吸量比表层土壤上的高。水的解吸效率明显高于CaCl2和可溶性有机碳（DOM）。
4讨论
苏云金芽孢杆菌所产生的抗虫蛋白在土壤粘土颗粒上的吸附对评价转基因作物对环境的危害具有重要的意义。作者从培育转基因玉米MON810的两块试验田中采集土样，研究了土壤的物理化学性质对Cry1Ab蛋白在粘土上吸附的影响。M-Na对抗虫蛋白的吸附在60分钟内发生，吸附特性可以用等温吸附曲线来描述。这个较短的吸附时间与Tapp等人（1994） 和Venkateswerlu and Stotzky （1992）的研究结果相符，他们曾证明粘土矿物质对抗虫毒素和毒蛋白的吸附在30分钟之内进行，并且吸附在3-4小时后完成。70%的毒素在与腐植酸接触的第一个小时内被吸附，更长的接触时间不能引起吸附量的增加（Crecchio and Stotzky, 2001）。Sundaram（1996）证明沙质土的对毒素蛋白的最大吸附量出现在3小时以后，而粘质土的最大吸附量出现在4小时后。Fleer等（1993）制定了一个通用模型来描述土壤表面的大分子对蛋白的吸附的动力学性质。他总结吸附过程包括一下三个步骤：（一）大分子从溶液到颗粒表面的扩散；（二）吸附表面与大分子片段的接触；（三）高分子链的展开。但是蛋白只是相对刚性的，完全的展开可能不会发生（van Oss et al., 2001）。被吸附的Bt毒素保持其杀虫活性，表明吸附的Bt毒素没有发生重大改变（Stotzky, 2004）。此外，Rigou等（2006）发现固体表面对蛋白质的亲和力可以用热力学来解释，结果表明，固体表面对蛋白质的亲和力可以用焓和熵因素来解释。在本研究中，线性等温吸附线和抗虫蛋白在M-Na上的迅速吸附是因为使用的蛋白浓度较低，这导致了吸附表面大量未被占用的面积，他们很容易获得蛋白分子。 （科教作文网 zw.nseac.com整理）
粘土颗粒的浓度对Bt蛋白的吸附有显著影响。粘土颗粒的增加导致单位重量的粘土吸附的毒素蛋白的含量减少。Chevallier等（2003）和Tapp等人（1994）报道了类似的结论。一种可能的解释是，粘土颗粒的增加导致了颗粒之间的聚集的增加。此聚集对蛋白吸附而言降低了可利用的比表面（Chaplain et al., 1995; Schwarzenbach et al., 1995; Helmy et al., 2000; Turner and Rawling, 2000）。
随着pH的降低，M-Na对Cry1Ab蛋白的吸附量增加。当pH值接近他的等电点（IEP）的时候，吸附量达到最大值。Stotzky（1986）对这种现象解释如下：蛋白质之间的排斥力处于最低水平；不带电荷的蛋白质和带正电荷的粘土颗粒之间的碰撞达到最大；不带电荷的蛋白质在粘土吸附表面比在溶液中更稳定。此外，Quiquampoix（2000）讨论了三个主要模型来描述pH对蛋白质吸附的影响以及蛋白质和土壤有机矿物表面之间的复杂的作用：（1）斥力横向对称模型；（2） 修改结构后的对称模型； （3）修改结构和表面排斥力的非对称模型。对于不同的模型，随着pH的增大蛋白吸附量减小是因为，带负电荷的蛋白与带负电的粘土表面的静电斥力作用。
被调查的土壤粘土有类似的pH值和粘土成分，但是他们的有机碳含量，电荷量和比表面积都有所不同。外部表面的电荷量与土壤有机质的含量呈正相关。从底部取出的土样表面带有较高的负电荷，这是因为含有较多的在pH近中性时带负电荷的功能组的有机碳。从底部取得的粘土组分具有较低的负电荷，可能是因为有机碳含量的减少。
分配系数K随着粘土颗粒外部电荷量和有机碳含量的减少而增大。此外，蛋白吸附量随着粘土颗粒表面电荷密度的减少而降低。基于Stotzky（1986）和Quiquampoix（2000）的理论，这些关联可能用带负电荷的粘土颗粒和Bt蛋白之间的斥力减小来解释。
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当土壤粘粒的外表面积和所带的负电荷量之比减小的时候，Cry1Ab蛋白的吸附更强。在这种情况下，Bt蛋白吸附到粘土颗粒上所需要克服的排斥力是最小的。
在我们的研究中，土壤有机质含量的增加会导致毒素蛋白吸附量的下降这与Crecchio和Stotzky （2001）的研究结果相反。他们没有检测有机无机复合体中有机碳含量的不同对苏云金芽孢杆菌毒素蛋白的吸附的影响。对于粘粒来言，有机质增加了苏云金芽孢杆菌毒素的吸附（Muchaonyerwa et al., 2006）。以往的研究证明，有机质可能与粘土颗粒形成有机粘土复合体而与粘土组分有关（McKeague et al., 1986）。大部分有机碳以固体表面涂层的形式存在。由于这个原因，我们可以推断，土壤粘粒对Cry1Ab蛋白的吸附量随着土壤有机碳含量的减少而增加是因为土壤有机质对土壤团聚体表面的涂层或者说包被。这种涂层作用可能会部分的阻止毒素蛋白在团聚体表面的吸附。我们假设毒素蛋白不能穿透有机质在土壤团聚体上的包被（De Jonge and Mittelmeijer-Hazeleger,1996; Malekani et al., 1997; Theng et al., 1999; Pagel-Wieder and Fischer, 2001）。
作者的实验显示抗虫蛋白的吸附量随着比表面积的增加而增大，Fusi等人（1989）的研究结论相悖，他们认为Fe （Ⅲ）聚合氢氧化物为涂层的更大粘土表面积并不会必然导致蛋白质过氧化氢酶和乳球蛋白吸附量的显著增加。
在此次研究所使用的实验室条件下，几乎没有观测到毒素蛋白的解吸，即使用双蒸馏水的反复洗涤蛋白－有机矿物复合物的Bt毒素也只有少量被解吸（Crecchio and Stotzky, 2001）。Chevallier等人（2003）成功的从砂浆黑土的粘土粒级中解吸得到了10%的已吸附毒素。表土的Cry1Ab蛋白解吸量小于底土，证明了Cry1Ab蛋白在土壤粘土组分上的吸附强度由土壤中的有机质含量决定。当Bt蛋白被土壤中的有机质吸附，有机质与蛋白的相互作用随着接触时间的增长而剧烈增强。Ladd和Butler（1975）证明多酚类聚合物具有复杂约束力，如腐殖质，对毒素蛋白的约束作用随着时间的增加会变成不可逆的过程。此外，大分子的不可逆吸附是由大分子和吸附表面的多点相互作用引起的（Podoll et al., 1987; Theng, 1979）。一旦吸附产生，所有的吸附点同时分离基本上是不可能发生的。
（科教范文网 lw.nSeAc.com编辑发布） 蒸馏水的解吸效果比CaCl2或DOM的解析效果要好。这可能是因为在已经满载了Cry1Ab蛋白的粘粒之外获得其他的聚合物。此聚合物形成是因为增加了钙离子（Kjellander, 1988）或者DOM。
5结论
这项研究表明，土壤粘土组分对Cry1Ab的吸附可以由试验站点所发现的毒素蛋白的含量来决定。我们的结论是，土壤物理和化学参数很大程度上影响了Cry1Ab蛋白的吸附作用。粘土颗粒的外表面积的增加，有机碳含量和土壤粘土组分外表面电荷量的减小会引起毒素蛋白吸附量的增大。
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