污染土壤中砷的生物可给性研究

采用体外模拟的方法研究采自浙江某污染地块7个污染土壤样品中砷的生物可给性。结果表明,土壤中的砷经口摄入不会完全进入消化液。生物可给性引入后,土壤中砷的修复目标计算值更为科学合理。     

基于形态与in vitro方法的铬污染土壤生物可给性研究

铬（Cr）是电镀类场地的主要污染物.开展土壤中Cr（III）和Cr（VI）的生物可给性研究对于准确评估Cr污染场地风险,克服污染场地过度修复问题十分关键.本研究采集我国栗钙土、红壤、潮土3种典型土壤,通过添加相同浓度污染物的方式制备成Cr（III）或Cr（VI）污染土壤.随后利用5种体外方法（in vitro）,对3种土壤经口摄入的Cr生物可给性进行比较与健康风险评估.进而从土壤理化性质、Cr赋存形态、土壤矿物组成方面,对不同土壤在溶解度生物可给性研究联盟（SBRC）方法中的生物可给性差异进行分析.结果表明,基于生物可给性的Cr污染土壤健康风险评估能够显著降低风险水平,提高风险控制值,其中,SBRC方法在评估中更具有保守性.3种土壤在相同的Cr（III）和Cr（VI）污染浓度下,栗钙土相较于红壤和潮土在肠期具有更高的生物可给性和健康风险.此外,土壤黏粒、有机质含量及迁移系数能够影响土壤Cr的生物可给性,土壤矿物种类赋存不同也是造成Cr（III）和Cr（VI）在不同土壤中生物可给性差异的重要因素.     

砷形态提取及其在消化道中生物可给性研究

目前评估砷的人体健康风险时多基于总量进行,但此法会高估砷对人体造成的危害。文章总结了常见基质中砷的形态提取方法及常用的砷人体生物可给性的体外胃肠模拟方法,对砷进入胃肠道后发生的形态转化及生物可给性进行分析,为更准确的砷健康风险评价提供了科学依据。讨论了目前砷形态测定及生物可给性模型等方面存在的不足并提出了展望,可为今后砷的形态研究及健康风险评价提供帮助。     

应用in vitro法评估土壤性质对土壤中Pb的生物可给性的影响

选取22种典型土壤样品,应用2种in vitro(体外模拟)试验方法——SBET法(simple bioaccessibility extraction test,生物有效性简化提取法)和PBET法(physiologically-based extraction test,生物原理提取法),定量阐明土壤性质对Pb的生物可给性的影响. 结果表明:①SBET法中Pb的生物可给性为18.78%~77.08%,平均值为44.14%;PBET法中Pb的生物可给性为0.72%~50.51%,平均值为13.77%. 除赤红壤和贵州黄壤外,其余20种土壤样品均表现为SBET法中Pb的生物可给性显著高于PBET法,并且随着土壤pH的增长,2种方法的差距更加显著. ②逐步回归分析结果表明,在SBET法中,对土壤Pb的生物可给性影响最大的因子是土壤中w(黏粒),其次为pH,二者可以解释69.49%的Pb的生物可给性的变化;在PBET法中,对土壤Pb的生物可给性影响最大的因子是pH,其次为w(黏粒),二者可以解释73.65%的Pb的生物可给性的变化. 研究结果说明,污染土壤中Pb的生物可给性可以根据土壤pH和w(黏粒)进行预测.      

基于生物可利用性的砷污染土壤修复目标值研究

采用IVG(In Vitro Gastrointestinal)和UBM(Unified BARGE Method)两种体外试验方法,研究了湖北省某一砷污染地块的潮土中,砷在不同浓度梯度和深度梯度下的生物可利用性.结果表明,砷在胃相中的生物可利用性为4.50%～26.41%,在小肠中的生物可利用性为3.95%～22.39%.同时,采用Pearson相关性分析和主成分分析方法探究了人体胃肠可吸收砷的可能来源,发现人体胃肠可吸收利用的砷与土壤中非专性吸附态、专性吸附态、无定形和弱结晶铁铝氧化物结合态砷有显著相关性.通过构建土壤中砷生物可给态浓度的多元线性回归方程,发现土壤pH、总砷含量及砂粒含量是砷生物可给态浓度的主要预测因子.将概率累积分析法获取的地块土壤砷背景浓度上限值与湖北省土壤背景值、GB36600中附录A中潮土砷的背景值进行比较,推导出该地块基于生物可利用性的土壤砷背景浓度上限值为113 mg·kg^-1,结合该地块今后规划为生态保护绿地,可将土壤砷背景浓度上限值作为地块修复目标值制定的参考,在一定程度上可以避免修复目标值过严导致修复成本过高的问题.     

生物炭对华北农田土壤N2O通量及相关功能基因丰度的影响

为了探寻施用生物炭对农田土壤氧化亚氮(N_2O)的减排效果和机制,于2015年3月27日至6月5日,利用盆栽实验研究了施用生物炭(CK,C1:5%,C2:10%,C3:15%,C4:30%)(质量分数)对华北农田土壤N_2O通量、氨单加氧酶(amo A)、亚硝酸盐还原酶(nir S、nir K)以及氧化亚氮还原酶(nos Z)基因丰度的影响.结果表明:(1)施用低量生物炭(5%)能够促进N_2O排放,施用中、高量生物炭可以起到抑制N_2O排放的效果,且生物炭用量为15%时减排效果最佳.(2)实验初期,施用生物炭对土壤硝化反硝化基因丰度影响较大,AOA和nir S基因丰度与生物炭施用量呈极显著正相关关系,nir K基因丰度与生物炭施用量呈显著正相关关系,AOB和nos Z基因丰度与生物炭施用量呈显著负相关关系;实验末期,AOA丰度与生物炭施用量表现为显著负相关关系,AOB丰度与生物炭施用量表现为显著正相关关系.(3)实验初期,N_2O排放通量与AOA、nir S基因呈现极显著的负相关关系,说明在土壤含水量较高的条件下,N_2O的产生受AOA、nir S基因丰度控制调节;实验末期,N_2O排放通量与nos Z基因呈现极显著正相关关系,说明在土壤含水量较低的条件下,N_2O的产生受nos Z基因丰度控制调节.本研究结果表明施用生物炭能够增加硝化反硝化功能基因丰度,并降低N_2O的排放,为华北农田合理施用生物炭提供了一定的理论依据.     

场地健康风险评估及生物可给性的应用

通过对江苏省某化工遗留场地初步调查和详细调查,确定了土壤污染物砷和硫酸盐,并得到场地污染状况。运用我国《污染场地风险评估技术导则(报批稿)》评估了该场地对人体健康风险,得到硫酸盐的非致癌风险为6.86×10-3,砷的致癌风险和非致癌风险分别为5.82×10-4和9.71。砷对人体健康风险值超过工业用地可接受致癌风险值(10-5)和非致癌风险值(1),需要对砷进行修复,计算得砷的修复目标值为12.10 mg/kg。经口摄入污染土壤是砷对人体健康风险的主要途径,而摄入污染土壤中的砷不能完全被溶解并被肠胃吸收。生物可给性反映污染物在胃肠系统中能被溶解并被小肠壁吸收的量。文章运用in vitro方法测定土壤中砷的生物可给性为40.16%,并将生物可给性引入风险评估计算,修正砷的修复目标值为21.00 mg/kg。     

转cry1Ab和epsps基因玉米C0030.3.5对土壤固氮细菌丰度和群落结构的影响

为评估转基因玉米种植对土壤氮周转功能微生物的潜在风险,以转cry1Ab和epsps基因玉米C0030.3.5(TM)及其亲本玉米DBN318(PM)为研究对象,于2015年拔节期、抽雄期、乳熟期、完熟期采集根际土和非根际土进行试验,并采用荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,q PCR)和末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,TRFLP)技术分析土壤固氮微生物nif H基因丰度和多样性.结果表明,TM和PM根际土和非根际土固氮细菌nif H基因丰度随生长时期整体呈现先升高后降低的变化趋势,无论是根际土还是非根际土,同一生长时期2种玉米nif H基因丰度间差异均不显著.相关分析显示,土壤固氮细菌nif H基因丰度与有机质含量呈极显著正相关.T-RFLP结果表明,所获得的14种TRFs中,43 bp和155 bp片段所代表的固氮细菌为共有优势种群,无论是根际土还是非根际土,同一生长时期各T-RFs的相对丰度在TM和PM间差异同样不显著.土壤固氮细菌的Shannon指数和Evenness指数随生长期整体呈现出先升高后降低的变化趋势,无论是根际土还是非根际土,同一生长时期TM和PM的Shannon指数间及Evenness指数间均无显著差异.主成分分析(principal component analysis,PCA)表明TM和PM土壤固氮细菌群落结构组成无显著差异.冗余分析(redundancy analysis,RDA)显示土壤铵态氮和p H对固氮细菌群落结构组成影响显著.     

不同铁矿物对水稻土砷的稳定化效果及机制

水淹缺氧条件是驱动水稻土砷释放引起砷污染的主要原因,其中,铁矿物在砷的迁移转化过程中扮演重要的角色.为研究水铁矿、针铁矿和赤铁矿对水稻土砷的稳定化效果,分析了3种铁矿物对土壤溶液砷浓度的影响,采用土壤溶液中亚铁和总铁的浓度变化来评估不同铁矿物对砷的稳定化效果,并对3种铁矿物进行扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等表征分析.结果表明,水铁矿具有最大的比表面积,为192.54m2·g-1,且微孔孔容达到0.069 cm3·g~(-1),针铁矿和赤铁矿依次减少,而3种铁矿物的结晶度以针铁矿最高,赤铁矿和水铁矿依次降低.施用水铁矿、针铁矿和赤铁矿均有效地降低了土壤溶液中砷的浓度,当添加量为2.0%(质量分数)时,土壤溶液中砷浓度分别降低62.55%、61.36%和55.16%.相关性分析表明,随着无定形铁含量的提高,其对砷的稳定化效果趋于显著,其中,土壤无定型铁与无定型结合态砷含量存在正相关关系(r=0.879,p=0.009),而与土壤溶液砷存在负相关关系(r=-0.895,p=0.006).     

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.     

Optimization of an in vitro method to measure the bioaccessibility of polybrominated diphenyl ethers in dust using response surface methodology

To more reasonably evaluate human intake of PBDEs via dust ingestion, bioaccessibility should be taken into account. Previously, we developed an in vitro method to determine the bioaccessibility of PBDEs in food. Here, this method was adapted to determine the bioaccessibility of PBDEs in dust and the digestion conditions that influenced the bioaccessibility of PBDEs were optimized. The digestion conditions included the incubation time of dust in the intestinal digestion solution (T), the bile concentration in the intestinal digestion solution (C_bile), and the ratio of the volume of the intestinal digestion solution to dust (R). The influence of the concentrations of individual PBDE congeners (C_PBDE) on the bioaccessibility of PBDEs was also investigated. Central composite design was used to build an experimental model and set experimental parameters, and response surface methodology was used to analyze the obtained data. The results showed that the bioaccessibility of PBDEs increased with the increases of C_bile and R, and was independent of T and C_PBDE. Under the digestion conditions with C_bile and R being at 4.0-7.0 g/L and 150-250, respectively, the bioaccessibility of PBDEs in the method-dust varied from 39.2% to 72.8%, which were comparable with the bioaccessibility or bioavailability of PBDEs in dust/soil in the literature. Thus, the in vitro method to measure the bioaccessibility of PBDEs in dust was established and validated. Finally, the bioaccessibility of PBDEs in four natural dust samples, which ranged from 36.1% to 43.3%, were determined using the adapted method.     

喷施锌肥对油菜镉锌生物可给性的影响

采用溶液培养和体外消化实验,研究不同Zn营养条件下,喷施ZnSO_4和ZnNa_2EDTA对两种油菜Cd、Zn质量分数以及生物可给性的影响,计算人体通过食用油菜摄入Cd、Zn的量,评估喷施Zn肥降低人体Cd摄入提高Zn吸收的潜力.结果表明,正常Zn营养下油菜地上部Cd质量分数显著低于缺Zn条件下,喷施ZnNa_2EDTA显著降低油菜Cd质量分数;正常Zn营养下油菜地上部Zn质量分数显著高于缺Zn条件下,喷施Zn肥可显著提高油菜Zn质量分数,其中喷施ZnSO_4处理效果最佳.正常Zn营养下油菜Cd的生物可给性显著低于缺Zn条件下,喷施Zn肥显著降低油菜Cd在胃阶段的生物可给性,与对照相比最大降幅为35.81%,喷施ZnSO_4显著降低Cd在小肠阶段的可给性,最大降幅为59.24%;喷施Zn肥使油菜Zn在胃和小肠阶段的生物可给性显著低于对照处理,最大降幅为68.90%,其中ZnSO_4降低效果明显强于ZnNa_2EDTA.食用Cd污染的普通油菜寒绿摄入Cd的量超过世界卫生组织推荐的每日耐受值,通过选择低积累油菜华骏或喷施ZnSO_4可以显著减少人体摄入Cd的量,有效降低Cd过量摄入的健康风险;食用未喷施Zn肥或喷施低浓度ZnNa_2EDTA的油菜有Zn摄入不足的风险,而食用喷施ZnSO_4或高浓度ZnNa_2EDTA的油菜可以满足蔬菜膳食Zn摄入的需要,其中喷施ZnSO_4效果更好.总之,喷施Zn肥可显著降低油菜地上部Cd、Zn的生物可给性,有效减少人体食用油菜摄入Cd的量,提高摄入Zn的量,其中喷施ZnSO_4处理的效果最佳.     

挥发性甲基硅氧烷的体外代谢行为

挥发性甲基硅氧烷(volatile methyl siloxanes,VMSs)的高产量、环境广泛存在性和毒性使其成为备受关注的新型环境污染物.VMSs在生物体中的代谢速率是决定其生物富集性的关键因子,但是目前还没有此类物质代谢速率的测试和报道.利用了鲈鱼和鹌鹑肝微粒体的体外代谢体系,测定了16种常见VMSs(D3~D6和L3~L14)的固有清除率.VMSs在鲈鱼肝微粒体中的固有清除率为0~0.031 m L·(h·mg)-1.D5在鲈鱼肝微粒体中难以代谢,与其在水生食物网中呈现显著生物放大性相一致;L4~L14均难以代谢,表明链状VMSs可能具有较高的生物富集性.VMSs在鹌鹑肝微粒体中的固有清除率[0.25~1.7m L·(h·mg)-1]显著高于鲈鱼,较快的代谢速率表明D3~D6和L3~L14在鸟类中可能不存在明显的生物放大现象;应用B[a]P作为基准物质校正代谢速率的测定误差,分析VMSs代谢速率的构效关系,发现影响VMSs在鸟类肝微粒体中代谢速率的主要因素为疏水性和电性参数.     

Humic acid-enhanced electron transfer of in vivo cytochrome c as revealed by electrochemical and spectroscopic approaches

Out-membrane cytochrome c （Cyt c） plays an important role carrying electrons from the inside of microbes to outside electron acceptors. However, the active sites of Cyt c are wrapped by non- conductive peptide chains, hindering direct extracellular electron transfer （EET）. Humic acids （HA） have been previously proven to efficiently facilitate EET. However, the inherent mechanism of HA- stimulated EET has not been well interpreted. Here, to probe the mechanism behind HA-stimulated EET, we studied the interaction between Cyt c and HA. The attachment of active in vivo Cyt c on a graphite electrode was achieved when MR-1 cells were self-assembled on the electrode surface. Pure horse-heart Cyt c was covalently immobilized on an electrode via 4-aminobenzoic acid to create an active in vitro Cyt c-enriched surface. Cyclic voltammetric measurements and scanning electron microscopy confirmed the immobilization of bacterial cells and pure Cyt c protein. Electrochemical methods revealed that HA could enhance the electrocatalytic current of both in vitro and in vivo Cyt c towards oxygen and thiosulfate, suggesting enhanced EET. The blue-shifted soret band in the UV-Vis spectra and changes in the excitation/emission matrix fluorescence spectra demonstrated that Cyt c interacted with HA to form organic complexes via electrostatic or hydrogen-bonding interactions. The results will help understand electron shuttle-stimulated EET and develop bacteria- based bioremediation and bioenergy technologies.     

武汉市幼儿园降尘Pb污染特征及其生物有效性

幼儿园降尘铅污染是儿童对环境铅暴露的重要途径.从武汉市不同功能区幼儿园采集69个降尘样品,分析了其中铅的含量与空间分布,同时根据体外模拟实验方法（PBET）研究降尘中铅的生物可给行,目的是阐明武汉市幼儿园降尘铅的分布特征、污染程度,评估降尘中的铅对人体（尤其是儿童）的生物有效性.结果表明,武汉市幼儿园降尘中全铅含量为36.3～1 523mg.kg-1,平均值为169 mg.kg-1;与国内外部分城市对比发现,武汉市降尘中铅含量水平较低.武汉市降尘中铅分布空间差异大,局部污染严重.降尘铅在胃和小肠阶段的生物可给性分别为35%±15%和7.6%±5.8%.采用国际上认可度较高的综合暴露吸收生物动力学模型（IEUBK）,预测儿童（0～6）岁群体环境铅暴露后血铅几何均值2.73μg.dL-1;超过10μg.dL-1的概率〈0.001%,超过5μg.dL-1的概率为3.32%.     

温度对嗜酸性硫杆菌活性和生物成因次生铁矿物形成的影响

通过实验室摇瓶试验研究了温度对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidan)氧化亚铁的活性及对生物成因次生铁矿物形成的影响.结果表明,在FeSO4-H2O-A.ferrooxidans休止细胞体系中,低温明显抑制了A.ferrooxidans菌的氧化活性.培养5 d后,10℃和28℃体系中Fe2+氧化率分别为11.81%和100%.当温度从10℃(培养7 d)调至28℃后,Fe2+氧化率在1 d内就迅速上升到95.10%.Fe2+最高氧化速率依次为:10℃(培养7 d)+28℃(2.25 h-1)>28℃(1.42 h-1)>10℃(0.81 h-1).次生铁矿物XRD图谱表明,在9K培养基中,10℃条件下较低的Fe3+供应速率更有利于无定型施威特曼石的形成.而在28℃条件下,施威特曼石优先于黄铁矾生成,且随着时间延长黄铁矾结晶度愈来愈高.通过XRD图谱和SEM微形貌特征判断,28℃下生物合成次生铁矿物主要为施威特曼石和黄钾铁矾的混合物.     

复合改良剂FZB对砷镉污染土壤的修复效果

通过小白菜盆栽种植试验,研究了复合改良剂FZB(硫酸铁+沸石+改性生物炭)在不同施加量条件下对土壤基本理化性质、As和Cd的生物有效性和赋存形态,以及小白菜累积转运As和Cd的影响.结果表明,在砷镉复合污染农田土壤中,施用复合改良剂FZB后,小白菜根际土壤pH、有机质含量和阳离子交换量均呈现上升趋势;土壤中有效态As和...     

不同螯合剂和有机酸对苍耳修复镉砷复合污染土壤的影响

为了提高苍耳对农田Cd和As污染的修复效率,探究了不同螯合剂和有机酸（EDTA、SAP、CA和MA）对苍耳提取农田土壤Cd和As的影响.结果表明,施用4种不同螯合剂和有机酸对苍耳的根、茎和叶生物量影响不大.不同螯合剂和有机酸对苍耳各器官Cd和As含量和积累量影响不同.与CK处理相比,施用EDTA、SAP、CA和MA均显著提高了苍耳叶部的Cd含量,增幅分别是44.1%、32.4%、41.2%和38.2%,苍耳根系As含量分别提高89.6%、7.4%、94.8%和61.5%.施用EDTA、SAP、CA和MA处理使苍耳植株总Cd积累量分别比CK处理提高70.2%、29.4%、28.9%和33.1%,而As积累量分别提高67.0%、19.6%、81.9%和40.8%.施用螯合剂和有机酸对苍耳各器官Cd和As的富集系数和转运系数也有不同影响.4种螯合剂和有机酸处理对根际土壤Cd和As含量影响均比较显著,与对照相比降幅分别是32.7%~38.2%和14.6%~20.5%.4种螯合剂和有机酸均可以提高苍耳提取农田土壤Cd和As的效率.     

经口摄入土壤多溴联苯醚生物可给性变化及影响因素的体外消化模拟

误食土壤是污染物(如多溴联苯醚)人体(主要是儿童)暴露的重要途径,人体消化道内污染物吸收的生物可给性是针对此种暴露方式进行定量风险评估的有效途径之一.本研究采用体外消化实验模拟3种不同有机碳含量的天然土壤中典型多溴联苯醚(BDE-28、BDE-47、BDE-99和BDE-153)在胃和小肠消化液中的释放,验证部分消化释放的多溴联苯醚因消化残留固相表面的再吸附造成低估实际生物可给性,并通过不同水土比的拟合计算予以校正.结果表明,校正后的消化率普遍高于校正前;就不同土样而言,BDE-28、BDE-47、BDE-99和BDE-153在不同初始暴露浓度条件下平均提升比例范围分别为14.3%~42.3%、11.1%~32.1%、4.9%~12.3%和0.0%~7.7%.因此,未经校正的消化率会显著低估PBDEs消化道内的生物可给性,尤其是低溴代组分及PBDEs初始浓度较高或高TOC含量的土样.校正后BDE-28、BDE-47、BDE-99和BDE-153的消化率分别维持在21.9%~54.7%、18.8%~43.1%、13.4%~27.2%和9.3%~19.9%.此外,PBDEs的消化率与其辛醇-水分配系数的对数lg KOW呈显著负相关;而与土壤TOC含量及PBDEs初始暴露浓度的相关性并不显著,尤其是高溴代组分.