Cr6+生物可利用度检测的微生物全细胞传感器CB10的构建及其响应特征

为实现重金属污染环境中Cr6+的生物可利用度评价,进而为Cr6+的污染治理提供可靠依据,本研究采用分子生物技术,以重金属广谱抗性菌株Cupriavidus metallidurans CH34的pMOL28质粒上铬抗性调控系统的启动子和调控蛋白基因为传感器调控元件,以北美萤火虫Photinus pyralis的萤火虫荧光素酶基因luc为报告基因构建了一种可对Cr6+生物可利用度进行检测的微生物全细胞传感器CB10,并探究了其在不同检测条下的响应特征.结果表明,微生物全细胞传感器CB10在30 min内即可响应一定浓度的Cr6+;其对Cr6+的检测最低限LOD为2μmol·L-1;当Cr6+的浓度为20～200μmol·L-1时,CB10的响应能力与Cr6+浓度线性相关,进而传感器CB10可对该范围内的Cr6+生物可利用度进行定量分析(R2=0.980 55);当重金属诱导浓度为10～50μmol·L-1时,CB10对Cr6+具有较强的响应特异性;本研究也发现,较高浓度的Pb2+、Mn2+和Sb2+也可以产生对CB10的诱导能力;诱导温度为30℃,pH为7时,CB10的响应效率最高;诱导温度为15～30℃,pH为4～7时,CB10响应能力表现稳定.CB10具备较强的响应速率、灵敏度、特异性和稳定性,具备对水体重金属进行快速检测和土壤重金属的生物可利用进行评价的潜力.     

6种重金属的发光菌毒性效应及其海洋生物物种敏感度分析

以明亮发光杆菌(Photobacteriumphosphoreum)为受试生物,采用微孔板毒性测试法,测定6种重金属化合物的发光抑制毒性并对毒性数据进行非线性拟合和预测,结果表明ZnSO47H2O、K2Cr2O7、HgCl2、CdCl22.5H2O和Pb(NO3)25种重金属化合物的毒性作用关系均可以用Weibull模型有效描述,CuSO45H2O的毒性作用关系可用Logistic模型有效描述。几种重金属的毒性顺序为K2Cr2O7 CuSO45H2O CdCl2 Pb(NO3)2 ZnSO47H2O HgCl2。明亮发光杆菌对6种重金属离子的EC50值分布在由其它海洋生物毒性效应值拟合的物种敏感度分布模型范围内。与海洋鱼类、蚤类、贝类和虾蟹类相比,明亮发光杆菌对Cu2+的毒性灵敏度较差,但是对Cd2+、Pb2+、Hg2+、Zn2+、Cr6+5种重金属离子的毒性灵敏度较高,多数海洋生物对6种重金属的毒性响应顺序与明亮发光杆菌一致,说明发光菌毒性测试法对于海洋环境重金属污染的生态毒理效应具有重要预测价值。     

沉积物重金属累积特征与区域经济发展的响应关系

为阐明社会经济发展对沉积物重金属浓度变化的驱动作用,研究基于洞庭湖流域2003—2017年的主要社会经济指标和沉积物重金属数据,采用潜在生态风险评价指数法对沉积物重金属污染风险进行评价,结合EKC模型反映目前经济发展与洞庭湖沉积物重金属之间的宏观关系,并建立洞庭湖流域主要社会经济指标与重金属污染的响应关系。结果表明:随着洞庭湖经济的增长,洞庭湖沉积物重金属污染问题突出,其中Cd污染最严重,均值为3. 83 mg/kg,其次是Hg,均值为0. 20 mg/kg;潜在生态风险评价结果表明:Cd、Hg的风险最高,2种金属风险贡献率高达92. 25%,为主要污染元素;基于EKC模型拟合结果可知,沉积物重金属整体污染程度及其生态风险将持续加剧;而工业发展、有色矿产资源的开发利用和旅游业等第二、三产业发展对Cd、Hg的影响显著。因此,严格控制第二、三产业发展过程中入湖污染物的重金属含量是减少洞庭湖沉积物重金属污染的关键。     

不同形态P对Cu、Zn、Cd联合生物毒性效应的影响

运用水潘趋光行为的抑制试验研究了水体中不同磷形态和重金属(Cu、Zn、Cd)共同存在时的联合生物毒性效应.结果表明,水体中重金属的生物毒性不仅取决于它们的种类和浓度,也与溶液中共存的P形态有关.重金属对水溞的生物毒性由强至弱依次为Cu2 ＞Zn2 ＞Cd2 ;当溶液中存在不同形态的P时,重金属的生物毒性发生了改变.中等P营养水平(TP为0.05mg·L-1)时,不同形态P的存在可显著降低Cu、Zn、Cd的生物毒性,在某种程度上减轻重金属对生物的伤害.不同形态P对重金属生物毒性的拮抗作用顺序为H2PO-4≈HPO24-＞PO34-.因此,重金属污染与富营养化双重胁迫水体的生物毒性,将可能因水体中P形态的不同而产生差异.     

柳江流域河流溶解态重金属时空分布及污染评价

在不同季节对露塘及洛维断面水体中可溶态重金属Zn、Al、Co、As、Ni、Cr、Cu、Mn、Pb、Hg和Cd进行高密度监测,进而研究可溶态重金属的时空分布及其污染来源,并利用内梅罗综合污染指数法对柳江水体环境质量进行评价.结果表明：①露塘和洛维断面可溶态Al、Co、As、Ni、Cr、Mn、Pb和Cd均符合国家地表水质量Ⅲ类标准,Zn和Cu重金属质量浓度远低于标准限值,Hg含量略有超标.柳江流域水体各重金属质量浓度大体呈现出平水期最高,丰水期最低的时间变化规律.在空间分布上洛维断面重金属质量浓度较高;②柳江流域重金属元素Hg、Cd和As单因子污染指数较高,内梅罗综合污染指数评估显示水体中重金属综合污染风险具有一定的季节变化特征表现（3月>11月>6月）,指示不同季节变化对研究区饮水安全可能会存在一定隐患.露塘和洛维两个断面水体重金属总体属于中度污染水平,其中洛维断面污染程度相对较严重,应当优先列为柳江流域水环境管理部门的控制断面;③在探讨年际尺度与月降雨期重金属污染评价的区别中得出,当利用河流中的Cu元素质量浓度进行河流重金属评价时,降雨季与常规季节的选取对年际尺度河流重金属污染评价影响不显著,然而当河流中存在As、Mn、Pb、Al、Cr和Ni元素时将会造成年际尺度的河流重金属污染评价差异性显著;④多元统计分析结果显示,Cd、Cr、Ni、Co和Pb主要来源于工业生产活动;As和Zn主要来源于雨水淋溶生活污染废弃物;Mn、Al和Cu主要来源于农药和化肥的施用.     

江苏如东滩涂贝类养殖区表层沉积物中重金属来源分析及其潜在生物毒性

通过2010年对江苏如东滩涂贝类养殖区表层沉积物中重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As含量的调查分析,应用地质累积指数(index of geo-accumulation,Igeo)对各重金元素的污染状况进行了评价,结果表明重金属污染可分为3类:Cu、Cd、Hg为无污染;Pb、As为中～无污染;Zn为中度污染,重金属污染程度顺序为Zn>As>Pb>Cd>Cu>Hg.根据沉积物质量基准(sediment quality guideline,SQG),表层沉积物中Cd、As的含量在各采样站位分别表现为无潜在生物毒性效应,偶尔有潜在生物毒性效应,Cu、Pb、Zn、Hg的含量则在部分采样站位偶尔有潜在生物毒性效应,其中仅有Zn在部分采样站位有频繁发生的潜在生物毒性效应.毒性单位评价(toxic unit,TU)结果表明,仅有1个采样站位具有明显的急性毒性,其余站位无急性生物毒性效应.主成分分析(principal component analysis,PCA)的结果表明,前2个主成分的贡献率分别为37.56%、33.71%,揭示了重金属污染主要有2个来源:工业点源排污和交通航运污染源.     

三峡库区蓄水初期大宁河重金属食物链放大特征研究

三峡库区蓄水后重金属在库区沉积物中累积,为了解由此带来的鱼类重金属富集放大风险,于2012年3月以库区支流大宁河为例,采集16种代表性鱼类,利用稳定同位素技术对鱼类间营养关系和Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、As和Hg等重金属元素在食物链中的生物放大情况进行了研究.结果表明,大部分重金属在鱼体中处于较低水平,但在不同种类鱼体中含量差异显著.鱼体样品δ13C与鱼类生活水层关系密切,分布范围为-22.80‰~-28.97‰,水体上层鱼类δ13C值较低,而水体底层鱼类δ13C值较高;而δ15N受鱼类食性影响明显,范围为6.41‰~13.88‰.在食物链的传递过程中,鱼体Hg浓度随营养等级的升高而显著增大,但放大效率较低.除Hg外的金属元素与δ15N的关系均不显著,未出现明显生物放大.但小个体鱼类体内金属含量较高,存在潜在污染风险.     

黑河重金属空间分布及与大型底栖动物的关系

为探究河流水体和表层沉积物重金属分布特征及其与大型底栖动物的响应关系,于2019年8月在黑河上、中游不同区域采集底栖动物、水体及表层沉积物样品,测定了8种重金属（Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg、As）的含量,利用多元统计法分析了底栖动物、水体及表层沉积物重金属空间分布特征,并运用综合污染指数、潜在生态风险指数法对河流水体及表层沉积物重金属的污染风险进行评价,最后运用相关性分析了大型底栖动物与河流水体及表层沉积物的关系.结果表明,水体重金属含量整体较低,空间变化不显著.表层沉积物中w（Mn）,w（Zn）,w（Cr）,w（Ni）,w（Cu）,w（Pb）,w（As）,w（Cd）均高于水体和土壤背景值,其均值分别为背景值的1.36,2.26,2.66,2.10,1.98,1.85,1.89和3.33倍,且空间差异显著.表层沉积物中Cu、Cr、Ni可能来源于农药化肥的施用和工业废水排放;Cd、Pb、Mn可能来源于矿渣及其渗滤液和自然背景的叠加影响;As和Zn可能与生活及工业污水排放有关.水体重金属污染水平极低;表层沉积物重金属污染主要由Cd、Cr、Zn、Ni引起;空间变化趋势为上游支流>上游干流﹥中游.表层沉积物中Mn、Cd的RI值分别为17.20和12.30,属高风险水平,其他元素均为低度风险水平.大型底栖动物现存量及多样性呈空间差异性分布,基眼目密度与水体中As呈正相关;鞘翅目、半翅目和基眼目密度及3种生物多样性指数均与表层沉积物重金属含量呈显著性相关,其可作为黑河上、中游水体及表层沉积物重金属污染的潜在指示生物.     

三峡澎溪河回水区消落带岸边土壤重金属污染分布特征

在对澎溪河回水区消落带及岸边土样品中重金属含量和样品理化性质测定的基础上,重点分析了该区域内重金属分布特征,并对重金属元素间的相关性展开研究.同时,应用地累积指数对研究区域污染现状进行评价.结果表明,消落带样品中Cu、Cr、Zn、As、Cd、Pb、Hg的平均含量分别为28.17、59.21、108.98、4.77、2.02、28.85、0.52mg·kg-1;岸边土样品中重金属的含量范围分别为22.32、54.90、98.05、7.87、0.77、22.97、0.94mg·kg-1.Cd是三峡库区污染较严重的重金属元素.相关性分析表明：在消落带样品中,Cd与Zn显著相关（p〈0.01）,Pb、Hg和Cu、As都存在显著的正相关关系,说明这4种重金属元素在接受外来污染时可能存在相似性;在岸边土样品中,Cd与Zn、Cr与Cu、As与Hg显著相关（p〈0.01）,Pb与Cu、Cr、Zn、Cd显著正相关,表明这几种重金属可能有着相似的来源.消落带样品重金属污染程度评价结果为：Cd〉Hg〉Zn〉Pb〉Cu〉As〉Cr,岸边土样品重金属污染程度评价结果为：Hg〉Cd〉Zn〉As〉Pb〉Cu〉Cr,Cd和Hg在个别站位达到了严重污染水平.消落带土壤受人为扰动后会成为水体的二次污染源,因此,消落带土壤重金属对水体的潜在影响不容忽视.     

汞和两种农药复合污染对土壤转化酶活性的影响

通过模拟方法研究了豆磺隆,呋喃丹2种农药与重金属汞(Hg)单一及复合污染对草甸棕壤和黑土4个土壤转化酶活性的影响.结果显示,在试验浓度范围内,土壤添加豆磺隆和呋喃丹后,转化酶变化幅度分别为-12%～7%和-6%～7%,表明2种农药对土壤转化酶的毒性较小;Hg对转化酶最大抑制率为22%～35%,二者之间呈显著的对数负相关关系,表明Hg对转化酶的毒性较大,转化酶在一定程度上可作为Hg污染的监测指标,通过对数方程计算出4个土样的生态剂量(ED₅₀)分别为76.68,727.49,236.52,316.59mg/kg;Hg和2种农药之间普遍存在交互作用,豆磺隆与Hg复合污染引起土壤转化酶最大净变化量(△I)为对照的-12%～15%,呋喃丹和Hg为-25%～-6%,有机质对复合污染产生的毒性有明显的缓冲作用.     

典型重金属离子对厌氧氨氧化脱氮体系的影响研究进展

厌氧氨氧化工艺具有无须外加碳源、产泥量少和能耗低等优势,应用前景较为广阔.但厌氧氨氧化菌对环境条件敏感,阻碍了该工艺的推广应用.重金属离子是影响厌氧氨氧化工艺的重要环境影响因子,且不同种类、价态和浓度的重金属离子造成的影响存在较大差异.选取含氮废水中的4种典型重金属离子(Cu2+、Zn2+、Fe2+和Fe3+),综述了...     

单一重金属污染对水稻叶片光合特性的影响

以杂交稻协优818为材料，研究了Cu^2＋、Hg^2＋、Cd^2＋ 3种重金属离子对水稻叶片光合特性的影响。试验结果表明：（1）Cu^2＋在低浓度时BI起叶片叶绿素含量降低。而Hg^2＋、Cd^2＋在低浓度时。则导致叶绿素含量增加：高浓度时，3种重金属均BI起叶绿素含量降低。同时，低浓度时3种重金属离子均导致叶绿素a／b值升高：高浓度时则均引起叶绿素a／b值下降。（2）Cu^2＋、Hg^2＋、Cd^2＋对水稻叶片叶绿素的吸收光谱均无明显影响，在活体条件下并未发生卟啉环中Mg^2＋的置换。（3）Cu^2＋、Hg^2＋、Cd^2＋均引起叶片希尔反应活力降低，即重金属污染明显影响光合作用。     

电解法回收胶团强化超滤(MEUF)浓缩液中的Cd2+

胶团强化超滤是基于表面活性剂的双亲分子结构特性去除水中金属离子的新方法.重金属离子废水经胶团强化超滤处理后的浓缩液中含有高浓度的重金属离子,需进一步处理.采用电解法回收胶团强化超滤浓缩液中的Cd2+,考察了电极种类、电压、电解时间、pH、SDS与Cd2+浓度比等5个条件对电解效率的影响.研究发现,表面活性剂对电解有一定的阻化作用.实验得到最佳条件为:不锈钢(阳极)-石墨(阴极),U为2.8 V,电解时间为100 min,pH为4,[SDS]/[Cd2+]=5([SDS]=8.5 mmol/L恒定).在此条件下,浓缩液中的Cd2+的回收率达到了50.26%.     

电炉钢渣对水中Cu2+、Cd2+和Pb2+的去除作用

以宝钢电炉钢渣为研究对象,考察了钢渣对溶液中重金属离子Cu2+、Cd2+、Pb2+的吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学特征,借助多种分析手段(XRD、BET比表面分析、SEM/EDS等)对钢渣进行了理化性能测试和表征.结果表明,电炉钢渣对重金属离子的吸附速率较快,吸附速率顺序为Cd2+>Pb2+>Cu2+,吸附过程符合一级动力学模型(R2>0.99).吸附等温实验结果表明,Langmuir模型较为适合重金属离子在钢渣上的吸附,实验条件下对Cu2+、Cd2+、Pb2+离子的最大吸附容量分别为0.101、0.058、0.120 mmol.g-1.3种重金属离子在钢渣上的吸附是一个吸热(ΔH0<0)、熵值增大(ΔS0>0)的自发反应过程(ΔG0<0),熵效应是吸附反应自发进行的主要驱动力.SEM/EDS分析结果揭示了吸附前后钢渣表面形貌和化学成分的变化.电炉钢渣以其低价、高效性在重金属废水处理中具有广阔的应用前景.     

Cr6+和Cr3+对两种海洋生物的毒性敏感性比较

研究了两种不同价态的重金属铬对小球藻和发光细菌的毒性作用,比较了Cr6+和Cr3+的毒性大小及对两种海洋生物的敏感性。分别使用标准方法检测了Cr6+和Cr3+对小球藻和发光细菌的急性毒性效应。结果表明,Cr3+对小球藻的毒性在短期内比Cr6+大,但最终转变为Cr6+的毒性大于Cr3+,说明Cr6+较Cr3+稳定。Cr6+对发光细菌的毒性大于Cr3+,且Cr3+的其它典型抑制效应值之间的变化大于Cr6+的变化,说明发光细菌指示Cr3+较Cr6+敏感。Cr6+和Cr3+对发光细菌的毒性效应拟合效果较小球藻好,并且发光细菌测定周期短,因此可认为发光细菌更适合作为监测重金属铬的生物标志物。     

珠江广州河段沉积物重金属潜在生物毒性风险

在珠江广州河段柱状沉积物重金属含量监测结果的基础上,对沉积物中重金属含量的垂向分布特征进行了分析,并运用SQGs法对沉积物重金属潜在生物毒性风险进行了评价。监测结果表明:在城区中心区上游河段,表层沉积物中重金属的含量比深层沉积物高;在城区中心区河段,大部分柱状沉积物中的重金属未表现出明显的变化规律;而在中心区下游河段,表现出表层沉积物中重金属含量比深层低的特点。沉积物中各种重金属元素之间均呈现较明显的正相关关系,表明在沉积物中这些重金属元素的含量具有共同变化的趋势。SQGs法的评价结果表明,Cu和Zn的潜在生物毒性较大,Pb和Cr的潜在生物毒性较小。从重金属毒性单位总和(∑TUs)的沿程分布可以看出,生物毒性风险由中心区上游到中心区下游整体上表现出"低-高-低"的分布特征。     

重金属离子快速检测技术研究与应用进展

在突发环境污染事件和区域生态风险筛查中迫切需要环境样品中重金属离子的快速检测技术手段。环境样品中重金属离子的快速检测技术有电化学方法和生物学方法。电化学检测方法主要是阳极溶出伏安法(AnodicStripping Voltammetry,ASV),可以同时检测多种重金属离子,有标准化认证的产品,但是检测成本相对较高。随着纳米粒子技术(Nanoparticles,NPs)和石英微天平分析技术(Quartz Crystal Microbalance,QCM)的引入,ASV法的检测成本将不断降低;生物检测方法包括免疫检测(Immunoassay,IA)和功能DNA(Functional DNA)检测技术。重金属离子的免疫检测技术样品通量大,检测成本低,已经广泛用于食品行业,其中汞离子的免疫检测方法已经成为环境样品标准检测方法之一。免疫检测传感器技术将拓展重金属离子的快速检测的应用空间。功能DNA传感器检测的研究为重金属离子的快速检测提供了新的技术手段,但是这些仅限于实验室研究,还没有达到实际应用的水平。     

重金属胁迫对三角褐指藻生长及叶绿素荧光特性的影响

利用调制式叶绿素荧光仪研究了不同浓度的重金属Cu2+、Zn2+、Cd2+胁迫不同时间(24、48、72和96 h)后,三角褐指藻叶绿素荧光特性的变化情况.测定的主要参数有:光系统II(PSII)的最大光能转化效率(Fv/Fm)、PSII的潜在活性(Fv/Fo)、PSII的实际光能转化效率(Yield=ΦPSII)、相对光合电子传递效率(rETR)、光化学淬灭(qP)和非光化学淬灭(NPQ).研究结果表明,重金属(Cu2+、Zn2+、Cd2+)胁迫下三角褐指藻的叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、Yield、rETR和qP均明显降低,并且随着重金属离子浓度的增加,胁迫时间的延长,下降幅度逐步增大;NPQ先上升后下降或者逐渐上升;细胞密度和叶绿素含量也显著降低.对3种重金属离子的半抑制浓度(EC50)的计算结果表明,3种重金属毒性大小顺序为Cd2+> Cu2+> Zn2+.     

Single and joint stress of acetochlor and Pb on three agricultural crops in northeast China

In order to evaluate ecological risk of agrochemicals in agricultural environment, single and joint toxic effects of an important herbicide and a typical heavy metal on root elongation of crops were investigated. Seeds of the three crops including wheat （Triticum aestivum）, Chinese cabbage （Brassica pekimensis） and soybean （Glycine max） as the main crops in northeast China were exposed to acetochior as a herbicide and lead （Pb） as a heavy metal using the pot-culture method, and meadow brown soil as one of the main soils distributed in northeast China was applied in the investigation. The results indicated that the interactive effects of the two pollutants on root elongation of the three crops were very complicated although they had markedly significant （P〈0.01） linear interrelationships based on the regression analyses. When the concentration of added Pb^2＋ reached 200 mg/kg, acetochlor and Pb had an antagonistic effect on the inhibition of root elongation of the three crops. However, acetochlor and Pb had significantly （P〈0.05） synergic effects on the inhibition of root elongation when concentration of added Pb^2＋ was up to 1000 mg/kg. At the low concentration of added Pb, joint toxicity of acetochlor and Pb was more dependent on the concentration of Pb. Among the three crops, wheat was the most sensitive to the toxicity of Pb and Chinese cabbage was the most sensitive to the toxicity of acetochlor.