大同盆地高砷地下水中可培养耐砷微生物的群落结构

大同盆地是典型的高砷地下水分布区。利用从地方性砷中毒严重病区山阴县采集的高砷地下水样品,用稀释培养法实验研究了外加砷源对地下水中微生物数量的影响;同时基于生物学可培养法和16SrDNA序列比对法,选取代表性高砷水样,研究了耐砷菌的种群特征。结果表明,外加砷源对地下水中微生物数量影响显著,高浓度砷会抑制大部分微生物生长,使微生物数量减少;低浓度砷对微生物生长具有一定促进作用。通过多次分离、纯化从3个不同砷含量地下水样中分离到多株砷抗性菌,经鉴定属于主要为Bacillus、Pseudomonas、Paenibacillus、Aeromonas、Enterobacter5个属。从RDP(RibosomalDatabaseProject)分析显示3个水样可培养微生物组成不同,都有生存能力强能够耐低浓度NaAsO2的Bacillales,优势耐砷菌是γ-proteobacteria,其中Enterbacter具有耐高浓度NaAsO2的能力。     

磷、砷双重胁迫对不同耐低磷水稻苗期生长及磷、砷吸收的影响

以1个耐低磷和1个低磷敏感水稻为材料,通过土培试验研究磷、砷双重胁迫对水稻苗期生物学特性及磷、砷吸收的影响,并比较不同品种之间的差异.结果表明,相同磷水平下,外加砷浓度为小于25 mg/kg时,水稻的生物量、叶宽、株高、SPAD值及磷吸收量均随砷浓度的增加而增加,当砷浓度达到50 mg/kg时开始下降,两个品种表现相同趋势.说明少量砷可以刺激水稻生长,促进磷的吸收,砷用量过多则抑制水稻的生长及磷的吸收.相同砷水平下,水稻生物学性状及磷、砷吸收量随磷用量的增加而增加,两个品种亦表现相同趋势.说明适当施磷肥可以缓解砷对水稻生长的抑制作用.上述结果表明,低浓度的磷、砷具有协同效应,高浓度的磷、砷表现拮抗作用.此外,相同磷、砷水平下,供试耐低磷水稻的生物学性状及其相对值较低磷敏感水稻大;但相对磷吸收量(除磷处理为150 mg/kg外)比低磷敏感水稻小,而砷吸收量及其相对值均比低磷敏感水稻多,这可能与二者的磷营养特性及水稻对磷和砷的竞争吸收有关.图7表1参19     

内蒙古河套地区水体中砷的地球化学特征

采样分析典型地砷病区域——内蒙古河套地区地下水、地表水和自来水中砷含量和形态,研究河套地区水体中砷分布状况,并采集山西山阴县大营村(地下水)和山东招远地区水样(地表水、地下水),以用于污染特性比较和源解析。结果发现,内蒙古河套地区和山西省山阴县大营村作为生活饮用水的地下水中砷含量超标率较高,其中内蒙古临河区狼山镇先锋七社和山西大营村地下水砷含量平均值分别为368.9和443.5μg.L-1,分别有75%和100%的水样超过GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》中农村小型集中和分散式供水砷含量限值。内蒙古五原县乃日乡的175个水样中,也有59%的地下水样砷含量高于50μg.L-1,且砷形态主要以无机砷为主。河套地区地表水水样砷含量大部分在50μg.L-1以下,部分自来水(水源为地下水)样砷含量超过生活饮用水标准。     

大同盆地富砷地下水的水化学与地球化学研究

为弄清大同盆地地下水中影响砷的迁移、富集的主要地球化学与生物地球化学过程,为区域供水安全提供指导作用,针对高砷地下水系统开展了水文地球化学与含水层沉积物全岩地球化学研究;并在此基础上探讨了研究区高砷地下水成因。结果表明,研究区高砷地下水为偏碱性、强还原环境,砷含量为0.31～452μg·L-1,主要以砷酸盐形式存在,地下水中砷与三价铁的浓度有显著的相关性。高砷含水层沉积物中有机质、铁与砷含量表现出显著相关性。以上结果说明,碱性还原环境有利于地下水中砷的富集;微生物参与下,沉积物相有机质的氧化和Fe氧化物/氢氧化物的还原过程是本区高砷地下水形成的主控因素。     

禾草灵对水稻生长和典型土壤酶活性的影响

禾草灵是一种广泛使用的除草剂,在土壤中大量残留,对非靶标生物产生危害。为探究除草剂对环境生物的毒性作用,本研究模拟水稻自然生长的环境,评估禾草灵对水稻及土壤微生物的影响。研究结果表明,低浓度禾草灵(200 μg L^-1)处理4 d对土壤微生物量没有显著影响(P>0.05);8 d时,水稻生长没有明显变化,但土壤微生物量较对照组显著升高(P<0.05)。高浓度禾草灵(1 000 μg L^-1)处理4天后,土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶的活性显著下降(P<0.05),下降幅度分别为8.9%,16.6%和10.2%;处理8 d后,水稻幼苗鲜重显著降低(P>0.05),叶绿素a和叶绿素b含量分别下降了13.5%和13.3%。本研究证实高浓度的禾草灵残留会对植物和土壤微生物产生不良的影响。     

16S rDNA克隆文库解析江汉平原高砷地下水系统中的细菌多样性

为研究江汉平原高砷地下水系统中细菌多样性和种群结构,以2011年11月采自江汉平原仙桃市沙湖镇高砷含水层沉积物为研究对象,沉积物采自同一50m钻井,分别选取埋深9.9～10.1m和15.7～16.0m样品。提取沉积物中总DNA,采用16SrDNA克隆文库方法,分析高砷含水层沉积物中土壤细菌的多样性。结果发现,伯克氏菌目(Burkholderiales)、假单胞杆菌目(Pseudomonadales)和肠杆菌目(Enterobacteriales)构成了高砷系统中抗砷的优势菌群。结果表明,高砷含水层中生活有大量微生物,这些微生物在砷的地球化学循环中扮演着重要角色。     

砷浓度、形态及碳酸氢盐对蜈蚣草吸收砷的影响

为了探讨超富集植物蜈蚣草在处理高砷地下水方面的可行性,研究了水培条件下砷的浓度、形态和碳酸氢盐(HCO-3)对超富集植物蜈蚣草吸收砷的影响。实验中使用了浓度为0.1～100mg·L-1的As(III)和As(V)溶液。HCO-3处理中,HCO-3浓度范围为0.5～20mmol·L-1,As(III)或As(V)的浓度为5mg·L-1。结果表明,在水培条件下,蜈蚣草具有明显的耐高砷特征。当介质砷含量高达100mg·L-1时,砷的去除率可达到80%,且对As(III)的吸收效率高于As(V)。植物体内砷形态研究表明,蜈蚣草体内2种形态砷的含量与外源砷形态有一定的关系,As(V)处理条件下,植物体中的As(V)比例较As(III)处理高。高浓度的HCO-3(20mmol·L-1)处理对蜈蚣草地上部分生物量没有明显影响,但是抑制了地下部分的生长,并且对砷的吸收表现出明显的抑制作用。     

碳纳米管影响无机砷(As(III)和As(V))对大型蚤毒性的研究：特定砷形态的作用

作为一种新兴的纳米材料,羟基多壁碳纳米管(OH-MWCNTs)可能与其他污染物在水环境中共存,并进一步影响它们的毒性、输移和归趋。因此,评价碳纳米管存在下砷的毒性变化需要得到更多的关注。该试验探索了在不同pH值条件下,OH-MWCNTs诱导砷(As(III)和As(V))对水生生物大型蚤的毒性变化的潜在机制。发现了H₂AsO₃^-和H₂AsO₄^-是对大型蚤毒性最大的As(III)和As(V)。比较As(III)和As(V)的结果,发现pH值是影响砷毒性最重要的因素。此外,OH-MWCNTs影响砷对大型蚤毒性的结果表明,OH-MWCNTs的存在可以提高砷的毒性。通过吸附实验进一步研究了砷与OH-MWCNTs的相互作用。OH-MWCNTs 对As(V)吸附容量高于As(III)。总而言之, OH-MWCNTs对某些形态砷的吸附是解释砷毒性增强的可靠证据。
精选自Xinghao Wang, Ruijuan Qu, Ahmed A. Allam, Jamaan Ajarem, Zhongbo Wei, Zuoyao Wang. Impact of carbon nanotubes on the toxicity of inorganic arsenic [As(III) and As(V)] to Daphnia magna: the role of the certain arsenic species. Environmental Toxicology and Chemistry: Volume 35, Issue 7, pages 1852–1859, July 2016. DOI: 10.1002/etc.3340
详情请见http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/etc.3340/full
     

土壤中耐砷细菌的筛选和砷还原基因多样性分析

采用琼脂平板培养法从湖南富砷土壤中筛选出43株耐砷细菌。16SrRNA序列分析结果表明所筛选菌分属于四个门：Actinobacteria、Proteobacteria、Firmicutes、Bacteroidetes,其中71．1％为革兰氏阳性菌。通过PCR和克隆测序等方法检测耐砷菌的砷还原相关基因（arrA、arsC、arsB／ACR3）及其基因多样性。检测结果显示：43株菌中,6．9％含异化砷还原基因arrA,30．2％含细胞质砷还原基因arsC,27．9％含As（Ⅲ）运载蛋白基因arsB／ACR3,这些基因在细菌中的出现频率较低。通过Mega软件构建系统发育树发现arrA基因的多样性可能受一定的地域差异影响,arsC基因在一些菌株中存在着基因水平转移现象,同时表明a变形菌可能更倾向于拥有Acr3型As（Ⅲ）载体蛋白,而arsB则多出现在芽孢杆菌中。     

土著细菌对江汉平原浅层含水层沉积物中砷迁移的影响

对江汉平原水文地质调查发现,该地区地下水砷含量已远超国家饮用水标准。以沉积物培养的土著细菌混合液为生物材料,以江汉平原高砷含水层沉积物为研究对象,在实验室内模拟地下水系统,研究厌氧环境条件下,不同生物量土著细菌和pH值对沉积物中砷迁移转化的影响,以及土著细菌活动下砷在不同沉积物中的迁移转化。结果表明,不同生物量菌悬液都能促进沉积物中As的释放,增加总As和As(III)的浓度,但150mL处理组,在研究后期,总As和As(III)的浓度呈现减缓趋势;在初始生物量一定的条件下,沉积物中As含量越高,细菌活动下总As相对释出量就越低,而且As(III)占所释出总As的比值就越高,但两个高砷含量沉积物组的差异较小;在初始pH值为5、7和9的培养条件下,细菌都能加速砷的迁移,但pH值为5的处理组(简称pH5处理组)最弱,在前8天,pH9处理组较pH7处理组的低,随后超过pH7处理组。研究表明,土著细菌悬液能加速As从沉积物中释出,并且释出的As以As(III)为主;在耐受的弱碱性环境条件下,细菌对砷的迁移和转化随环境的pH值增加而增强。     

链霉菌的抗砷特性及其对蜈蚣草富集砷的作用

本文研究了链霉菌Streptomyces sp.的耐砷特性及其对蜈蚣草富集砷的影响。结果表明,Streptomyces sp.可在100mmo·lL-1的砷酸盐溶液中生长,具有较强的抗砷毒害能力,且在48h内对As(Ⅴ)的还原率达96.5%。施用Streptomyces sp.能促进植物对砷的吸收,蜈蚣草地上部砷浓度为930mg·kg-1,地上部砷累积量达到对照组的2.09倍。加入Streptomyces sp.后,能促进根际土壤中As(Ⅴ)还原成As(Ⅲ),大幅度降低根际土壤残渣态砷含量,从48.15mg·kg-1下降至28.75mg·kg-1。Streptomyces sp.通过影响蜈蚣草根际环境,提高根际土壤pH,增加DOC含量,促使砷形态变化,从而增加砷生物可利用性。该菌可作为强化蜈蚣草修复砷污染土壤的材料。     

Impact of waterlogging on the uptake of arsenic by hyperaccumulator and tolerant plant

A significant proportion of arsenic (As)-contaminated sites are temporarily or permanently under reducing condition, which may affect phytoextraction efficiency using the As-hyperaccumulator Pteris vittata L. In this work, a pot experiment was conducted to investigate the solubility and redox species of As in soil. The uptake of As by two populations of P. vittata and As-tolerant grass Holcus lanatus under different water regimes was examined. Waterlogging decreased the redox potential from 350 to?50 mV, leading to an approximately 40% reduction of As(V) to As(III) and an increased dissolved As concentration by 150%–300%. The changes in the speciation and concentration of As influenced its uptake by plants. A population collected from a temporarily waterlogged riverside in Guangxi province (GX population) had ninefold higher shoot As concentration under the waterlogged condition than that under the non-waterlogged condition, indicating that it preferred taking up As in the form of As(III). By contrast, a population of P. vittata collected from a dry land in Yunnan province (YN population) and H. lanatus demonstrated a preference to As(V). The GX population was an appropriate species for the phytoextraction of waterlogged sites. These results implied the importance of habitat ecology on the extraction efficiency of hyperaccumulators.     

重金属胁迫对日本对虾(Penaeus japonicas )胚胎发育的影响

以受精1 h以内的日本对虾受精卵为实验对象,采用静水试验方法,研究了Zn、Hg、Cu、Pb、As、Cd和Cr 7种重金属对日本对虾胚胎发育的影响。结果表明,在实验浓度范围内,7种重金属中Hg、Cu对日本对虾胚胎发育毒性最大,其次是Zn、As、Cd,Pb和Cr无明显影响。Hg、Cu、Cd、As、Zn对日本对虾胚胎LC₅₀值分别为：0.0177 mg·L^-1、0.1070 mg·L^-1、1.6057 mg·L^-1、3.3682 mg·L^-1、8.2644 mg·L^-1,致死效应最低可观测效用浓度（LOEC）分别为0.0037 mg·L^-1、0.0166 mg·L^-1、0.1302 mg·L^-1、1.1572 mg·L^-1、2.1522 mg·L^-1;抑制发育LOEC分别为0.0062 mg·L^-1、0.0176 mg·L^-1、0.4002 mg·L^-1、1.9497 mg·L^-1、0.0617 mg·L^-1。随着Hg、Cu浓度的升高,胚胎孵化率不断下降,无节幼体死亡率不断上升,在Hg 0.0256 mg·L^-1浓度组中,胚胎48 h死亡率达到100%。以上结果说明,Hg、Cu等重金属的存在会延缓日本对虾胚胎的发育速度,随着重金属浓度的增加,滞育现象愈加明显,在Cu 0.32 mg·L^-1浓度组中,未见无节幼体孵出。     

外源洛克沙胂对水生态系统砷蓄积及底泥微生物生长的影响

为探明洛克沙胂(ROX)对水生态系统的毒性效应,采用模拟水生态系统,研究了外源添加不同浓度洛克沙胂(0、10、20、40、80和160 mg·L-1)对水生态系统砷含量及底泥微生物生长的影响。结果表明,水体及底泥砷含量随外源ROX用量增加而增加,但随暴露时间延长水体砷含量降低的同时底泥砷含量逐渐增加。金鱼藻和鲫鱼体内均出现明显砷蓄积现象,且160 mg·L-1ROX处理的水生态系统鲫鱼毒害效应明显,暴露1 d的死亡率为100%。金鱼藻对砷具有较强的富集能力,暴露32 d后砷富集量达398.1~1 538.91 mg·kg-1。不同浓度ROX对底泥真菌、细菌和反硝化细菌生长均具有不同程度的抑制效应,而对放线菌和氨化细菌生长具有一定的促进作用,且低浓度ROX(10 mg·L-1)对放线菌生长的促进作用明显。总体上,外源ROX进入水生态系统导致水体砷污染的同时在生物及非生物媒介中再次迁移、分配和蓄积,进而对鲫鱼及部分底泥微生物生长产生毒害。     

黑斑蛙与非洲爪蟾蝌蚪急性毒性试验方法敏感性的比较

两栖动物蝌蚪急性毒性试验是评价化学品急性毒性的一种方法。以毒死蜱、乙草胺、重铬酸钾和全氟辛烷磺酸盐(PFOS)为测试物,比较了我国本土黑斑蛙(Rana nigromaculata)与国际通用种非洲爪蟾(Xenopus laevis)在蝌蚪急性毒性试验中的敏感性。结果发现：2类蝌蚪分别进行的11次试验中,空白对照组黑斑蛙蝌蚪死亡率(0.9%)远低于非洲爪蟾蝌蚪的死亡率(5.8%);重铬酸钾和PFOS对黑斑蛙蝌蚪的96 h-LC₅₀分别为34.0 mg·L^-1和81.0 mg·L^-1,而对非洲爪蟾蝌蚪的96 h-LC₅₀分别为51.6 mg·L^-1和92.1 mg·L^-1,显示黑斑蛙蝌蚪对这2种化学品的敏感性略高于非洲爪蟾蝌蚪;毒死蜱和乙草胺对黑斑蛙蝌蚪的96 h-LC₅₀分别为0.41 mg·L^-1和4.1 mg·L^-1,而对非洲爪蟾蝌蚪的96 h-LC₅₀分别为0.12 mg·L^-1和3.1 mg·L^-1,显示黑斑蛙蝌蚪对这2种化学品的敏感性略低于非洲爪蟾。鉴于2类蝌蚪对化学品的敏感性存在差异,且黑斑蛙蝌蚪的自然死亡率低,材料更易获得,笔者认为黑斑蛙蝌蚪比非洲爪蟾更适合作为蝌蚪急性毒性试验的材料,用于我国化学品环境管理中的毒性评价。     

水稻根系吸收砷的动力学特征及硅的缓解机制（Uptake Kinetics of Arsenic Species in Two Genotypes of Rice Plants and Mitigatory Mechanism of Silicon）

采用室内模拟的方法,研究了两种基因型水稻(硅突变体和野生型)根系吸收As的动力学特征以及Si对水稻吸收As的影响.结果表明,两种基因型水稻根系对As(III)和As(V)的吸收均可以用Freundlich模型较好地模拟.外源Si的加入可显著降低水稻根系对As(III)和As(V)的吸收.在20μmol·L-1As处理下,与不加Si处理相比,加1.0mmol·L-1Si处理导致水稻根系吸收As(III)和As(V)分别降低94.1%和92.2%(野生型);74.4%和90.2%(突变体).在100μmol·L-1As处理下,水稻根系吸收As(III)和As(V)则分别降低64.5%和91.2%(野生型);76.1%和90.6%(突变体).     

Arsenic accumulation by ferns: a field survey in southern China

The objective of this study reported here was to characterize arsenic (As) accumulation by Pteris ferns by comparing 3 of the ferns of this genus with each other as well as with four non-Pteris ferns growing on seven sites in southern China with different As levels. A total of 112 samples, including 78 Pteris vittata, 13 P. cretica, 3 P. multifida and 18 ferns from other non-Pteris genera, with the soils in which they grew were collected for As and other elemental analyses. P. vittata was found to be the most dominant species and the most efficient As-accumulator, whereas P. multifida was the lowest As-accumulator among the Pteris ferns, with 4.54–3599, 28.7–757 and 11.2–341 mg kg^–1 As recorded in the fronds of P. vittata, P. cretica and P. multifida, respectively. Arsenic concentrations in non-Pteris ferns were generally much lower than those in Pteris ferns, with 0.81–1.32, 3.59, 10.7, 6.17–24.3 mg kg^–1 in the fronds of Blechumum orientale, Dicranopteris dichotoma, Pteridium aquilinum and Cyclosorus acuminatus, respectively. For P. vittata, the As bioaccumulation factor (ratio of As in fronds to that in soils) changed, whereas the As translocation factor (ratio of As in fronds to that in roots) remained unchanged among the different sites. The concentrations of Fe were very high in all of the collected fern sample, with the exception of B.␣orientale, with 207–6865, 637–3369, 375–1856, 1876, 493-6865 and 492 mg kg^–1 in the fronds of P. vittata, P. cretica, P. multifida, C. acuminatus, P. aquilinum and D. dichotoma, respectively. The association between Fe accumulation and As accumulation and tolerance in these ferns indicates the unique role of Fe in As-hyperaccumulation.     

双酚A与其替代品对黑斑蛙急性毒性的比较

双酚F(BPF)和双酚S(BPS)作为双酚A(BPA)替代品广泛使用,然而有关BPF和BPS的毒性数据非常有限。采用系列浓度的BPA、BPF、BPS溶液,暴露黑斑蛙胚胎和蝌蚪96 h,通过半致死浓度(LC50)、最小生长抑制浓度(MCIG)和致畸率等指标比较3种化合物的急性毒性。结果显示:100 mg·L-1BPS未导致黑斑蛙胚胎及蝌蚪畸形和死亡。BPA和BPF对黑斑蛙胚胎的96h-LC50分别为7.68 mg·L-1和7.99 mg·L-1,MCIG分别为4.47 mg·L-1和4.77 mg·L-1,最大致畸率为33.33%;对蝌蚪的96 h-LC50分别为9.00 mg·L-1和9.52 mg·L-1。依据《化学农药环境安全评价准则》的毒性分级标准,判定BPA和BPF的毒性等级为中毒,BPS的毒性等级为低毒。表明BPF急性毒性与BPA相当,BPS急性毒性低于BPA。本研究数据可为BPF、BPS作为BPA替代品的生产和使用以及相应的环境管理提供毒理学参考。