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.     

海洋环境汞甲基化/去甲基化研究进展

汞（Hg）是一种在大气中具有较长停留时间并能进行长距离传输的全球性污染物.甲基汞（MeHg）具有毒性强、易富集、可随食物链放大的特点，是引起环境风险的主要汞形态.通过各种来源排放到海洋环境中的无机汞在沉积物和水柱中均可甲基化为MeHg，原位甲基化和去甲基化是控制海洋环境中甲基汞水平的关键过程.虽然目前已有综述总结了环境中汞甲基化/去甲基化，但对海洋生态系统中汞甲基化/去甲基化过程涉及相对较少.本文在总结海洋汞甲基化/去甲基化过程速率、途径和热点区域基础上，详细讨论了海洋光化学、非光化学以及微生物3种汞甲基化/去甲基化途径机制，并对未来研究方向进行了展望.在现有研究基础上，未来应在不同汞甲基化/去甲基化途径贡献估算、实际海洋环境汞甲基化/去甲基化基因/微生物作用验证、环境因素对海洋汞甲基化/去甲基化影响方面开展更深入研究.海洋汞甲基化/去甲基化的研究可为深入理解海洋汞的环境行为与风险和发展有效的汞污染风险防控技术提供科学依据和数据支撑.     

微生物砷代谢机制的研究进展（Progress in Study of Mechanisms of Microbial Arsenic Transformation in Environment）

环境砷污染是一个全球性问题.研究砷的生物地球化学循环可以明确环境中砷的来源及其转化特征,为探索砷污染治理的方法提供参考.越来越多的研究表明,自然界中的微生物在砷的迁移转化过程中发挥了重要作用.根据微生物对砷的代谢机制不同将其分为:砷氧化微生物、砷还原微生物和砷甲基化微生物.砷氧化微生物可以将环境中的As(Ⅲ)氧化为毒性较弱并且容易被铁铝矿物吸附固定的As(Ⅴ),因此对降低环境中的砷毒性具有重要作用;微生物对砷的甲基化作用的产物通常为毒性较低的有机砷,因此也被认为是理想的修复环境砷污染的生物手段之一;然而在还原环境中,砷还原微生物却可以将游离态和结合态的As(Ⅴ)还原为毒性更强的As(Ⅲ),从而加重环境中的砷污染状况.由此可见,明确微生物的砷代谢机制及其对砷污染环境中砷迁移转化的影响,是实现生物修复砷污染环境的必要前提.论文总结了近年来国内外微生物砷代谢机制的研究进展,以期为深入研究微生物代谢砷的机理及其在砷污染治理中的应用提供参考.     

汞的微生物甲基化与去甲基化机理研究进展

甲基汞具有强烈的生物毒性和生物积累性,环境中甲基汞的产生主要与微生物相关,同时微生物也能通过去甲基化作用使甲基汞转变为无机汞.然而,目前国内外研究主要集中在汞的甲基化机理及影响因素,对汞的微生物去甲基化研究甚少.本文综述了汞的微生物甲基化、去甲基化研究史,以及微生物的主要作用机理,并对相关研究进行了展望,指出微生物酶促甲基化与氧化去甲基化机理研究将是以后工作的重点.     

沉积物中汞的甲基化研究进展

汞是环境中存在的一种重要污染物质,其毒性与之化学形态密切相关。环境中的汞主要以无机汞形态存在,然而无机汞可以通过甲基化作用转化为毒性更强的甲基汞,从而给受到暴露的生物及人类带来更高的健康风险。沉积物是汞在水生环境系统中的主要分布相,也是无机汞甲基化过程发生的主要场所。沉积物中汞的甲基化过程受到生物种类、汞的生物可利用性等生物因素及温度、含硫化合物、有机质、氧化还原条件等环境理化性质的影响。本文对汞在沉积物中甲基化过程的作用机制及其影响因素的研究现状及最新进展进行了总结,并对未来更深入的研究进行了展望。     

汞的环境光化学

作为一种全球污染物,汞在水体、底泥、土壤、大气等介质中以各种不同形态存在.各种汞形态具有不同的理化特性及毒性.汞形态的转化对于汞的迁移、毒性、食物链富集放大效应等具有重要影响.光照在汞的形态转化中起着重要作用,主要涉及光氧化、光还原、甲基汞的光降解以及无机汞的光化学甲基化等四个方面.本文对不同环境介质中汞的光化学转化过...     

土壤和底泥间隙水中汞-硫-铁纳米颗粒物的形成条件、结构特征及其在甲基汞生物合成中的作用

如何有效降低具有强生物毒性的甲基汞的生成和积累是汞污染研究领域的热点和难点.目前,国内外学术界对于甲基汞生物合成的反应机理,特别是究竟哪种无机汞化合物可以被厌氧微生物转化为甲基汞尚缺乏系统准确的认识.本文以阐明土壤和底泥间隙水这一甲基汞生成和积累的主要环境中无机汞的化学存在形式及其甲基化倾向为目标,研究该环境中大量存在的还原性铁对甲基汞生物合成前体物质的影响.本项目将研究不同环境条件下汞-硫-铁之间的相互作用,明确该过程的反应产物,特别是汞-硫-铁纳米颗粒物的形成条件、稳定性和结构特征;分析这种复合纳米颗粒物对于甲基化微生物的生物可利用性;考察纳米颗粒物向微生物细胞内部传递甲基汞前体物质的方式,包括溶解、巯基络合离子交换、穿越细胞膜等.本研究可为建立基于环境指标预测甲基汞合成的量化模型提供理论基础,对准确评价汞污染产生的环境风险,有效开展环境修复具有重要的理论意义和应用价值.     

饮用水汞暴露对小鼠免疫系统的毒性

通过饮用水对小鼠进行氯化汞和氯化甲基汞暴露,连续暴露14 d后,采集小鼠血样、脾脏与胸腺.分别采用MTT法、LDH释放法和ELISA等方法评价了汞暴露对小鼠胸腺、脾脏的淋巴细胞体外增殖系数、自然杀伤细胞杀伤系数和血清中细胞因子(IL-2和TNF-α)分泌量的影响.实验结果显示:(1)汞暴露抑制了淋巴细胞的增殖性能和自然杀伤细胞杀伤活性,并具有浓度依赖性,且MeHg的抑制作用明显高于Hg2+;(2)MeHg和Hg2+暴露同样对IL-2的分泌具有抑制作用但不具有浓度依赖性;(3)汞暴露对TNF-α分泌的影响依汞的形态和浓度不同而不同,如MeHg对其具有明显抑制作用,Hg2+在低浓度时对TNF-α的分泌具有一定的促进作用,而高浓度时为抑制作用.     

炼金区土壤中汞形态分布及其生物有效性

采用修正的Tessier方法和回归、偏相关等分析技术,研究了某金矿附近土壤中汞的赋存状态及其相互转化关系和生物可利用性.结果显示该区土壤中各形态汞的含量趋势为:有机结合态残渣态可交换态铁锰氧化态碳酸盐结合态,其中有机结合态汞所占比重最大在60%以上,是最重要的赋存形态;土壤中各形态汞不是独立存在的,内部存在一定的转化关系,如碳酸盐结合态汞可以转化成铁锰氧化态、残渣态的汞,而铁锰氧化态的汞与残渣态的汞之间却存在着一定的竞争关系,这种转化关系在外界条件的影响下处于一种动态平衡状态;土壤中的可交换态和有机结合态是较容易被植物吸收利用有效态的汞,其他形态汞被植物吸收较少.     

环境中汞的微生物还原过程及机制

汞是一种全球性的环境污染物.汞的还原过程可降低地表环境汞浓度,促进汞的大气传输,对汞的区域/全球循环、甲基化及生物积累具有重要的作用.地表环境微生物还原是汞还原的重要过程,在多种环境介质中均可发生.本文介绍了多种环境介质中微生物汞还原在汞生物地球化学循环中的重要作用,详细总结了有氧与缺氧条件下微生物汞还原的途径与机制,提出了微生物还原汞的其它可能机制,并对相关领域的研究进行了展望.     

七株硫酸盐还原菌汞甲基化能力的比较

目前硫酸盐还原菌汞甲基化的研究集中在Desulfovibrio desulfuricans ND132菌株上,由于D.desulfuricans ND132并非商业化提供的菌株,使得国内很多实验室难以获得该菌株开展微生物汞甲基化的相关研究.本文收集了7株商业化的硫酸盐还原菌,通过系统研究探寻其中可用作替代的汞甲基化模式菌株.在实验室培养条件下,通过对甲基化关键基因(hgcA和hgcB)、生长特性、汞的耐受性以及汞甲基化能力的测试,结果发现,Desulfomicrobium escambiense(CGMCC 1.3481)生长较快、具有较好的汞甲基化率(7.5%±0.7%),具备作为汞甲基化模式菌株的潜力.     

腐殖酸结合汞甲基化作用的探讨

本文研究了有关天然河流沉积物中腐殖酸结合汞的甲基化作用。试验表明:腐殖酸结合汞可以进行甲基化,其甲基化能力与河流底质受汞污染程度有着密切的关系。高汞污染区的底质中甲基化作用能力和速率都比低汞污染和未受汞污染底质的高。产生甲基化最高的腐殖酸结合汞的离子浓度范围～1000ppm、反应最适宜温度为30℃、氧化还原电位200mV、pH为7。添加营养物质对腐殖酸结合汞甲基化有促进作用,但不够明显。比较了几种不同形态的汞甲基化程度其结果表明:氯化汞>腐殖酸,结合汞>醋酸苯汞。     

水环境中铁-汞耦合对汞生物地球化学循环的影响研究进展

汞及其化合物是一类重要的全球污染物.水环境是汞重要的汇,也是汞发生形态转化与生物富集的重要场所.水环境中铁-汞相互作用对汞的生物地球化学循环有重要的影响.本文围绕水环境中铁-汞生物地球化学循环的耦合,讨论并总结了含铁矿物对汞的吸附、硫铁矿物对汞的硫化、溶解性铁与含铁矿物对二价汞的还原、铁对汞微生物甲基化的影响、铁参与的甲基汞降解、铁硫矿物介导二甲基汞生成以及水稻根系铁膜对汞吸收的影响,并进一步对铁-汞耦合对汞的生物地球化学循环影响的未来研究重点进行了展望.     

土壤汞污染研究进展

对国内外学者近些年来对土壤汞污染研究的工作进展作了系统的综述。主要包括土壤汞污染的途径、迁移方式和治理办法。其中重点介绍了大气汞的干湿沉降、土壤汞的释放及生物修复治理土壤汞污染。最后,还介绍了土壤汞形态的分析方法以及土壤挥发性汞释放通量的测量方法。     

小麦根际土壤汞的分布和形态变化

采用根际箱试验和连续化学萃取法,结合氢化物原子吸收光谱法,研究了非根际和根际土壤汞形态分布特征及小麦(Triticum aestivum)生长期土壤汞形态变化.结果表明.非根际汞形态分布顺序为:残渣态>强有机质结合态>碳酸盐铁锰氧化物结合态>腐殖酸络合态>水溶态>交换态,根际汞形态分布为:残渣态>碳酸盐铁锰氧化态>强有机质结合态>交换态>腐殖酸络合态>水溶态.当外源汞进入土壤后,在小麦生长60 d内,植物吸收使残渣态汞和水溶态汞含量明显降低,交换态汞和碳酸盐铁锰氧化态汞含量增加.土壤汞污染程度越大,在小麦中积累的汞就越多.其生物毒性增强,环境危害加大.     

基于高灵敏度全细胞传感器的汞转化基因元件评价体系

汞是最具毒性的重金属之一;不同形态的汞具有的毒性差异大,发掘高效的不同汞形态转化的基因元件,通过合成生物学手段构建汞的微生物转化减毒体系是未来汞污染治理的重要方向;因此,发展和建立一套基因元件功能和效率的评价体系,是筛选高效汞形态转化基因的关键.基于MerR这一汞离子特异性响应蛋白和绿色荧光蛋白(GFP)报告基因所构建的汞离子大肠杆菌细胞传感器,首先通过引入汞转运蛋白MerT提高汞离子的响应程度,构建含pUC57-MerT-MerR-GFP的细胞传感器.该传感器4h对氯化汞(HgCl₂)的响应浓度为5-200μg/L,响应能力与汞离子浓度线性相关.在此基础上,将含有待测试汞转化基因的pACYC184质粒转入这一传感器,构建含相容性双质粒的大肠杆菌体系,通过GFP荧光的强度(胞内汞离子浓度)来评价待测基因是否具有将汞离子转化成其他形态的功能及其效率.抗生素处理下,相容性双质粒在大肠杆菌中拷贝数保持稳定,可用于基因元件评价.通过生物信息学分析,分别在原核生物蓝藻和单细胞真核生物四膜虫中鉴定和筛选了潜在的汞离子转化相关基因,包括半胱氨酸合成酶、胱硫醚-β-合成酶和半胱氨...     

大气汞氧化还原过程与机制的计算化学研究进展

大气中汞的氧化还原反应对于其全球生物地球化学循环起着极其重要的作用,它促进了汞在全球范围内的扩散.汞主要以气态元素汞的形态释放到大气中,并经历复杂的均相和非均相化学反应,被氧化为活性气态汞和颗粒态汞;同时,活性气态汞也可经过光致还原反应光解生成气态元素汞.计算化学是一种基于理论方法利用计算软件来对化学现象和本质进行解释...     

渔业养殖区藻源溶解性有机质性质特征对汞甲基化影响

溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)是水生生态系统中的重要成分,能够显著影响汞的甲基化等形态变化过程.以近岸渔业养殖区藻源DOM为研究对象,运用傅里叶变换红外光谱和三维荧光光谱技术,对其结构特征进行表征;并选取总有机碳浓度TOC_DOM=10 mg·L^-1(DOM₁₀)和TOC_DOM=50 mg·L^-1(DOM₅₀)两种水平藻源DOM提取液,分析其在不同汞浓度条件下对汞甲基化过程的影响.结果表明,藻源DOM主要由类蛋白和类腐殖质组分组成,其中前者含量较高,疏水及芳香组分含量较低;红外光谱显示藻源DOM中含有—OH、—CH₃、—CH₂、芳香性C=C等官能团.甲基化实验表明,在溶液中DOM含量相对较少时(DOM:Hg浓度比≤15625),DOM表现出抑制汞甲基化的趋势,而当溶液中DOM含量逐渐升高(DOM:Hg浓度比>15625),DOM可以显著促进水体中汞向甲基汞的转化.藻源...     

中药中汞的形态分析方法、生物有效性与毒性效应研究

朱砂作为许多传统中药的有效成分,在我国已有数千年的应用历史.然而,这些中药中超标的汞含量已成为近年来中药出口的最大壁垒.研究中药中汞的赋存形态及不同形态的毒性效应和生物有效性,有助于辩证地理解中药中汞含量与毒性效应的关系,为科学地制定中药中汞的限量标准提供有力的依据.     

贵阳市百花水库消落带土壤汞形态分布及风险评价

为了解百花水库消落带土壤汞污染风险,系统采集了该区的土壤样品,分析总汞(THg)、汞形态和甲基汞(MeHg)分布情况,探讨汞的生物有效性,并对比分析了土壤THg和汞形态的污染风险。结果表明,百花水库消落带土壤THg质量分数具有显著的空间差异性(n=45,P0.05)。土壤THg质量分数范围为88.83-521.14μg·kg~(-1),平均为(226.08±129.62)μg·kg~(-1)。80%的采样点土壤THg质量分数超过了背景水平。土壤中不同形态汞占THg质量分数大小顺序为:强结合态(36.28%)硫化物结合态(33.09%)有机结合态(30.35%)水溶态(0.19%)胃酸溶态(0.08%),表明前3种形态汞为研究区土壤Hg的主要赋存形态。消落带土壤中生物有效态汞(BioavailableHg,Bio-Hg)质量分数为22.39-168.41μg·kg~(-1),占THg的比例为8.81%-58.68%。土壤MeHg平均质量分数为(3.70±4.49)μg·kg~(-1),S15采样点土壤MeHg质量分数显著高于其他采样点(n=45,P0.05)。地积累指数、潜在生态危害指数和风险评估编码法(Riskassessmentcode,RAC)的评价结果均表明,百花水库消落带土壤汞污染生态较高,S5采样点土壤Bio-Hg质量分数已超过土壤汞背景水平。百花水库消落带土壤的汞污染风险不容忽视。