环境中汞微生物转化研究进展

汞(Hg)污染是全球最为关注的环境问题之一.Hg的不同形态之间毒性差异大,其以有机形态存在的甲基汞(MeHg)具有强神经毒性,且能在生物体内富集,具有很强的健康与生态风险.环境中不同形态的Hg可以在生物与非生物作用下进行转化,特别是微生物在一定条件下驱动着Hg的甲基化、去甲基化、还原与氧化,从而影响Hg的移动性和生物有效性.因此,理解微生物参与Hg转化的特征与机制对人体健康和生态环境都有着重要的意义.已有不少研究报道了Hg的微生物转化过程,但缺乏一个系统的总结与归纳.本文综述了关于Hg微生物甲基化、去甲基化、还原和氧化的最新研究进展,重点讨论Hg甲基化微生物类群,分析了微生物对Hg的甲基化和还原机制,以及影响Hg甲基化过程的主要环境因子,并提出未来关于Hg微生物转化的研究方向与重点.     

汞和砷单一及联合暴露对日本沼虾的氧化应激效应

为深入探讨汞(Hg)和砷(As)对水生生物的慢性毒性效应,以日本沼虾(Macrobrachium nipponense)为受试生物,以超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、金属硫蛋白(MT)和丙二醛(MDA)为测试分子标志物,研究上覆水中不同浓度Hg和As单一及联合暴露对日本沼虾肝胰腺的氧化损伤及联合作用机制。结果表明:Hg和As单一及联合暴露对4种分子标志物均可产生不同程度的抑制或激活效应。其中,SOD活性均受到抑制,且高浓度As(1000μg·L-1)暴露10 d的抑制率最大,高达59.13%;而CAT活性整体被激活,Hg单独暴露下的激活效应要高于As,且在联合暴露组中随着暴露时间的增加呈现出显著的剂量效应关系(P0.05);MT和MDA含量在Hg和As的暴露下均显著增加(P0.05)。其中MT对Hg的螯合能力大于As,As单独暴露3 d后MDA变化较小,但10 d后其含量显著增加(P0.05)。析因方差分析发现,Hg-As对机体的联合作用机制主要表现为协同作用。综合生物标志物响应指数(IBR)评价证实,联合毒性要高于单独毒性,Hg与As在高浓度下联合暴露10 d的IBR值最大,毒性最强,高浓度As单独暴露处理组的毒性次之;同时,机体自身随暴露时间延长对Hg也表现出一定的解毒功能。     

小清河口及邻近海域表层沉积物重金属污染及生态风险特征

本文基于6个航次的生态调查,研究了莱州湾小清河口及邻近海域表层沉积物5种重金属的含量分布及生态风险特征.结果表明,沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd和Hg的平均含量分别为17.95、22.08、63.99、0.15、0.08 mg·kg~(-1),均小于国家海洋沉积物质量一类标准.其中Hg的含量高于渤海典型河口,甚至大部分海湾表层沉积物Hg含量.重金属Cu和Pb含量随时间整体呈先升高后降低趋势,区域间差异不显著;重金属Zn、Cd和Hg含量在2010年后呈下降趋势,且河口区域含量明显高于近海区域(P0.05).地累积指数(Igeo)评价结果表明,沉积物重金属污染累积程度依次为:HgPbZnCdCu,整体污染较轻,重金属Hg在河道和河口区域污染累积程度较高.沉积物质量基准(SQGs)评价结果表明,重金属Pb和Cd基本不产生生物不利效应,Cu、Zn和Hg偶尔产生生物不利效应.平均沉积物质量基准商(m-ERM-Q)评价结果显示,总体上研究区沉积物重金属产生潜在生态毒性的可能性较低,河道与河口区域产生重金属生态毒性可能性为21%,其中Hg对重金属复合污染风险贡献较大,生态污染隐患较重.     

洞庭湖表层沉积物重金属污染状况评估

基于2010—2015年连续对洞庭湖3个主要湖区10个采样点的表层沉积物中Cd、Hg、As、Cu、Pb和Cr等重金属含量分析,对洞庭湖湖区表层沉积物中重金属的时空分布特征进行了探讨,并采用地积累指数法、潜在生态风险指数法和对数衰减模型评价洞庭湖沉积物重金属的污染状况.结果表明,洞庭湖沉积物中重金属平均含量大小顺序为CrPbCuAsCdHg,Cd、Cr和Pb的含量年际变化变幅较大,Hg、Cu和As则较小.地积累指数值(I_(geo))和单因子生态风险值(E_i~r)表明Cd和Hg是洞庭湖沉积物重金属主要污染物;从产生可以观察到毒性效果的最大可能性(P_(max))来看,Cd是洞庭湖沉积物重金属首要潜在水生生物风险毒性因子.综合地累积指数值(I_(tot))、总潜在生态风险值(RI)和预测的水生生物毒性比率(Y)的评价结果表明,在2010—2015年期间全湖重金属呈重度污染,面临重度潜在生态风险并可能具有产生水生生物毒性的风险,其各子湖区重金属的污染程度、潜在生态风险水平及潜在水生生物毒性水平排序为南洞庭湖东洞庭湖西洞庭湖;从随时间的变化趋势来看,在2014—2015年期间全湖及其东洞庭湖和南洞庭湖两个湖区的重金属污染程度、潜在生态风险水平及潜在水生生物毒性水平都要比2010—2013年降低,西洞庭湖区的重金属潜在生态风险水平及潜在水生生物毒性水平没有变化.     

日本关于制浆造纸厂排水的生物影响研究现状

日本自１９９４年以来的近６年中，对全国近２０个制浆造纸厂排水进行了生物影响实验研究，研究内容主要是排水对生物急性毒性实验、亚急性毒性实验、慢性毒性实验与二恶英分析、采用食物链上不同等级的三类水生生物与发光菌等为实验生物、毒性指标主要有ＬＣ５０、ＩＣ２０、ＩＣ５０、ＥＣ１０、ＥＣ３０、ＬＯＥＣ、ＮＯＥＣ等，排水的ＣＯＤ／ＢＯＤ比值也与生物毒性具相关性。     

6种重金属对3种海水养殖生物的急性毒性效应

以主要海水养殖动物菲律宾蛤仔、刺参、褐牙鲆为研究对象,采用静水毒性法评价了重金属对海洋生物的毒性效应,分别将受试动物暴露于不同浓度梯度的重金属Cd、Cr、Cu、Zn、Hg及As单种试液中,概率单位法求得半致死质量浓度。结果表明,同一种重金属对3种不同养殖生物的毒性存在明显差异(P0.05),Hg对菲律宾蛤仔、刺参及褐牙鲆3种养殖生物的96 hLC50分别为0.134 mg·L~(-1)、0.0246 mg·L~(-1)及0.238 mg·L~(-1);Cu为0.323 mg·L~(-1)、0.0499 mg·L~(-1)及0.975 mg·L~(-1);As为2.464 mg·L~(-1)、0.301 mg·L~(-1)及8.345 mg·L~(-1);Cd为2.843 mg·L~(-1)、1.111 mg·L~(-1)及6.787 mg·L~(-1);Zn为30.246 mg·L~(-1)、0.449 mg·L~(-1)及17.114 mg·L~(-1);Cr为32.591 mg·L~(-1)、2.205 mg·L~(-1)及95.137 mg·L~(-1)。6种重金属对菲律宾蛤仔毒性强弱:HgCuAsCdZnCr;对刺参毒性:HgCuAsZnCdCr;对褐牙鲆毒性:HgCuCdAsZnCr。综合结果表明:Hg、Cu毒性最强,Cd、As及Zn次之,Cr毒性最弱。研究结果可为海水增养殖区重金属风险评价提供理论依据。     

土壤汞生物可给性的影响因素研究——基于体外模拟(in vitro)法

选取22种典型土壤,应用2种in vitro(模拟体外试验)方法——SBET法(simple bioaccessibility extraction test,生物有效性简化提取法)和PBET法(physiologically-based extraction test,生物原理提取法),定量阐明土壤性质对Hg生物可给性的影响.结果表明,SBET法中Hg的生物可给性为2.91%—35.65%,平均值为13.26%;PBET法中Hg的生物可给性为1.33%—8.69%,平均值为3.93%.所有土壤均表现为SBET法中Hg的生物可给性显著高于PBET法.pH及有机质含量是SBET法和PBET法中决定Hg生物可给性的关键影响因子,分别可以解释67.8%和81.8%的Hg生物可给性的变化;但两种方法中二者的影响程度不同:SBET法中,土壤有机质含量的影响更大,PBET法中,则是pH的影响更大.研究结果表明,污染土壤中Hg的生物可给性可以根据土壤中Hg总量、pH和有机质含量进行预测.     

利用藻红外测试技术研究多种重金属溶液对滇池铜绿微囊藻的毒性作用

为考察多种重金属同时存在的混合溶液对藻类的生物毒性,选择Cr(Ⅲ)、Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)5种重金属,以按照国家饮用水卫生标准限值浓度配制的单一重金属溶液和多种重金属混合溶液为受试样品,并利用本实验室开发的藻红外测试技术,评价了低浓度下单一重金属溶液和多种重金属共存溶液对藻的生物毒性。实验结果显示:按照饮用水标准限值配制的5种单一重金属溶液均未观察到对藻有生物毒性,但在多种重金属共存的27个不同组合的混合溶液中,有73.1%的样品表现出明显的生物毒性;藻响应出现率与混合溶液中重金属的总浓度呈正相关关系(r=0.8942)。当多种重金属以二元至五元混合时,藻响应出现率分别为50%、80%、100%、100%,表明随着重金属组分的增加,混合溶液的毒性作用越来越显著。当不同混合溶液的重金属总浓度大于0.11 mg·L-1时,平均累积藻响应占比显著上升到93%,表明重金属混合溶液中藻的毒性与总浓度之间存在剂量响应关系。采用平均藻响应出现率分析,结果显示混合溶液中不同重金属的相对影响顺序为:Cr(Ⅲ)87.5%>Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)58.3%>Cd(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)54.3%,表明Cr(Ⅲ)表现出的藻毒性远高出其他重金属。现行的水质标准通常采用单一指标和限值,本研究结果表明采用单一指标不能有效规避多种污染物共存体系的环境风险。     

几种典型有害化学品对水生生物的急性毒性

采用水体中3个营养级别的水生生物（绿藻、水Sou和鱼）测试卤代酚类、硝基苯类、烷基苯类典型有毒有害化学品对水生生物的急性毒性，同时对上述物质对水生生物的安全性进行初步评估，并预测了上述物质对水生生物的环境安全浓度，研究结果表明，在3类12种有机污染物中，卤代酚类物质对水生生物的毒性最强，其中五氯苯酚对水生生物具有极高毒性。在3个营养级别的受试生物中，剑尾鱼对上述毒物具有较好的敏感性，结果稳定，重现性好，说明剑尾鱼是一种优良的水生毒性试验材料，图1表3参11。     

CellSense生物传感器毒性分析系统应用研究

介绍了一种基于大肠杆菌(Escherichia coli)的CellSense生物传感器毒性分析系统,对其毒性分析条件进行了初步优化,并探讨了其在重金属离子生物急性毒性分析中的应用性能.结果表明,以p-苯醌为电子传递介质时,基于大肠杆菌的CellSense生物传感器具有良好的毒性分析特性,测试得Hg2+、Cu2+、Zn2+和Ni2+四种金属离子的EC50分别为1.1、6.5、66.0和119.0μg·mL-1;呼吸基质的pH低于6.0和盐度(NaCl)高于3%(w/w)时,对E.coli的活性产生一定的抑制作用.     

乐安江水和沉积物样品的生物毒性评估

采用二种发光菌发光抑制、二种藻生长抑制、大型溲生和慢性毒性多种生物测试方法。对采集于１９９３年６月，１９９３年１２月和１９９４１０月的乐安江可水、沉积物和沉积物间隙不进行了多指标生物毒性测试，在河流４０，５０和１５９ｋｍ处观测到较强毒性，研究结果：毒性排放主要来自乐安江上游德兴铜矿、洎不河，以及乐安江下游接近鄱阳湖口和沉积物中重金属的释放。     

嘉陵江入江河段沉积物重金属污染状况评估

为了解三峡水库175 m蓄水前典型支流沉积物中重金属污染程度及其对水生生物的风险状况,在对嘉陵江入江断面10余年连续监测的基础上,利用地积累指数法对金属污染程度进行了评价,采用对数衰减模型对金属污染产生水生生物毒害的风险进行了评估,使用对数衰减模型进行毒性评估在国内尚属首次.评价结果表明,嘉陵江入江断面沉积物污染程度较轻,对水生生物风险较小,各污染物的污染程度大小排列次序为:Hg＞Zn＞Pb＞Cd＞As＞Cu;各污染物对嘉陵江水生生物构成风险的排列次序为:Hg＞Zn＞Pb＞As＞Cd＞Cu.     

石墨烯纳米材料对哺乳动物的毒性及其作用机制

石墨烯是一种应用广泛的新兴非金属纳米材料，具有独特的电学机械性能、超大的比表面积以及潜在的生物相容性，在材料、电子、能源、光学以及生物医学等领域得到广泛应用。与此同时，石墨烯的环境行为和生物毒性也随之引起日益广泛的关注。本文通过对石墨烯纳米材料的动物毒性、细胞毒性、毒性影响因素和毒性机制等相关研究进展进行总结。石墨烯纳米材料可通过气管滴注、吸入、静脉注射、腹腔注射以及口服等方式进入体内，通过机械屏障、血脑屏障和血液胎盘屏障等积累在肺、肝、脾等部位引起急性或者慢性损伤；目前有关石墨烯毒性机制的研究主要集中于线粒体损伤、DNA损伤、炎性反应、凋亡等终点及氧化应激参与的复杂信号通路，不同石墨烯纳米材料的浓度、尺寸、表面结构和官能团等对石墨烯的生物毒性影响不同。鉴于当前该领域研究的局限性，对石墨烯纳米材料生物毒性研究的发展方向进行了展望，进而为石墨烯材料的安全应用提供理论借鉴和实践参考。     

福建九龙江流域水稻土重金属污染评价及生态风险

为研究九龙江流域水稻土中重金属污染及生态风险,采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和原子荧光光谱法(AFS)分析测定了九龙江流域农田土壤中22种重金属的含量.运用地质累积指数法、潜在生态风险指数法和次生相与原生相分布比值法评价重金属污染特征及潜在生态风险.结果表明,九龙江流域水稻土中除Ni和Mo元素外,其余重金属的总平均含量均超过福建省土壤元素背景值.Cd、Pb、Mn、Hg和Cu的生物有效态含量较高,分别占总量的66.86%、59.20%、55.90%、53.73%和52.18%,说明这些元素较易迁移且对农作物具有较高潜在生物毒性.结合3种评价方法结果表明,九龙江流域水稻土已受到Cd的中度污染和Hg、Pb、Sr、As、Co、Zn、Cu、Mn、Se的轻度污染.水稻土中重金属存在较高的综合潜在生态风险,其中Cd为高潜在生态风险,Hg为较高潜在生态风险,两者对综合潜在生态风险的贡献率分别为57.0%和25.1%.Cd和Hg,应作为九龙江流域水稻土质量评价的重点关注对象.     

钝化剂对好氧高温堆肥处理猪粪重金属含量及形态的影响

采用连续提取法研究猪粪好氧堆肥处理中钝化剂对重金属含量及形态的影响.结果表明:堆肥处理后,猪粪中重金属Zn、Cu、Pb、Cr和As普遍升高,重金属Hg明显降低;堆肥处理能促进猪粪中重金属Zn、Cu、Pb、Cr、As和Hg的形态向活性低的方向转化,降低重金属的生物有效性.在3种重金属钝化剂处理中,沸石处理对降低猪粪中重金属Zn的生物有效性效果最好;海泡石处理对降低猪粪中重金属Cu和Cr的生物有效性效果最好;膨润土处理对降低猪粪中重金属Pb和Hg的生物有效性效果最好.因此沸石、海泡石和膨润土处理有利于降低猪粪施用中的重金属污染风险.     

Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)对海洋单细胞藻的急性毒性效应

近年来,海洋重金属污染日益严重,为考察重金属对海洋藻类的生物毒性效应,进而评估其对海洋生态环境的影响,本研究采用一次性培养的实验方法,测定了2种重金属Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)对8种海洋单细胞藻的急性毒性效应,包括赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo Hada)、旋链角毛藻(Chaetoceros curv...     

水生生物毒性测试用于沉积物评价的研究进展

针对沉积物污染问题的研究目前已建立了不同的评价方法与体系,目前常用的结合生物毒性测试的有效应导向分析(EDA)、沉积物毒性鉴别评价(TIE)、证据权重法（WOE）、物种敏感性分布法（SSD）和沉积物质量基准（SQG）等,这些方法在河流、湖泊等水体沉积物中污染物毒性效应表征及沉积物质量评价方面有重要应用.本文指出水生生物毒性测试应用的重要性,根据不同学者的研究内容归纳了水生生物毒性测试的方法学,对沉积物进行水生生物毒性测试的基质处理包括直接采用污染沉积物、洁净沉积物加标以及人工配置沉积物,受试生物主要包括浮游植物、浮游动物、底栖动物和鱼类,毒性试验终点包括急性毒性终点和慢性毒性终点;最后指出水生生物测试存在的问题,并对沉积物质量评价未来发展方向进行展望,以期为我国沉积物生物毒性测试标准方法的建立提供参考.     

化学品生态毒性测试鱼类模式生物的应用与展望

水生生物毒性测试广泛应用于评估化学品的水生态环境安全,而鱼类生态毒性数据为水生生态风险评估与风险管理提供基础。本文总结了现有的鱼类水生毒性测试标准及常用的物种。阐述了常用水生鱼类模式生物,如斑马鱼Danio rerio、青鳉鱼Oryzias latipes、黑头软口鲦Pimephales promelas等作为模式鱼类的特征及在生态毒性测试中的应用。环保部7号令推荐稀有鮈鲫Gobiocypris rarus作为中国本土生物在水生毒性测试中使用。目前公开发表的利用稀有鮈鲫的水生毒性研究多集中在急性毒性方面,对其他类型的研究如法规毒理相关的长期慢性毒性有待开展。     

有机污染物对水生生物毒性作用机理的判别及影响因素

有机污染物对水生生物急性毒性作用机理的判别及影响因素是定量结构与活性相关研究的基础,对准确预测有机污染物对水生生物的毒性具有重要的意义.本文根据目前国内外在该领域的研究现状和本课题组在该领域的研究成果,系统地总结了有机污染物对水生生物的急性毒性作用机理、毒性作用机理的判别方法、及影响毒性作用机理判别的因素.有机污染物对水生生物的急性毒性作用机理可分为非极性麻醉型、极性麻醉型、反应型和特殊作用型;化合物的毒性比率、毒性临界值和结构警示是目前判别毒性作用机理的主要方法;有机化合物的生物富集、非生物转化、生物代谢、离子化率和溶解度是毒性作用机理判别的主要影响因素.     

纳米材料与环境污染物的复合毒性

纳米材料因其独特的物理化学性质,不仅其自身具有毒性,还会与共存污染物相互作用,影响彼此的迁移转化和毒性效应。文中总结了纳米复合污染毒性的研究方法,并介绍了几种纳米材料(碳纳米材料、金属氧化物、量子点和零价金属)与重金属或有机物复合时造成的生物毒性,包括不同层次毒性指标响应(生物整体、生物积累、大分子水平)和毒性机制的探讨,展望了纳米复合污染毒性领域今后的发展方向和亟待研究的重要问题。