Bacillus sp.C62的砷氧化功能及亚砷酸盐氧化酶活力测定

微生物对于降低环境中的砷毒性具有重要作用。从高砷土壤中筛选出耐砷菌株C62,通过生理生化特征和16SrRNA基因序列同源性分析对其进行分类鉴定;采用原子荧光光谱法和亚砷酸盐氧化酶大亚基(aoxB)基因序列分析法验证菌株C62的砷氧化功能;优化菌株C62亚砷酸盐氧化酶(Aro)活力的测定条件,并对提取的粗酶进行酶活力测定,以为后续的分离纯化以及微生物处理砷污染的实际应用奠定理论基础。结果表明:菌株C62是一株砷氧化细菌,属于芽孢杆菌属,命名为Bacillus sp.C62,可在28h内将培养基中5mmol/L的As(III)氧化为As(V);菌株C62亚砷酸盐氧化酶(Aro)基因的表达需要As(III)的诱导;利用连续监测法采用优化后的测定条件,测得Bacillus sp.C62的粗酶活力为0.015μmol DCIP/(min·mg),与文献中已报道的几种Aro的活力接近。     

砷氧化菌对胡敏酸络合As (Ⅲ)的氧化作用

土壤砷与土壤微生物相互作用是土壤砷形态转化中需要重点关注的内容之一.为了研究砷氧化菌对胡敏酸络合三价砷[HA-As(Ⅲ)]的作用,设置了不同p H值反应体系,研究砷氧化菌HN-2对HA-As(Ⅲ)作用下,砷的形态变化及其在固液两相中的分配.结果表明,在HA与As(Ⅲ)络合过程中,HA可以将一部分游离态As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ).其中,在p H=7的体系中,As(Ⅲ)被HN-2和HA氧化成As(Ⅴ)的效率最高.在含有砷氧化菌株和不含砷氧化菌株的体系中,0~10 h振荡过程中,HA-As材料均可以释放一部分As(Ⅲ)及As(Ⅴ)进入液相中,同时砷氧化菌可以快速地将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),而胡敏酸可以较缓慢地将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ);反应10~24 h期间,HN-2砷氧化菌可以将络合态HA-As(Ⅲ)转化为游离态As(Ⅲ)并氧化为As(Ⅴ);48 h后反应逐渐达到平衡.固相同步辐射结果可以进一步证明HN-2砷氧化菌对络合态As(Ⅲ)的释放及氧化作用.     

水稻不同生长时期不同组织中抗砷内生菌的筛选与鉴定

微生物对于土壤-植物系统中砷的迁移转化有重要作用,植物内生菌是一种极其丰富的微生物资源,但至今尚未有研究报道植物内生菌对砷污染的响应.采用组织分离法和涂布平板法,以水稻(甬优-538)为研究对象,分别于水稻幼苗期、分蘖期、开花期和成熟期(2015年5~8月)分离根部、茎部、叶部、穗部(仅成熟期)可培养内生细菌,并通过16S r DNA序列进行菌种鉴定.对分离所得内生菌先用1 mmol·L~(-1)亚砷酸钠[As(Ⅲ)]和10 mmol·L~(-1)砷酸钠[As(Ⅴ)]进行抗砷筛选,再用2mmol·L~(-1)的As(Ⅲ)和20 mmol·L~(-1)的As(Ⅴ)对初筛抗砷菌株进行复筛,以鉴定内生菌对不同砷形态的抗性.结果表明:共获得126株水稻内生菌,归为13个属,水稻幼苗期分离出8个属共37株菌;分蘖期分离出5个属共25株菌;开花期分离出8个属共24株菌;成熟期分离出8个属共30株菌.主要优势菌属为芽孢杆菌属(Bacillus sp.)、假单胞菌属(Psoudomonas sp.)和不动杆菌属(Acinetobacter sp.).抗砷初筛选实验中得到20株菌对1 mmol·L~(-1)的As(Ⅲ)和10 mmol·L~(-1)的As(Ⅴ)的抗性较强,复筛发现其中16株菌对2 mmol·L~(-1)As(Ⅲ)有较强抗性,13株菌对20 mmol·L~(-1)As(Ⅴ)有较强抗性,其中菌株CS1对两种形态砷的耐性最显著.     

微生物对砷的氧化还原竞争

滤池被广泛运用于饮用水厂中,前期研究发现某水厂生物滤池处理含砷地下水时,一方面三价砷可被生物氧化锰氧化为五价砷,另一方面滤池系统中存在的微生物砷还原酶可促使五价砷还原为三价砷,而滤池表面存在的这种微生物竞争关系会影响滤池的稳定性及处理效率.为探讨其内在机制,本研究选取1株锰氧化模式菌(Pseudomonas sp.QJX-1)和1株砷还原模式菌(Brevibacterium sp.LSJ-9),考察在Mn2+、As(As3+、As5+)共存时,两菌株对空间、营养物质以及对砷氧化/还原的竞争关系.结果表明,不同的反应时间,Mn、As质量浓度/价态不同,三价及五价砷体系中,Pseudomonas sp.QJX-1生成的锰氧化物在砷的氧化还原反应中占主导地位,即能迅速氧化本身存在的As3+(三价砷体系)和砷还原菌产生的As3+(五价砷体系),最终两体系中砷都主要以As5+的形式存在.PCR及RT-PCR结果表明,反应过程中锰氧化菌功能基因(cum A)抑制了砷还原酶(ars C)的表达,锰氧化菌16S rRNA表达量始终比砷还原菌高两个数量级,即锰氧化菌在生长竞争过程中占优势.实验结果表明滤池的水力停留时间是决定出水中砷价态的一个重要因素.     

HPLC-DRC-ICP-MS检测四种尿砷化合物

拟建立检测尿液中As(Ⅲ)、DMA(Ⅴ)、MMA(Ⅴ)和As(Ⅴ)4种砷化合物形态的HPLC-DRC-ICP-MS的方法。采用DRCTM(反应气为O2)与HPLC联用作为检测器,Phenomenex ODS-3作为分离柱,5 mmol/L四丁基羟胺,3 mmol/L丙二酸,5%(体积分数)甲醇为流动相(pH=5.0~6.0),建立了同时分析尿液中As(Ⅲ)、DMA(Ⅴ)、MMA(Ⅴ)和As(Ⅴ)的方法。实验结果显示:该分析方法对上述4种砷化合物的检测限均在0.1μg/L以下,在1~20μg/L范围内线性关系良好,准确度和精密度良好,回收率为89%~106%,样品中的Cl-1对测定没有影响。所建立的HPLC-DRC-ICP-MS分析方法稳定、可靠,适用于快速、批量测定尿砷形态。     

光照厌氧条件下沼泽红假单胞菌对砷的抗性及其机制

采用UV-Vis和HPLC-ICP-MS分析方法,在光照厌氧条件下研究了沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris CQV97)对砷(As)的抗性和机制.结果表明,As(Ⅴ)与As(Ⅲ)对R.palustris CQV97的半数效应浓度(EC50)分别为2.3mmol·L-1和0.9mmol·L-1;该菌株能够将As(Ⅴ)还原为As(Ⅲ),不能将As(Ⅲ)转化为As(Ⅴ)或甲基砷;在含有0.1mmol·L-1As(Ⅴ)的培养基中培养80h,细胞积累的总As可达1.32mg·g-1(以干重计),其中,9.8%存在于细胞质中,4.9%与细胞膜的脂质相结合,其余被认为吸附在细胞表面;全细胞、细胞质、细胞膜所含的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的相对比例分别为16.3%和83.7%、12.1%和87.9%、16.5%和83.5%.静息细胞砷吸附结果表明,与0℃孵育细胞相比,25℃孵育细胞对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)吸附量较高;灭活细胞对As(Ⅴ)的吸附量进一步提高,而对As(Ⅲ)的吸附量则降低.因此,光照厌氧条件下,R.palustrisCQV97对As具有较强的抗性和吸附特性,对As(Ⅴ)的抗性和吸附性均明显高于As(Ⅲ);其抗砷机制为细胞质As(Ⅴ)的还原途径,具体为在细胞内将As(Ⅴ)还原为As(Ⅲ),继而As(Ⅲ)被转运至细胞外,维持胞内As的含量在较低水平.本研究可为深入理解光合细菌对无机砷的抗性机制、砷的地球化学循环及砷的环境污染和生物修复提供理论参考.     

施硼对水稻幼苗吸收和分泌砷的影响

通过3组水培试验研究了营养液不同供硼(B)浓度和叶面施B对水稻(Oryza sativa L.)幼苗吸收、转运和分泌砷(As)的影响.在10μmol·L-1三价砷[As(Ⅲ)]或五价砷[As(Ⅴ)]处理下,营养液B浓度没有显著影响水稻体内As(Ⅲ)、As(Ⅴ)和总As的含量、转移系数和根吸收效率.叶面施B使得水稻幼苗地上部的B含量显著增加15.8倍,使得As(Ⅴ)处理条件下的根部As含量和As根吸收效率分别显著降低20.9%和18.0%,As(Ⅲ)处理条件下的根部As含量和As根吸收效率分别降低12.6%和13.8%(P0.05),而地上部As含量降低不显著(P0.05).在As(Ⅴ)处理下,叶面施B使根部B含量显著降低达47.1%,而As(Ⅲ)处理下根部B含量无显著变化.As(Ⅴ)处理下的水稻根部B含量平均比As(Ⅲ)处理高85.3%(P0.05).叶面施B后,As(Ⅴ)处理下水稻根部中总As含量和As(Ⅴ)含量均与根部B含量呈显著正相关(P0.05).As(Ⅲ)预处理后水稻幼苗根系外泌的As总量比As(Ⅴ)预处理高105.2%.叶面施B使As(Ⅲ)预处理水稻的As外泌量增加14.0%~16.9%(P0.05),对As(Ⅴ)预处理的水稻As外泌无影响.水稻根部有45.9%~70.7%的As可以在1周内被外排到生长介质中.结果表明,营养液供B浓度为As浓度的4倍时仍不能减少水稻幼苗对As的吸收累积,而叶面施B有助于减少水稻对As的吸收.B通道不是As(Ⅲ)进入水稻根系的主要途径;As(Ⅴ)在水稻中的迁移分配机制可能与B的迁移运输有关.     

铜、砷单一及复合污染对黑藻的毒性效应

通过室内模拟试验,研究了铜(Cu)、五价砷〔As(Ⅴ)〕单一及复合污染对黑藻〔Hydrilla verticillata (L.f.) Royle〕生长、富集Cu和As的能力以及对超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响.毒性测试结果表明,Cu和As(Ⅴ)对黑藻的4 d-EC₅₀分别为2和12 μmol/L,单一Cu对黑藻的毒性远高于As(Ⅴ). 复合污染试验结果表明,对于5 μmol/L As(Ⅴ)处理组,低浓度Cu〔c(Cu)<2 μmol/L〕的加入,促进了植物生长,降低了植物体内的As总量〔w(As)〕,同时降低了植物体中占主要部分的三价砷的含量(w〔As(Ⅲ)〕). 对于Cu处理组,As(Ⅴ)的加入同样抑制了黑藻对Cu的富集,SOD活性也高于单一Cu处理,可见在低浓度Cu处理下,Cu和As(Ⅴ)之间存在拮抗作用;而高浓度Cu〔c(Cu)≥2 μmol/L〕的加入,虽然植物对Cu和As(Ⅴ)的富集与单一Cu和As(Ⅴ)处理相比均显著降低,但植物生长受到抑制,SOD活性与单一处理相比也显著降低(P<0.05),因此高浓度Cu处理下,二者对黑藻毒性起协同作用. 总之,黑藻具有应用于处理低浓度Cu和As(Ⅴ)单一及复合污染水体的潜力.      

微生物作用引起的铁铝氢氧化物吸附砷的还原与释放机制研究

地下水砷污染的形成机制目前尚不清楚,普遍认为,微生物对吸附于铁氧化物表面的As(Ⅴ)以及基质Fe(Ⅲ)的还原是砷释放的主要原因.本研究中以富集的混合菌群为接种微生物,以不同比例（Al∶Fe为1∶0、 1∶1、 0∶1）的铁铝氢氧化物为吸附剂,考察了微生物对吸附于这些载体上的As(Ⅴ)的还原和迁移作用.结果表明,接种微生物后,3种体系表现出不同程度的As释放,溶液中释放的As基本上是As(Ⅲ).在氢氧化铁体系中,溶解态As(Ⅲ)浓度仅为60 μg/L左右,微生物还原产生的As(Ⅲ)几乎全部存在于固相中;在Al∶Fe为1∶1的铁铝氢氧化物中,溶解态As(Ⅲ)大约为1.3 mg/L;氢氧化铝体系中,该值为7.8 mg/L,约占微生物还原总As(Ⅲ)的82%.而未接种的对照组均未检测到As(Ⅲ)以及明显的As释放.本研究还考察了吸附基质铁氧化物的还原对砷迁移的影响,结果表明,砷的还原发生在铁还原之前,铁的还原并没有引起砷的明显释放.因此,根据本实验结果推断,氢氧化铁吸附的As(Ⅴ)的还原及Fe(Ⅲ)的还原很可能不是造成地下水系统中砷释放的主要原因,而吸附于铝氧化物或其它矿物表面的As(Ⅴ)的还原可能引起了砷向水相迁移.     

UV/H_2O_2对土壤中As(Ⅲ)氧化效果的初步研究

为了减弱As迁移能力,降低其毒性,将土壤中As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),使其更容易被固定。通过人工模拟的受砷污染土壤研究了自然光、紫外线、H2O2、自然光+H2O2和紫外线+H2O2对As(Ⅲ)的氧化效果。结果表明:5个组合均能氧化As(Ⅲ),紫外线+H2O2组合氧化效果最好,在此基础上通过正交试验确定该组合对As(Ⅲ)氧化的最优操作条件。UVC波段的紫外线氧化效果最好;光照强度12 W、光照时间为6 h时,氧化效果较好,继续增加光照强度和光照时间氧化效果没有明显提高;H2O2投加量为20 m L/kg时氧化效果最好,且继续增加投加量,氧化效果仍能改善。     

三价砷和五价砷对活性污泥几种酶活性的影响

应用静态试验,研究了As(Ⅲ),As(Ⅴ)对活性污泥脱氢酶活性、脲酶活性、蛋白酶活性的影响。其结果:抑制10%脱氢酶、脲酶、蛋白酶活性的As(Ⅲ)浓度分别为10.0mg/gMLSS,13.4mg/gMLSS,2.6mg/gMLSS;As(Ⅴ)的浓度则分别为552.6mg/gMLSS,464.4mg/gMLSS,193.7mg/gMLSS。As(Ⅲ)对活性污泥的毒性比As(Ⅴ)平均大53倍。     

A(sⅢ)和A(sⅤ)对小球藻(Chlorella sp).的生长影响研究

砷是广泛存在于自然界中最常见的毒性污染物,包括土壤,沉积物,水体,大气层,甚至生物体,毒性极强。环境中砷的污染严重威胁人类的健康,已被视为一个全球性的公共卫生问题。为了研究砷对小球藻的生长影响,文章通过实验室培养方式,选取了6个不同浓度的As(Ⅲ()0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 mg/L)和As(Ⅴ()1.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0 mg/L)的培养处理,以在680 nm下小球藻的吸光度(OD680)作为衡量因子,对小球藻Chlorella sp(.100 ai)在不同浓度砷离子的培养液中的细胞密度进行了试验,整个实验共进行了7 d。结果表明,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)浓度分别在10.0 mg/L和20.0 mg/L以上时抑制100 ai细胞生长,导致其密度下降。用概率统计方法计算得到A(sⅢ)对100 ai的96 h半数有效抑制浓度EC50值为25.79 mg/L。参照藻类生长抑制评价标准,A(sⅢ)对100 ai的毒性比A(sⅤ)大。     

Pantoea sp.IMH介导土壤中砷锑的形态转化

砷(As)、锑(Sb)污染是世界范围内比较严重的环境问题,且经常同时存在.微生物在As、Sb的氧化还原和迁移转化的过程中起着至关重要的作用.As和Sb作为同族元素,具有类似的化学性质和相关的微生物氧化还原机制.然而,砷还原菌株对As、Sb迁移转化机制的研究相对较少,特别是在As、Sb共存的土壤中.本研究的目的是探究含有ars C基因的砷还原菌株Pantoea sp.IMH对土壤中As、Sb的氧化还原和迁移转化.除了接种活细胞的活菌体系和非生物对照组,同时,考虑到自然界中细菌死亡裂解过程,还做了失活死细胞的死菌体系.结果表明,在活菌体系中,溶解态As(Ⅴ)有72.7μg·L~(-1)转化为As(Ⅲ),364.8μg·L~(-1)的溶解态的Sb(Ⅴ)没有还原,表明ars C介导的砷还原菌不能还原Sb(Ⅴ).在死菌体系中,总砷和总锑的含量分别为506.8μg·L~(-1)、821.1μg·L~(-1),是活菌体系(As=155.2μg·L~(-1);Sb=364.8μg·L~(-1))和非生物对照组中(As=57.6μg·L~(-1);Sb=271.1μg·L~(-1))砷锑含量的4倍左右.这可能是死菌体释放的胞内物质促进了砷锑的释放,3个体系中总砷和总锑释放量均显著性相关(P0.05).本研究进一步阐释了微生物对土壤中As和Sb迁移转化的影响.     

带菌盐藻对不同形态砷的富集和转化研究

自然环境中藻和菌多是共生的,藻菌共生体对污染环境修复具有较好的应用前景.本研究通过16S rRNA序列分析方法从带菌盐藻中分离鉴定出1株芽胞杆菌(Bacillus solisalsi),并测定了不同浓度的亚砷酸盐[As(Ⅲ)]和砷酸盐[(As(Ⅴ)]胁迫13 d后,带菌盐藻对砷的吸收、吸附、转化情况以及培养液中的砷含量及其形态.结果表明,无菌盐藻对砷的耐性较强,在250μmol·L-1和500μmol·L-1As(Ⅲ)胁迫下,砷含量分别为3.78 g·kg-1和4.56 g·kg-1,但是培养液中的砷含量仅下降7.9%~8.3%,Bacillus solisalsi单独除砷的能力也不强(去除率为6.1%~19.9%).盐藻及其共生菌协同除砷的能力较强,25~100μmol·L-1As(Ⅲ)处理下能吸收0.99~2.79 g·kg-1的砷,25~500μmol·L-1As(Ⅴ)处理下能吸收1.22~3.46 g·kg-1的砷.25~100μmol·L-1As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫下砷去除率均在54.3%以上.带菌盐藻可以通过As(Ⅲ)氧化、As(Ⅴ)还原、As(Ⅲ)甲基化和排出胞外等途径降低砷的毒害.     

三价砷和五价砷对活性污泥几种酶活性的影响

应用静态试验,研究了As(Ⅲ),As(Ⅴ)对活性污泥脱氢酶活性、脲酶活性、蛋白酶活性的影响。其结果:抑制10%脱氢酶、脲酶、蛋白酶活性的As(Ⅲ)浓度分别为10.0mg/gMLSS,13.4mg/gMLSS,2.6mg/gMLSS;As(Ⅴ)的浓度则分别为552.6mg/gMLSS,464.4mg/gMLSS,193.7mg/gMLSS。As(Ⅲ)对活性污泥的毒性比As(Ⅴ)平均大53倍。     

溶解有机质对微生物异化还原铁过程中砷含量及其形态赋存规律的影响

基于典型的希瓦氏金属还原菌(Shewanella decolorationis S12)和石英砂负载铁砷(As-IOCS)的相互作用,探讨了不同来源及组分溶解有机质和生物/非生物条件下对上述作用过程的影响.结果表明,不同类型及组分溶解有机质(DOM)均能使石英砂上负载的铁砷微生物还原解离/解吸程度得到一定程度的加强.而非生物反应体系中,只有含氧化还原敏感官能团结构的蒽醌类物质(0.1 mmol·L-1AQS)对铁砷的解离/解吸作用产生明显影响.在0.1 mmol·L-AQS和有机络合物(2 mmol·L-1 EDTA)的影响下,使得石英砂上负载铁的微生物异化还原程度加强,导致As(Ⅴ)从石英砂负载铁上的解吸程度也随之得到加强;在未加菌体系中,AQS和EDTA和不同组分的DOM类似,对As(Ⅴ)从IOCS上解吸程度影响微弱.对于As(Ⅲ)来说,只有在AQS的影响下,其含量得到显著增加,这可能是作为氧化还原中介体的AQS,在厌氧的生物/非生物条件下,能促进电子在As不同形态之间的转移,使得高价态As(Ⅴ)向还原态As(Ⅲ)的还原转变更易进行.当S12菌液接种含量增加时,在污泥不同组分DOM的影响下,As(Ⅴ)的解吸程度在反应300h前得到明显加强,而As(Ⅲ)的含量在整个反应期间,均快速上升,表明菌液含量高的体系,微生物铁异化还原过程得以持续进行,同时也促进了As(Ⅴ)向As(Ⅲ)的还原转变.     

微生物铁氧化作用对砷迁移转化的影响

采用厌氧培养的方法,从砷污染的水稻上中富集依赖硝酸盐的铁氧化菌群,通过监测培养体系中Fe和A$的形态变化模拟水稻厌氧条件下微生物铁氧化过程对As迁移转化的影响.结果表明,约96%外源添加的Fe(Ⅱ)可在10d内氧化成Fe(Ⅲ),As(Ⅲ)对Fe(Ⅱ)的初期氧化速率具有一定的抑制作用;在微生物铁氧化过程中,As(Ⅲ)被氧...     

一株具砷氧化和反硝化功能的无色杆菌的筛选和鉴定

利用含As3+肉汤培养基,从广西河池砷污染地区水样和沉积物样中通过多次分离、纯化获取砷耐受菌.进一步从砷耐受菌中筛选出在好氧条件下可以同时进行砷氧化和反硝化的多功能菌株cll-35. 对该菌株进行形态观察,并利用16S rDNA序列分析方法进行鉴定,发现该菌株为革兰氏阴性菌,与Achromobacter denitrificans strain 22426和Achromobacter xylosoxidans strain C8B的同源性均达99%;该菌株在NO₃-和As3+同时存在的条件下好氧反硝化能力和砷氧化速率均得到提高;在只含NO₃-的条件下,NO₃-的去除率为53.65%,而在As3+和NO₃-同时存在的条件下,NO₃-的去除率为75.27%.在不含NO₃-和含NO₃-的条件下,As3+的转化率都在99%以上,而在含NO₃-的条件下,As3+的氧化速率更快.这种相互促进可能与反硝化过程中的电子传递和砷氧化过程中的动态平衡有关.      

氧化-混凝法去除水中As(Ⅲ)的研究进展

A(sⅢ)的毒性是A(sⅤ)的60倍,而且比A(sⅤ)更难去除,已经受到越来越多的关注。文章从As(Ⅲ)的氧化动力学、常用混凝剂的除砷效果和氧化-混凝法对As(Ⅲ)的去除三个方面介绍了国内外在除As(Ⅲ)领域的研究进展,详细阐述了各种方法的优缺点,并对未来的研究方向进行了展望。     

δ-MnO_2降低无机三价砷毒性的研究

文章利用自制的δ-MnO2对剧毒性无机A(sⅢ)进行了氧化吸附过程的实验室研究,考察了反应进程中各形态砷的变化,同时进一步对与高浓度A(sⅢ)反应前后δ-MnO2的结构和形貌进行了X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱(Raman)鉴定。实验结果表明,δ-MnO2通过氧化和吸附作用对A(sⅢ)的毒性去除效果显著,60 min内溶液中A(sⅢ)消失了72.3%。形态学研究表明,反应前后δ-MnO2的XRD图没有明显变化;而SEM图显示,反应后δ-MnO2的蜂窝状结构其固体孔隙比反应之前明显变小;EDX的数据显示δ-MnO2固体中出现了一定含量的As元素;δ-MnO2反应前后Raman光谱的吸收强峰由649 cm-1处变化到865 cm-1处,也表明出现了一部分可以永久固定在δ-MnO2固体内的A(sV)。该研究认为,δ-MnO2具有较强氧化和吸附活性,可以大大降低三价无机砷的毒性。