苯并(α)芘与砷在蜈蚣草中的赋存转运规律及其交互作用

蜈蚣草能够超累积土壤中的砷,对土壤环境中的多环芳烃也具有较好的耐受能力,是修复砷和多环芳烃复合污染的理想修复手段之一.为探究在苯并（a）芘和砷（As）单独污染和复合污染条件下的蜈蚣草对两种污染物的吸收转运,通过水培模拟实验揭示蜈蚣草体内砷与苯并（a）芘的交互作用,同时采用双光子激光共聚焦扫描显微技术检测观察苯并（a）芘在蜈蚣草中的赋存和分布.结果表明,添加苯并（a）芘使得蜈蚣草各部分总砷含量均下降.其中,叶、茎、根分别下降149.4、78.59、47.05 mg·kg^-1（以DW计）（p<0.05）,叶部下降幅度最大,达到47.3%,根部及茎部含量分别下降了40.9%和38.2%（p<0.05）.同时苯并（a）芘的添加也改变了砷在蜈蚣草体内的赋存形态,根部与叶部三价砷的比例分别下降了3.87%、4.20%（p<0.05）,而茎部两种砷形态比例无显著变化.砷的添加促进了蜈蚣草各部分对苯并（a）芘的积累,每株根部、茎部和叶部的累积量分别增加了4680、109.26和226.61 ng（p<0.05）,说明苯并（a）芘和砷在蜈蚣草植株中交互作用显著,砷的添加不会改变苯并（a）芘的赋存位点,但会增强蜈蚣草对于苯并（a）芘吸收,而苯并（a）芘的添加则会抑制砷的吸收,苯并（a）芘首先由蜈蚣草根部表皮细胞吸收,通过茎部的U型维管束及茎部外缘细胞转运到叶部,赋存于叶部的表皮细胞、叶脉组织及气孔细胞当中.     

砷超富集植物蜈蚣草中磷和钙的亚细胞分布及其与耐砷毒的关系

为了在研究砷超富集植物蜈蚣草中磷和钙的亚细胞分布,并探讨其与蜈蚣草耐砷毒的关系进行了试验研究.结果表明,蜈蚣草吸收的磷主要分布在胞质组分中(平均占各部位总磷含量的44%以上),吸收的钙主要分布在细胞壁组分中(平均占各部位总钙含量的48%以上).与低钙(0.03和2.5 mmol·L-1)处理相比,高钙(5.0 mmol·L-1)处理时,根部的胞质组分和叶柄的细胞器组分中磷含量较高.各器官的亚细胞组分中钙含量随着介质中添加钙浓度的提高而增加.介质钙浓度过高会抑制蜈蚣草的生长.在加砷处理下,根部和叶柄细胞壁组分的磷含量有所减少,但地上部细胞器组分的磷含量及其含磷总量占植株含磷总量的相对比例、根部细胞壁组分的钙含量增加.蜈蚣草自主调节磷和钙的亚细胞水平分布可能是其耐砷毒的机制之一.     

砷-菲对蜈蚣草根部不同碳基团的影响

采用离体鲜根实验和固态13C核磁共振技术(13C-NMR)研究蜈蚣草根部对砷和菲的吸收特征及根部碳基团的影响作用.结果表明,蜈蚣草根部在无蒸腾作用的条件下能够有效地吸收砷和菲,添加菲能够促进离体鲜根对砷的吸收,添加砷也可提高菲的吸收,与对照相比,菲提高了15%~53%.蜈蚣草离体鲜根中以烷氧基C为主,羧基C比例最低,且主要为羧酸、酯和酰胺类羧基C,添加砷和菲会显著增加蜈蚣草离体鲜根中羧基C的比例.蜈蚣草离体鲜根为应对砷和菲的胁迫形成了分子结构更为稳定和复杂的芳香类有机质,从而提高离体鲜根的抗性和适应性.     

重金属砷的前期处理实验

砷是一种有毒元素,自然界较常见的砷为三价或五价,三价砷有强毒性,五价砷毒性较弱.先进行前期处理将三价砷氧化为五价,以备下一步砷的去除.为此,试验用纯氧、双氧水使用2种氧化剂,将三价砷氧化成五价并比较不同温度、酸碱环境、氧化剂浓度、是否添加催化剂铜等参数.发现碱性环境较酸性环境有利砷的氧化,双氧水氧化效果比纯氧好,可能是它的反应活化能远小于纯氧的缘故.     

砷钼蓝法测定三价砷和五价砷

含砷污水的砷含量中存在三价砷和五价砷两种形态,如不加区分,将影响污水处理的效果.本文在砷钼蓝法基础上提出一种简单易行的分析方法,可以有效地分别测定三价砷和五价砷含量,便于在处理含砷污水时据以采取适当措施以提高效果.文中并附有应用实例.     

微生物强化蜈蚣草累积土壤砷能力的研究

研究了外源添加微生物对蜈蚣草吸收砷能力及其根系参数的影响.通过室内盆栽试验研究表明,施放线菌PSQ、shf2和细菌Ts37、C13处理能明显促进植物生长.其中,shf2处理效果最显著,其生物量、根系活力和根系体积分别达11.5 g/po、t2.01μg/(g.h)、38.3 mL.施菌处理蜈蚣草植株砷含量均高于对照(CK)处理,其中Ts37处理地上部砷含量达最高837mg/kg,比同期CK处理高出206%;shf2处理地下部砷含量最高,达427 mg/kg,比同期CK处理高出88%.施用shf2菌的蜈蚣草砷积累总量最高,达5 804μg/pot,比同期CK处理高出136%.4种微生物处理在45 d内植物修复效率为8.9%~11.3%.施用微生物可有效提高蜈蚣草累积砷的能力,且以放线菌shf2效果最好.     

磷肥对砷污染土壤的植物修复效率的影响:田间实例研究

通过田间试验研究施用磷肥对砷超富集植物蜈蚣草(PterisvittataL.)生长和砷污染土壤修复效率的影响.结果表明,适量施用磷肥促进蜈蚣草的生长,显著提高其生物量,但过量施用磷肥对植物产量无贡献.随着磷肥施用量的增加,蜈蚣草地上部砷含量呈先增加后减少的趋势,理论上在施磷量为340kg·hm-2时,砷含量可达最高(1622mg·kg-1).磷的含量与施磷量呈极显著的正相关关系.施磷量为200kg·hm-2的砷累积量最高,是不施磷处理砷累积量的2 4倍及600kg·hm-2施磷量砷累积量的1 2倍.种植蜈蚣草7个月后,土壤总砷均有不同程度的下降,施磷量为200kg·hm-2的土壤中砷含量下降5 0mg·kg-1,土壤修复效率最高(7 84%).对照和600kg·hm-2施磷量处理的土壤修复效率分别为2 31%和6 63%.理论上达到最大土壤修复效率所需施磷量为369kg·hm-2.施用磷肥可以维持土壤有效态砷含量在蜈蚣草种植前后变化不大,保证蜈蚣草下个生育期对砷的吸收.这些结果说明施用磷肥是蜈蚣草等砷超富集植物在现场修复中的必要手段,优化施磷技术可大大提高砷污染土壤的修复效率.     

植物超富集砷机制研究的最新进展

砷污染是全球环境热点问题之一,土壤砷污染治理是一个急需解决的难题.随着不同砷超富集植物的发现,植物修复技术因其投资和维护成本低、不易造成二次污染等优点而成为国际学术界研究的热点和前沿领域.深入理解超富集植物体内砷代谢和富集机制是有效利用植物修复技术来治理砷污染土壤的关键.近年来,植物超富集砷机制的研究取得了很大进展.已有的研究结果证明,蜈蚣草(P.vittata)对砷的吸收和转运能力显著高于非超富集植物,转运到地上部的砷主要储存在羽叶细胞的液胞中;蜈蚣草具有很强的抗氧化胁迫能力和五价砷(As(Ⅴ))还原能力;菌根共生有利于蜈蚣草的生长和砷的富集.有关植物超富集砷机制的分子生物学研究也取得了可喜的进展.砷酸盐还原酶基因(PvACR2)和植络素合成酶基因(PvPCS1)都被克隆并表征,cTPI同源基因(PV4-8)也被证明具有将As(Ⅴ)还原成三价砷(As(Ⅲ))的功能.尽管植物超富集砷机制的研究取得了迅速进展,但至今学术界仍没有全面理解为什么这些蕨类植物具有超富集砷的功能,相关功能基因、酶和转运蛋白的研究有待进一步深入.     

不同形态的砷水生生物基准探讨及在辽河流域的初步应用

有毒元素砷在我国各流域分布广泛,主要包括三价和五价两种价态,其毒性差别很大,目前我国缺乏本土的砷水质基准研究,而国外的砷水质基准多以总砷表示,科学性有待商榷.因此,本文分别搜集了三价砷、五价砷和总砷对我国本土水生生物的毒性数据,共获得三价砷12属12种,五价砷18种23属,以及总砷25属29种的合格数据.利用美国环保局推荐的物种敏感度排序法,通过数据分析得出,三价砷的急性和慢性基准阈值分别为84.26μg·L-1和56.55μg·L-1,五价砷的急性和慢性基准阈值分别为1171μg·L-1和633.3μg·L-1,总砷的急性和慢性基准阈值分别为264.4μg·L-1和150.7μg·L-1;总砷的基准阈值与美国现行砷基准值相当,而五价砷基准阈值与三价砷基准阈值体现出数量级的差异,因此,需要分价态考虑砷基准的制定.基于推算的砷基准阈值,用商值法评价了辽河流域枯水期总砷暴露的生态风险.检测结果表明,辽河的总砷暴露浓度范围在2.6~82.4μg·L-1之间,全部位点均无风险,但西辽河段上游支流两点位的砷浓度分别超出三价砷慢性基准阈值的1.20和1.45倍,表明可能存在潜在的砷暴露风险.     

纳米级二氧化锰材料阻控土壤砷向水稻迁移的研究

为了探究纳米级二氧化锰材料阻控土壤中砷向水稻迁移的影响,通过盆栽种植水稻,向砷污染土壤中分别添加0%(CK)、0.2%、0.5%、1.0%和2.0%的纳米级二氧化锰材料,分析土壤溶液p H值、砷和锰的含量变化,及水稻中砷和锰的含量变化.结果表明:添加不同浓度的纳米级二氧化锰材料,土壤溶液pH值没有显著变化,土壤溶液中砷、锰的浓度随着水稻生长的时间增加而降低;不同时期水稻中砷和锰的分布规律是根部茎部叶部糙米,水稻植株中锰和砷的含量呈显著负相关(p0.05);不同浓度的纳米级二氧化锰材料能有效控制水稻糙米中总砷含量,其中1.0%添加量的阻控效果最好,使糙米中总砷含量降低了65.4%,其无机砷含量低于《食品中污染物限量(GB2762—2012)》中砷限量.     

扑草净降解菌的分离、筛选与鉴定及降解特性初步研究

从安徽农药厂废水处理系统的活性污泥中筛选扑草净(prometryne)降解菌.通过富集驯化和选择性培养筛选纯化细菌,分离到2株细菌,分别命名为P-1、P-2.根据表型特征、生理生化特性和16S rDNA序列同源性分析:P-1为G-,鉴定为苍白杆菌属(Ochrobactrum);P-2为G+,鉴定为芽胞杆菌属(Bacillus).GenBank登录号分别为HM004554和HM004555.通过12 d液体降解实验,菌株P-1、P-2对40 mg.L-1扑草净降解率分别达到46.5%和65.4%.该研究为扑草净的生物降解与污染土壤的生物修复提供了依据.     

Uptake of radioiodide by Paenibacillus sp., Pseudomonas sp., Burkholderia sp. and Rhodococcus sp. isolated from a boreal nutrient-poor bog

Radionuclides, like radioiodine(~(129)I), may escape deep geological nuclear waste repositories and migrate to the surface ecosystems. In surface ecosystems, microorganisms can affect their movement. Iodide uptake of six bacterial strains belonging to the genera Paenibacillus,Pseudomonas, Burkholderia and Rhodococcus isolated from an acidic boreal nutrient-poor bog was tested. The tests were run in four different growth media at three temperatures. All bacterial strains removed iodide from the solution with the highest efficiency shown by one of the Paenibacillus strains with 99% of iodide removed from the solution in one of the used growth media. Pseudomonas, Rhodococcus and one of the two Paenibacillus strains showed highest iodide uptake in 1% yeast extract with maximum values for the distribution coefficient(K_d) ranging from 90 to 270 L/kg DW. The Burkholderia strain showed highest uptake in 1% Tryptone(maximum K_d170 L/kg DW). The Paenibacillus strain V0-1-LW showed exceptionally high uptake in 0.5% peptone + 0.25% yeast extract broth(maximum K_d 1,000,000 L/kg DW). Addition of 0.1% glucose to the 0.5% peptone + 0.25% yeast extract broth reduced iodide uptake at 4℃ and 20℃ and enhanced iodide uptake at 37℃ compared to the uptake without glucose. This indicates that the uptake of glucose and iodide may be competing processes in these bacteria. We estimated that in in situ conditions of the bog,the bacterial uptake of iodide accounts for approximately 0.1%–0.3% of the total sorption of iodide in the surface, subsurface peat, gyttja and clay layers.     

凤眼莲化感物质对铜绿微囊藻、斜生栅藻生长及细胞数相对比例的影响

为探索化感物质在蓝藻水华治理方面的应用潜力,选取在凤眼莲根系分泌物中发现的5种化感物质（亚油酸、亚油酸甘油酯、丙酰胺、N-苯基—2-萘胺和壬酸）,研究了3种剂量下（0.1、1.0、10.0mg.L-1）其对单一、混合培养铜绿微囊藻和斜生栅藻生长的影响.结果发现,化感物质成分、剂量和藻类培养方式对铜绿微囊藻和斜生栅藻生长...     

美洲商陆和籽粒苋对接种伯克氏菌的生理生化响应及其对富集铯的影响

利用盆栽试验研究一株具有重金属耐性的伯克霍尔德氏菌(Burkholderia sp.D54)对美洲商陆和籽粒苋生长及对铯富集的影响.结果表明,接种菌株D54,美洲商陆和籽粒苋总干物重分别比对照处理增加19.8%～33.4%和22.9%～76.6%,美洲商陆和籽粒苋地上部铯含量分别增加4.9%～22.4%和8.1%～19.4%,根中铯含量分别增加6.8%～15.7%和1.1%～10.8%.同时,接种微生物还增加了植物对钾的吸收,提高供试植物的光合反应速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用率,增加铯胁迫条件下植物的抗氧化酶CAT、POD、SOD的活性,降低了MDA的含量.     

双酚A对大豆、玉米和水稻叶绿素荧光反应的影响

双酚A(BPA)普遍应用在工业制成品中,因需求量递增而产生的环境安全问题引发各方关注.与BPA对植物生长影响的研究工作相比,BPA影响植物生长的机理的研究甚少.光合作用是植物生产的重要生理过程,可通过叶绿素荧光测定技术探测和分析.基于此,本文利用叶绿素荧光测定技术,研究了BPA对大豆、玉米和水稻幼苗叶绿素荧光反应的影响.结果表明,3.0 mg·L-1BPA可降低大豆和玉米初始荧光F0,增加原初光能转化效率F v/F m、实际光能转化效率ΦPSⅡ、电子传递速率ETR、光化学猝灭系数qP和非光化学猝灭系数qN,对水稻各荧光参数无影响,即3.0 mg·L-1BPA可改善大豆和玉米光合PSⅡ系统,增强光能吸收,提高光合电子传递和光能转化效率;6.0 mg·L-1BPA可增加大豆和水稻的ΦPSⅡ、ETR和qP,降低F0,除增加qN外不影响玉米的其它荧光参数,表明6.0 mg·L-1BPA能改善大豆和水稻光合PSⅡ系统,提高光能转化和电子传递效率;除10 mg·L-1BPA对水稻各荧光参数无显著影响及17.2 mg·L-1BPA增加玉米和水稻的qN外,10 mg·L-1和17.2mg·L-1BPA可增加3种作物F0,抑制其它各荧光参数,即高剂量BPA引起作物光抑制,PSⅡ中心受损,光能转化和电子传递效率降低.此外,对比3种作物荧光参数变幅可知,BPA对大豆各荧光参数的影响玉米水稻.总之,BPA对3种作物叶绿素荧光反应的影响在方式和效果上存在差异.     

三种大型海藻对对氯苯胺的去除行为及光合生理响应

以龙须菜、坛紫菜和石莼3种大型海藻为实验材料,通过模拟实验,研究并比较了它们对不同浓度对氯苯胺(PCA)的去除行为,以及石莼对PCA的光合生理响应.实验结果显示,7d实验结束时,3种藻类对海水中PCA的最终去除率排序分别为:6mg·L-1PCA处理组,龙须菜(58.7%)<坛紫菜(75.7%)<石莼(94.9%);60mg·L-1PCA处理组,龙须菜(50.2%)<石莼(61.3%)<坛紫菜(74.9%);海藻的培植密度越大,PCA的去除率越高,在受PCA污染的海域中大面积种植大型海藻来有效地处理修复此类污染在理论上是可行的.在不同浓度PCA处理过程中,石莼的生长受到抑制,有效光化学效率、光合作用和呼吸作用呈现出低浓度(<5mg·L-1)促进、高浓度(>10mg·L-1)抑制的现象.叶绿素、类胡萝卜素和可溶性蛋白含量在各处理组之间没有表现出确定趋势,表明PCA对石莼生长的影响可能是由于呼吸速率的增加而引起的.     

海洋细菌Marinobacter adhaerens HY-3分离鉴定及对中肋骨条藻的化感作用

菌藻化感作用是一种极其复杂的生理、生态学现象.从虾蟹混养池分离得到1株海洋细菌,经16S rRNA序列比对确定为Marinobacter adhaerens HY-3,选择我国常见赤潮优势种中肋骨条藻(Skeletonema costatum)作为对象,研究海洋细菌与其种间化感效应,利用共培养和添加细菌胞外代谢物,以S.costatum生长量及叶绿素a含量为参数,研究细菌对S.costatum生长及光合作用的影响.结果表明,菌液浓度104以上对S.costatum生长产生抑制,培养至第10 d,104、106、108组藻生长量分别是对照组的70%、23%、22%;叶绿素合成量是对照组88%、62%、60%;抑制效应随菌浓度的增加有逐渐增加的趋势.添加细菌胞外代谢物,对S.costatum生长无影响;因此,M.adhaerens HY-3对S.costatum存在一定的化感作用,对其生长及光合作用均产生较大的影响;S.costatum与M.adhaerens HY-3的种间相互作用,是由菌藻细胞的直接接触进行,代谢物不存在化感作用因子.     

Bioreduction of vanadium (V) in groundwater by autohydrogentrophic bacteria: Mechanisms and microorganisms

As one of the transition metals, vanadium(V)(V(V)) in trace amounts represents an essential element for normal cell growth, but becomes toxic when its concentration is above 1 mg/L. V(V) can alter cellular differentiation, gene expression, and other biochemical and metabolic phenomena. A feasible method to detoxify V(V) is to reduce it to V(IV), which precipitates and can be readily removed from the water. The bioreduction of V(V) in a contaminated groundwater was investigated using autohydrogentrophic bacteria and hydrogen gas as the electron donor. Compared with the previous organic donors,H2 shows the advantages as an ideal electron donor, including nontoxicity and less production of excess biomass. V(V) was 95.5% removed by biochemical reduction when autohydrogentrophic bacteria and hydrogen were both present, and the reduced V(IV)precipitated, leading to total-V removal. Reduction kinetics could be described by a first-order model and were sensitive to p H and temperature, with the optimum ranges of p H 7.5–8.0 and 35–40°C, respectively. Phylogenetic analysis by clone library showed that the dominant species in the experiments with V(V) bioreduction belonged to theβ-Proteobacteria. Previously known V(V)-reducing species were absent, suggesting that V(V)reduction was carried out by novel species. Their selective enrichment during V(V)bioreduction suggests that Rhodocyclus, a denitrifying bacterium, and Clostridium, a fermenter known to carry out metal reduction, were responsible for V(V) bioreduction.     

Bioreduction of vanadium (V) in groundwater by autohydrogentrophic bacteria: Mechanisms and microorganisms

As one of the transition metals, vanadium (V) (V(V)) in trace amounts represents an essential element for normal cell growth, but becomes toxic when its concentration is above 1 mg/L. V(V) can alter cellular differentiation, gene expression, and other biochemical and metabolic phenomena. A feasible method to detoxify V(V) is to reduce it to V(IV), which precipitates and can be readily removed from the water. The bioreduction of V(V) in a contaminated groundwater was investigated using autohydrogentrophic bacteria and hydrogen gas as the electron donor. Compared with the previous organic donors, H₂ shows the advantages as an ideal electron donor, including nontoxicity and less production of excess biomass. V(V) was 95.5% removed by biochemical reduction when autohydrogentrophic bacteria and hydrogen were both present, and the reduced V(IV) precipitated, leading to total-V removal. Reduction kinetics could be described by a first-order model and were sensitive to pH and temperature, with the optimum ranges of pH 7.5–8.0 and 35–40°C, respectively. Phylogenetic analysis by clone library showed that the dominant species in the experiments with V(V) bioreduction belonged to the β-Proteobacteria. Previously known V(V)-reducing species were absent, suggesting that V(V) reduction was carried out by novel species. Their selective enrichment during V(V) bioreduction suggests that Rhodocyclus, a denitrifying bacterium, and Clostridium, a fermenter known to carry out metal reduction, were responsible for V(V) bioreduction.