Magnetotactic bacteria: Characteristics and environmental applications

• Magnetotactic bacteria (MTB) synthesize magnetic nanoparticle within magnetosomes. • The morphologic and phylogenetic diversity of MTB were summarized. • Isolation and mass cultivation of MTB deserve extensive research for applications. • MTB can remove heavy metals, radionuclides, and organic pollutants from wastewater. Magnetotactic bacteria (MTB) are a group of Gram-negative prokaryotes that respond to the geomagnetic field. This unique property is attributed to the intracellular magnetosomes, which contains membrane-bound nanocrystals of magnetic iron minerals. This review summarizes the most recent advances in MTB, magnetosomes, and their potential applications especially the environmental pollutant control or remediation. The morphologic and phylogenetic diversity of MTB were first introduced, followed by a critical review of isolation and cultivation methods. Past research has devoted to optimize the factors, such as oxygen, carbon source, nitrogen source, nutrient broth, iron source, and mineral elements for the growth of MTB. Besides the applications of MTB in modern biological and medical fields, little attention was made on the environmental applications of MTB for wastewater treatment, which has been summarized in this review. For example, applications of MTB as adsorbents have resulted in a novel magnetic separation technology for removal of heavy metals or organic pollutants in wastewater. In addition, we summarized the current advance on pathogen removal and detection of endocrine disruptor which can inspire new insights toward sustainable engineering and practices. Finally, the new perspectives and possible directions for future studies are recommended, such as isolation of MTB, genetic modification of MTB for mass production and new environmental applications. The ultimate objective of this review is to promote the applications of MTB and magnetosomes in the environmental fields.     

环境监测中重金属污染的控制对策分析

在我国社会经济快速发展的过程中,人们对自然资源需求无度,造成生态环境破坏问题非常严重。通过环境监测可以及时分析空气中有毒有害的物质成分,并且对环境污染问题进行及时有效的解决。但是在监测的过程中所采用大量的空气试剂很容易造成环境二次污染等问题,为此必须要积极加强对环境监测中重金属污染的合理控制,对空气试剂产生的大量废弃物进行及时的回收处理,从而有效避免出现二次污染的情况,充分发挥环境监测的作用。     

南京市农用地土壤中重金属形态特征分析

以南京市农用地土壤为研究对象,采用顺序提取的方法对Cu、Zn、Pb、Cd做化学形态分析,了解不同元素各形态下空间赋存的含量与占比。结果表明,在农用地土壤中,上述4种金属元素所赋存的化学形态活泼性顺序为CdPbCuZn,其中Cd主要为醋酸提取态,Pb主要为可还原态,各占总量的40%以上,具有较高的生物有效性和潜在危害性;Cu与Zn主要为残渣态,占总量的60%左右,生物可利用性较低。由因子分析法可知,土壤p H值越大,Zn与Cd就越趋于向稳定的化学形态转化,土壤有机质含量越高,对Cu与Pb的络合能力就越强,可以降低其环境危害性。     

金属矿山废弃地类型划分与生态退化特征

由于矿山开采中地表结构扰动、环境污染等因素导致矿山废弃地生态系统极度退化。通过对其产生原因和占地现状、特征的分析,将金属矿山废弃地划分为5大类15个类型,对其生态退化特征进行了评价;其中地表结构的不稳定性、土壤和植被的缺失及重金属离子污染是生态退化的主要限制性特征,也是生态恢复的难点和重点,并对不同类型金属矿山废弃地的生态治理措施进行了探讨。     

酒石酸淋洗过程中土壤重金属解吸动力学特征

采用批处理淋洗的方法,研究了酒石酸淋洗修复张士污灌区土壤过程中镉、铅、铜、锌4种重金属离子解吸动力学特征。结果表明,酒石酸在12h条件下,达到对污染土壤中镉离子的最大去除率,铅、铜、锌3种重金属离子达到最大去除率则需要24h。4种重金属离子的解吸动力学过程可以用Elovich方程很好的描述,说明酒石酸去除重金属离子的过程是一种非均相扩散过程。此外,解吸速率曲线显示,反应初期相同时刻上酒石酸对铅离子的解吸速率最快,其次是铜和锌,最后是镉离子;反应后期同一时刻上铜和锌的解吸速率大于铅和镉。     

城市污泥中重金属有效态分布特征研究

以沈阳市北部污水处理厂剩余活性污泥为研究对象,对污泥中重金属Cd,Pb,Cu,Zn的含量及其形态分布特性进行分析。结果表明:污泥中4种重金属的含量基本符合国家相关控制标准(GB 18918-2002和CJ248-2007)。采用8种提取剂(0.05 mol/L EDTA,0.01 mol/L CaCl2,0.01 mol/LCa2(NO3)2,0.1 mol/L NaNO3,1 mol/L NH4OAC,0.43 mol/LHAC,0.05mol/L NaHCO3和0.05 mol/L Tris-HCl)分别对污泥中重金属的螯合态,中性交换态,酸溶态,碱溶态和蛋白质结合态进行分离分析。结果表明:4种重金属螯合态存在的比例较大,分别占各重金属总量的5.9%~27.2%,其次为酸溶态和中性交换态,而以碱溶态和蛋白质结合态形式存在的比例较少,除Cd外均低于1%。污泥中Cd和Pb具有较高的活性,而Cu,Zn在碱性污泥中主要以稳定态存在。     

漓江沉积柱重金属垂向分布特征及污染评价

对桂林漓江3个采样点沉积柱状沉积物中主要重金属元素(Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、As和Ni)的垂向分布进行了测定。结果表明:7种重金属元素具有相似的垂向变化特征;横向上表现为靠近市区的含量高远离,市区的含量低。地积累指数评价结果显示,远离市区的沉积柱7种金属污染程度较轻,仅有Cd和Ni属于无～中污染程度。临近市区的沉积柱形成污染的元素为Cd、Cu、Zn、Pb和As,主要集中在底层和次表层。     

天然藻类吸附重金属的研究

传统的重金属废水处理技术存在耗能高、运行成本高及存在二次污染的问题等诸多劣势;而天然海藻由于其来源广、产量大,在处理重金属废水方面存在较多的优点。介绍了藻类处理重金属离子的研究背景、现状,阐述了藻类处理重金属的优点、机理,重点介绍了海藻处理废水过程中的各种影响因素,并对海藻处理废水的应用前景进行了展望。     

东亚三角涡虫监测水体重金属污染的可行性研究

随着现代工、农业的快速发展,水体重金属污染已成为全球性的环境问题。对水体重金属污染的现状、来源、危害以及监测方法进行了介绍,并探讨了生物监测技术的优越性。在前人的研究基础上,结合本实验室工作,提出利用东亚三角涡虫(Dugesiaojapoice)作为水体重金属污染监测指示生物的可行性,并对更为灵敏的生物标志物的策略和实验方案进行了展望。     

湘江重金属污染现状、污染原因分析与对策探讨

湘江是长江的重要支流,湘江流域内聚集了湖南约60%的人口,创造了全省近3/4的GDP。近年来随着工农业的快速发展、城市圈的扩大、沿江两岸矿产资源的开发,湘江重金属污染日趋严重。湘江综合治理不仅关系到湖南经济的发展、社会的和谐,还关系到长江流域的可持续发展。本文在对湘江水资源作基本介绍的基础上,着重调查了重金属污染现状与己形成的影响,对重金属污染来源与原因进行了分析,提出了湘江重金属污染防治的对策与建议。