Research progress on occurrence forms and microbial transformation of mercury北大核心CSCD

汞是一种高毒性且具有持久性的重金属污染物,汞污染的治理与修复在近几十年一直是国内外研究热点.了解微生物对汞赋存形态的转化作用,对汞污染的治理与修复具有重要意义.总结汞的不同赋存形态、毒性及对应的常用分析方法,其中甲基汞(methyl mercury,MeHg)是毒性最强的汞形态之一.环境中汞的化学形态能发生转化,尤其以微生物驱动的汞的甲基化、MeHg的去甲基化和汞的氧化还原最为常见.依据汞转化类型将汞转化相关微生物分为汞甲基化、MeHg去甲基化、汞还原、汞氧化等类群,将对应的汞转化作用机制分为基于hgcAB基因的汞甲基化、基于mer操纵子基因的MeHg去甲基化和Hg2+还原、胞内过氧化氢酶介导的Hg0氧化.微生物汞转化过程不仅受到pH和温度的显著影响,而且还受到汞的赋存形态和游离汞的浓度、微生物种/群结构与功能、矿物种类、中间体和次生产物及其交互作用的影响,基于此,提出正确客观表征汞的微生物转化过程需要综合分析微生物组和矿物组的变化规律及其交互作用的综合效应.针对酸性矿山废水(AMD)极端环境微生物汞转化研究的不足,未来的工作将聚焦结合多组学手段、同步辐射谱学和密度泛函理论(DFT)计算等分析技术研究汞赋存形态的微生物转化过程,分析和阐明汞转化中间体的键合作用方式和转化机制,从而为AMD汞污染的预防、治理和修复提供依据.(图2表2参107)     

水稻根际土壤中汞的微生物循环过程

甲基汞(MeHg)是一种具有神经毒性的环境污染物。稻田土壤中在微生物作用下由无机汞转化产生的甲基汞,经水稻根系吸收后最终会富集于稻米中,由此造成人体的甲基汞暴露风险。水稻根际土壤在此过程中可能扮演着至关重要的作用。受水稻根系分泌的有机碳及氧气等的影响,根际土壤被视为稻田环境中的特殊生境,其间的微生物群落结构与丰度以及若干关键元素的循环过程与非根际土壤相比存在巨大差异。这一特殊生境会对无机汞(IHg)以及甲基汞在稻田环境中的命运产生重要影响。本文首先简要综述了稻田土壤环境中甲基汞产生与降解的微生物学过程研究进展,并进一步着重分析了水稻根际土壤中Fe、S、C、N和P等关键元素对汞的微生物循环过程的影响。深刻认识这些过程,有助于研究者准确评估汞污染区稻田土壤甲基汞的产生及向水稻体内的转移效率,这对未来选择适当的农业手段降低人体甲基汞暴露风险具有重要意义。文章最后提出了若干值得探索的研究方向,期望能为相关研究提供新思考。     

诺氟沙星和土霉素对汞在鱼体内积累和转化的影响研究

为阐明诺氟沙星和土霉素对汞(Hg)在鱼体内积累和转化的影响机制,探究了Hg单一暴露、诺氟沙星-Hg和土霉素-Hg复合暴露条件下,鱼体内各器官和组织中总汞(THg)和甲基汞(MeHg)的积累特征.结果表明：Hg单一暴露条件下,鱼体肌肉THg含量随着暴露时间呈先增加后降低的趋势,鱼头和内脏组织的THg含量随暴露时间增加而逐渐增加,内脏组织积累量高于鱼头(p<0.01).鱼体内的MeHg含量随着暴露时间的增加而不断增加,其中肌肉和内脏组织增加显著(p<0.05),鱼头无明显差异(p>0.05).在诺氟沙星-Hg和土霉素-Hg复合暴露条件下,鱼体内的THg和MeHg含量与Hg单一暴露处理相比均产生显著变化,诺氟沙星和土霉素均能促进THg在鱼体内的积累及抑制MeHg的形成(p<0.01).然而,无论对THg积累的促进作用还是对MeHg形成的抑制作用,诺氟沙星比土霉素作用都更为显著.     

中国地表水甲基汞环境质量标准的研制

中国地表水甲基汞环境质量标准的研制是以松花江流域为主要实验现场。本项研究工作通过对松花江甲基汞污染高峰、污染源治理和污染逐渐消除三个不同时期甲基汞污染研究工作，在“基准”研究的基础上，制定了地表水甲基汞环境质量标准。本文仅对研制工作中编制的依据和标准值的确定进行了阐述。     

苯萃取—气相色谱法测定沉积物中的甲基汞

本文应用苯萃取和半胱氨酸反萃取，使甲基汞得以浓缩和净化，取１０ｇ沉积物样品，最小检出含量０．８１×１０＾－６，方法相对标准偏差为±１０．０８％，平均回收率为９２．４％。该法简化了浸取液加ＣｕＳＯ４沉淀和过滤步骤，不经处理可直接加苯萃取，该法具有简易，干扰少，再现性好等特点，且适用于有机汞的形态分析。     

三峡库区地表水和鱼体中甲基汞含量的分布特征

首次报道了三峡库区鲤鱼（Ｃｙｐｒｉｎｕｓｃａｒｐｉｏ）、铜鱼（Ｃｏｒｅｉｕｓｈｅｔｅｒｏｄｏｎ）、长吻鱼危（Ｌｅｉｏｃａｓｉｓｌｏｎｇｉｒｓｔｒｉｓ）和翘嘴鱼白（Ｃｕｌｔｅｒａｌｂｕｅｎｕｓ）各组织器官中甲基汞的含量水平，以及地表水甲基汞的浓度。证明鱼体肌肉中甲基含量最高，其次为肝脏、肾脏、脾脏。各组织器官中甲基汞含量与有机汞、无机汞和总贡含量呈显著线性关系；水库鲤鱼甲基汞含量高于河流鲤鱼；三峡库区江段江水甲基汞浓度与加拿大未被污染湖泊湖水相当。     

苯萃取－气相色谱法测定沉积物中的甲基汞

本文应用苯萃取和半胱氨酸反萃取，使甲基汞得以浓缩和净化，取１０ｇ沉积物样品，最小检出含量０．８１×１０~（－６），方法相对标准偏差为±１０．０８％，平均回收率为９２．４％。该法简化了浸取液加ＣｕＳＯ４沉淀和过滤步骤，不经处理可直接加苯萃取。该法具有简易、干扰少、再现性好等特点，且适用于有机汞的形态分析。     

甲基汞水环境安全阈值研究及生态风险分析

甲基汞是影响水生生物的毒性物质,其在淡水环境中的安全阈值研究非常少。查阅国内外数据库,搜集筛选了中国淡水水生生物藻类、溞类、鱼类的12种生物甲基汞急性毒性数据、5种生物慢性数据,采用加拿大开发的评估因子法推算淡水水生生物的甲基汞的安全阈值。结合甲基汞典型易生物富集的特点,搜集甲基汞生物富集因子数据,引入最终残留值综合比较,得出甲基汞水生生态系统安全阈值为1.22 ng/L。基于此数据,利用生态风险评估商值法对目前报道的主要流域地表水溶解态甲基汞检出值做出风险评估,结果表明,大部分水域不存在甲基汞带来的风险,只有贵州的乌江渡水库和阿哈水库存在甲基汞带来的食用鱼风险。     

通过品种选择降低稻米对总汞和甲基汞的吸收

筛选对总汞(THg)和甲基汞(Me Hg)低积累的水稻品种对解决Hg污染稻田的利用和保障稻米安全具有重要意义。选择在贵州省清镇市水晶化工集团附近Hg污染稻田(THg浓度为7.4 mg/kg,Me Hg浓度为2.9 ng/g)种植20个水稻品种,用原子荧光法(AFS)和气象色谱联合冷原子荧光法(GC-CVAFS)测定水稻组织THg和Me Hg浓度。结果发现,20个水稻品种大米对THg(F=7.2,P0.001)和Me Hg(F=2.8,P0.01)的吸收呈现显著的品种差异,平均THg浓度为20.02 ng/g(范围10.3~36.25 ng/g),平均Me Hg浓度为2.48 ng/g(范围1.91~3.95 ng/g)。此外,有10个品种大米THg浓度是低于食品安全标准(GB 2762-2012中的限值20 ng/g);通过对人体摄取Me Hg量的评估发现,即使食用Me Hg浓度最高的水稻品种每天所摄取的Me Hg量也仅为0.022 ng/g,远低于联合国粮农组织和世界卫生组织下的食品添加剂联合专家委员会(JECFA)(0.23 ng/g)和美国环保总局(EPA)(0.1 ng/g)的标准,20个水稻品种大米Me Hg浓度都是相对安全的。研究结果表明,在因化工厂导致的中低度Hg污染稻田中,通过筛选对THg和/或Me Hg低积累的水稻品种去降低稻米Hg污染的方法是有效可行的。     

关于水生生态系统中汞的国内外研究进展评述

本文介绍了国内外对于水生生态系统中汞的生物地球化学循环研究的各项进展,从汞对水生动植物的毒性、汞的迁移转化、甲基汞的形成以及甲基汞对食物链及人体健康的影响等几方面进行评述。