新疆奎屯排碱渠生物膜胞外聚合物与As(Ⅲ)的络合作用

2018年第01期

关键词:
排碱渠;砷污染;生物膜;胞外聚合物;荧光猝灭;等温量热滴定;奎屯;新疆

Keywords
salt-discharging channel;arsenic pollution;biofilm;EPS;fluorescence quenching;isothermal titration calorimetry;Kuytun;Xinjiang
摘要
     新疆奎屯地区是地质背景高砷区,排碱渠水体砷(As)污染严重,排碱渠中普遍发育的生物膜胞外聚合物(EPS)与As之间的络合会影响砷的迁移扩散,进而影响到砷的生物毒性和生态风险。目前,排碱渠中普遍发育的生物膜EPS对水中As的迁移转化及行为归宿的影响还完全不清楚。本文结合荧光猝灭滴定技术和等温微量热滴定技术研究了该地区普遍发育的藻生物膜EPS与As(Ⅲ)之间的相互作用。荧光猝灭实验表明:排碱渠生物膜EPS有3个荧光峰:峰A属于含芳环基团的蛋白质Ⅱ;峰B属于溶解性的微生物类蛋白质;峰C属于类腐殖酸。峰A和峰B统称为类蛋白质物质,其中峰B被确定为类色氨酸物质。类蛋白物质与As(Ⅲ)具有较强的结合作用,而类腐殖酸物质与As(Ⅲ)几乎没有结合能力。EPS与As(Ⅲ)荧光淬灭作用属于静态淬灭和动态碰撞淬灭,同时存在的复合淬灭机制。EPS中含芳环基团的蛋白质Ⅱ和类色氨酸物质与As(Ⅲ)的结合常数lg Kb分别为3.82和2.22,说明As(Ⅲ)与前者的结合强度比后者大一个数量级,前者与As(Ⅲ)形成络合物的稳定性稍微大于后者。As(Ⅲ)可以与含芳环基团的蛋白质Ⅱ的多类位点结合,且在多类结合位点之间存在拮抗竞争作用,而类色氨酸物质中只有一类位点参与As的络合。等温微量热滴定实验结果经过Independent模型拟合,求得了EPS和As(Ⅲ)络合反应的热动力学参数:ΔH、ΔG、ΔS。负的焓变ΔH和负的吉布斯自由能ΔG证明EPS与As(Ⅲ)间的络合反应是一个自发进行的放热反应。随着络合反应进行,反应体系的无序度增加,反应为熵驱动。排碱渠生物膜EPS中的类蛋白质在As(Ⅲ)的迁移转化及其生态风险中起着重要作用,而EPS中的类腐殖酸物质不会对As(Ⅲ)的环境行为产生显著影响。


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