芽孢杆菌SeRB-2还原亚硒酸盐的动力学研究

微生物还原亚硒酸盐的动力学研究具有重要的现实意义,可以为Se (IV)污染场地的微生物修复设计提供理论依据。本文研究了兼性厌氧菌Bacillus sp.SeRB-2对亚硒酸钠的还原动力学。通过指数方程模型、对数方程模型和米氏方程模型的分析可知,Se (IV)的细菌还原符合一级反应动力学,还原反应主要集中在对数期和稳定生长前期,米氏方程模型能更好的反映细菌对亚硒酸盐的还原过程。通过对不同Se (IV)浓度下的米氏常数(K_m)和最大反应速率(V_max)的分析发现,当Se (IV)浓度较低时,K_m值较小,V_max值较大,这表明Se (IV)浓度越低,还原亚硒酸盐的酶与Se (IV)的结合能力越强,此时细菌对亚硒酸盐的还原速率越大、还原效率也越高。在本研究中,当Se (IV)浓度为1 mmol/L时,其还原效率最高可达90%,能够有效去除或降低Se (IV)污染,说明该菌在Se (IV)污染场地的生物修复上具有应用潜力。     

水稻对不同土壤中硒酸盐/亚硒酸盐的吸收和富集

通过土培试验研究了在3种类型土壤(红壤、黑土和灰钙土)上施用不同价态硒肥(Na2 SeO3或Na2 SeO4)条件下,水稻地上部硒含量的变化.结果表明,在水稻幼苗期,3种土壤上Se4+硒肥处理的水稻幼苗地上部硒含量高于Se6+硒肥处理.施用Se4+硒肥,红壤、黑土及灰钙土中水稻幼苗的硒含量分别为5.76、1.18和1.11 mg· kg-1,分别为对照的2.5、4.7和6.9倍;施用Se6+硒肥,红壤、黑土及灰钙土中水稻幼苗的硒含量分别为4.70、0.66和0.73 mg·kg-1.在水稻成熟期,施用Se4+硒肥后,红壤、黑土及灰钙土中水稻籽粒中硒含量分别由对照中的0.34、0.05和0.05 mg·kg-1增加到0.94、0.14和0.20 mg·kg-1;施用Se6+硒肥后,红壤、黑土及灰钙土中水稻籽粒中硒含量分别为1.13、0.12、0.16mg·kg-1.不同价态硒肥处理和土壤类型对水稻幼苗和成熟地上部硒含量都有显著影响.在pH值低的红壤上施用Se6+硒肥效果更好,而在pH值高的黑土和灰钙土上施用Se4+硒肥效果更好;从环境风险和硒对植物毒性的角度考虑,硒肥以亚硒酸盐的形式施用比较好.     

小白菜对外源硒酸盐和亚硒酸盐动态吸收的差异及其机制研究

通过盆栽试验和室内分析,研究了小白菜对不同含量的外源硒酸盐和亚硒酸盐动态吸收的差异,并通过土壤有效硒及生物量的动态变化探究其产生的原因,旨在为富硒作物的生产和硒污染土壤的植物修复提供理论依据.结果表明,硒酸盐和亚硒酸盐处理小白菜地上部分生物量间无显著差异.在小白菜的整个生长期间(8周),硒酸盐处理小白菜地上、地下部硒含量均随生长逐渐下降,而亚硒酸盐处理小白菜地上、地下部硒含量均随生长逐渐增大.硒酸盐处理地上部硒吸收量显著高于地下部,而亚硒酸盐处理地下部硒吸收量显著高于地上部;且在整个生长过程中硒酸盐处理小白菜硒吸收量是亚硒酸盐处理的2～60倍之多,导致硒酸盐处理土壤中有效硒含量随着小白菜的生长迅速下降,而亚硒酸盐处理土壤中有效硒含量随小白菜的生长略有下降.统计分析表明,硒酸盐处理小白菜体内硒含量与土壤有效硒含量呈显著正相关,地上、地下硒含量与土壤有效硒的相关系数分别为0.901和0.864,而亚硒酸盐处理两者相关性不显著.综合小白菜硒含量和土壤有效硒随生长变化的结果可以得出,小白菜对硒酸盐和亚硒酸盐动态吸收的差异是小白菜对不同价态硒吸收能力和土壤供硒能力综合作用的结果.     

苗期小麦和水稻对硒酸盐/亚硒酸盐的吸收及转运机制

采用营养液培养方法研究了苗期小麦和水稻对硒酸盐(Na2SeO4)和亚硒酸盐(Na2SeO3)的吸收及转运机制.营养液中供给Na2SeO4时,正常培养的水稻地上部和根中硒的含量分别30.3 mg·kg-1和39.0 mg·kg-1,水稻吸收的硒有80%从根转移到了地上部;小麦地上部和根中硒的含量分别为1.76 mg·kg...     

反硝化菌促进硒酸盐还原研究及其应用初探

生物还原法处理水体硒污染,绿色经济。但大多数硒酸盐还原模式菌环境适应性较差,工程应用困难。采用某些具有硒酸盐还原能力的反硝化菌治理硒污染,则是一种新的尝试。以反硝化菌主导的硒酸盐还原菌群为研究对象,通过底物还原速率对比分析,结合微生物群落数据和功能基因定量,证实了Nap型硝酸盐还原酶主导了硒酸盐还原过程,明确了反硝化菌在还原硒酸盐过程中的作用,进一步拓展了硒还原菌谱。并以此为基础,提出了一种全新的硒酸盐污染治理策略:采用硝酸盐对活性污泥进行预驯化,可大大提升硒酸盐还原效率,因而具有一定的工程应用价值。     

外源亚硒酸盐和硒酸盐在土壤中的价态转化及其生物有效性

采用土培盆栽试验和化学分析方法相结合的方法,研究了外源亚硒酸盐和硒酸盐态硒在土壤中的价态转化及其生物有效性,旨在为富硒蔬菜的开发和硒污染土壤的生物修复提供依据.结果表明,当土壤中外源施入亚硒酸盐时,小白菜不同生长时期土壤总硒、Se(Ⅳ)和Se(0)含量均随外源硒浓度的增加显著升高(p<0.05);而当土壤外源施入硒酸盐...     

亚硒酸根的微生物转化研究

在实验室条件下，通过测定近发硒和元素硒来判断硒的生物甲基化作用（ＢＭＳｅ）和异化还原作用（ＤＲＳｅ）能否在同一环境条件下同时进行，并对多种影响因素进行了研究。结果表明：在好氧或厌氧条件下的单一菌种和混合菌环境中，ＢＭＳｅ和ＤＲＳｅ均可同时进行，而ＤＲＳｅ是亚硒酸根转化的主要途径，好氧条件下的转化大于厌氧条件，高浓度的Ｓｅ（ＩＶ）对微生物有毒害作用，抑制硒的转化，而添加葡萄糖可以促进硒的转化，硫酸根     

亚硒酸盐对四种蔬菜生长、吸收及转运硒的影响

采用土培盆栽试验和室内分析相结合的方法,研究了添加不同含量外源亚硒酸盐对小白菜、芥菜、生菜和菠菜的生长、吸收及转运硒的影响.结果表明,低含量硒(＜3.81 mg·kg-1)对供试的4种蔬菜的生长均有促进作用,而高含量硒(＞29.91 mg·kg-1)却显著抑制蔬菜的生长,并对供试蔬菜的茎、根产生明显的毒害作用.同等硒添...     

硫酸盐对两种硒形态处理下小麦硒吸收和转运的影响

为了揭示硫酸盐处理下小麦对亚硒酸盐和硒酸盐的吸收与转运规律,通过溶液培养,研究了不同浓度硫硒交互下小麦各部位的硒含量变化.结果表明,与无硫处理相比,0.1 mmol·L-1硫使小麦对硒酸盐的吸收潜力(Vmax值)和亲和力(1/Km值)分别降低了25.7%和90.8%,硫酸盐主要是通过降低小麦根系对硒酸盐的亲和力来缩小其与亚硒酸盐的吸收差异.小麦硒转移系数(TF值)随亚硒酸盐浓度的升高显著下降,降幅最高达35.3%,硫酸盐对其无显著影响;TF值随溶液中硒酸盐浓度的升高显著上升,最高增幅达53.8%,硫酸盐对其有显著促进作用.经亚硒酸盐处理后,无论施硫与否,小麦根部累积的硒均会随培养时间的延长显著向地上部运输;而经硒酸盐处理后,小麦根部累积的硒只在硫酸盐存在下才会随培养时间的延长显著运往地上部.富硒地区施用硫肥既可防止土壤硒的过度消耗,又可促进硒向可食部位的转移.     

不同作物对外源硒动态吸收、转运的差异及其机制

查明作物硒吸收、转运随生育期的动态变化,有助于更好地了解硒在土壤-植物系统中的迁移进而对其有效性进行调控.本文采用盆栽试验,研究了6种不同作物在8周生长期内对外源硒酸盐和亚硒酸盐的动态吸收和转运差异及可能机制.结果表明,作物对硒酸盐和亚硒酸盐的动态吸收规律显著不同.硒酸盐处理作物地上部和根部硒含量从种植3周后持续下降;而亚硒酸盐处理作物根部硒含量随生长逐步上升,地上部硒含量随生长呈先上升后平稳或下降的趋势.两种硒处理在整个作物生长期内都有硒的累积,但植物体内80%的硒源于前6周的吸收.6种作物相比,硒酸盐处理芥菜地上部和根部硒含量最高,小麦地上部次之,亚硒酸盐处理,胡萝卜地上部硒含量最高,地下硒含量最小,而相同硒处理菜薹、紫甘蓝和绿菜花地上部和根部硒含量相近.绿菜花、紫甘蓝、菜薹、芥菜和小麦对硒酸盐的转运明显高于亚硒酸盐,胡萝卜对两种硒的转运能力相当.生物稀释作用影响作物硒含量的动态变化,尤以硒酸盐处理最为明显,供试植物硒含量与其干重呈显著负相关,但生物量改变引起的稀释作用并不能解释其对两种价态硒截然相反的吸收规律.进一步分析发现,硒酸盐处理6种作物硒累积量与作物生长期土壤有效硒改变量呈显著正相关（P<0.05）,但亚硒酸盐处理却未发现此结果;6种作物硒累积量仅占亚硒酸盐处理土壤有效硒的0.5%~18.1%,而硒酸盐处理除胡萝卜外5种作物硒累积总量为土壤有效硒量的1.1~4.5倍,由此可见,作物对外源硒酸盐和亚硒酸盐动态吸收的差异是作物硒吸收和转运能力、土壤供硒能力及生物稀释综合作用的结果,在作物硒的强化中应该综合考虑.     

氢基质生物膜反应器去除水中硒酸盐研究

利用连续搅拌氢基质生物膜反应器研究氢气(H2)分压,NO3--N,SO42-,SeO42-进水浓度对水中硒酸盐去除效果的影响.结果表明,H2分压是水中氧化态污染物NO3-,SO42-,SeO42-去除效果的重要影响因素,随着H2分压从0.02MPa上升到0.08MPa,SO42-的去除率从3.5%上升到46.3%,总Se的去除率从60.7%上升到82.1%,NO3-全过程都完全被还原为N2;随着NO3--N进水浓度从5mg/L增加到50mg/L,SO42-,SeO42-的去除率逐渐下降至0,并出现NO2-的积累;SO42-进水浓度的增加对NO3-,SeO42-去除效果影响不大,去除率分别保持在99.5%和65%以上,三种氧化态污染物得电子的优先级为NO3->SeO42->SO42-.在NO3--N浓度为10mg/L,SO42-浓度为25mg/L的水质条件下,反应器设置H2分压为0.04MPa,进水Se(VI)浓度在0.25~2mg/L的范围内总Se可以取得80%以上的去除效果.     

土壤中硒酸盐还原作用与硝酸盐脱氮化作用的相关关系

在查明土壤中硒酸盐还原作用与硝酸盐脱氮化作用的相关关系,在不同类型土－水系统中,加入一定量的ＫＮＯ３和ＮａＳｅＯ４溶液,观察ＮＯ＾－３和ＳｅＯ＾２－４的化学形态转变过程。实验结果表明,硒酸盐的还原作用和硝酸盐的脱氮化作用在时空变化上具有一致性。     

不同价态外源硒在石灰性土壤中的形态转化及其生物有效性

通过盆栽试验和连续浸提的方法,研究了外源硒酸盐(六价硒)和亚硒酸盐(四价硒)施入石灰性土壤后的形态转化及其对小白菜生物有效性的影响.结果表明,不同价态外源硒施入土壤后,土壤各形态硒含量均随外源硒添加量的增加而显著增大(p0.01).但两种外源硒在土壤中的形态变化明显不同,施入土壤的硒酸盐主要以可溶态形式存在,在土壤中的移动性相对较大;而亚硒酸盐主要以可交换态及碳酸盐结合态形式存在,并可由可溶态转化为其他土壤形态,从而降低了其生物有效性.Monod方程拟合结果表明,小白菜根系对六价硒的亲和能力显著大于四价硒,从而使得硒酸盐处理小白菜地上和地下部最大硒含量分别为亚硒酸盐处理的5倍和2倍,说明在石灰性土壤上硒酸盐比亚硒酸盐的生物有效性更高.另外,亚硒酸盐处理小白菜地下部最大硒含量是地上部的2.3倍,而硒酸盐处理小白菜地下部和地上部最大硒含量相近,说明小白菜根系吸收在硒累积和转运过程中起着至关重要的作用.     

磷与四价硒的共存对小白菜磷、硒吸收及转运的影响

采用土培盆栽试验和化学分析相结合的方法,研究了不同浓度磷酸盐与四价硒共存对小白菜生长、磷和硒吸收及转运的影响,旨在为安全有效地进行补硒和硒污染土壤的植物修复提供理论依据.结果表明,在供试硒浓度范围内(≤5.0 mg·kg-1),施磷均显著促进了小白菜的生长,表现为地上、地下部生物量的增大(p＜0.01).与单施磷相比,硒与磷共存能抑制小白菜根系生长,且抑制其对磷的吸收.磷对小白菜硒吸收的影响与硒、磷浓度有关,表现为促进作用和抑制作用并存,当硒浓度较高时(≥2.5 mg·kg-1),与无磷对照相比施磷可促进小白菜根系对硒的吸收;但高磷处理却导致小白菜地下部硒浓度较低磷处理显著下降.小白菜对磷酸盐的选择性吸收要强于亚硒酸盐,且高浓度磷能抑制硒由小白菜地下部向地上部的转运.故在进行补硒或硒污染土壤修复时,应特别注意合理施磷,以免过量施磷对作物硒吸收和转运的影响.     

我国18种不同理化性质的土壤对硒酸盐的吸附解吸作用研究

硒在土壤中的环境化学行为及其生物有效性在很大程度受到吸附解吸作用的影响,土壤对硒的吸附解吸因为土壤理化性质的不同差异很大.本文采用批量吸附实验,选择土壤性质差异较大的我国18种农田土壤,探讨了土壤p H、无定形铁铝氧化物、有机质和机械组成等对SeO_4~(2-)吸附的影响.结果表明,18种土壤对SeO_4~(2-)的吸附均是一个先快后慢的过程,在24 h达到吸附平衡;二级动力学方程为描述SeO_4~(2-)吸附的最佳模型(R20.976),18种土壤对SeO_4~(2-)吸附大多符合Freundlich模型(R20.842);土壤对SeO_4~(2-)吸附量与p H值(P0.01)、碳酸盐含量(P0.05)呈显著负相关,而与无定型铁、铝含量(P0.01)及有机质含量(P0.05)呈正相关;18种土壤对SeO_4~(2-)吸附的固液分配系数(Kd值)均很低(0.99~18.18 L·kg~(-1));土壤SeO_4~(2-)解吸率均大于80%,表明吸附是可逆的;土壤吸附SeO_4~(2-)的低Kd值和高解吸率反映了硒酸盐易迁移淋溶的特性,这应当在区域环境硒的评价和调控中受到关注.     

Cupriavidus metallidurans SHE好氧还原Se(Ⅳ)合成硒纳米颗粒的特性研究

利用贪铜杆菌(Cupriavidu smetallidurans)SHE在好氧条件下还原Se(Ⅳ)生成硒纳米颗粒,考察不同条件对还原过程的影响,并对还原产物进行表征.结果显示,菌株SHE还原Se(Ⅳ)的最适条件为pH=8、温度30℃、底物浓度1.0 mmol·L-1,在此条件下Se(Ⅳ)的还原率最高,可达100%.通过紫外光谱扫描、微观形貌分析、粒度分析及X射线衍射分析表明,合成的硒纳米颗粒为六方晶型,粒径为(130.2±27.0)nm.研究结果表明,菌株SHE可有效的还原Se(Ⅳ)生成硒纳米颗粒,为微生物合成纳米硒的潜在应用提供参考.     

低硒环境中人群对不同形态硒的保留量及其效应的研究

研究了低硒生态环境中有明显早期大骨节病病变的人群服用富硒酵母,亚硒酸钠和肌肉注射硒代二乙酸后体内硒保留量的动态变化。分析了治疗效应与摄入三种形态的硒后硒在体内保留量的关系,并与对照组作了比较。讨论了不同形态硒的生物活性。研究结果是三种形态的硒对早期大骨节病病变均有非常显著的疗效,再一次证明低硒生态环境是大骨节病流行的基础。     

磷酸盐共存对MOF-Fe吸附亚硒酸盐的影响

通过系列吸附实验,研究了磷酸盐(Pi)共存对MOF-Fe吸附亚硒酸盐(Se(Ⅳ))的影响.结果表明,不加Pi的吸附体系(Pi/Se=0)中,Langmuir和Freundlich模型对MOF-Fe等温吸附Se(Ⅳ)的数据的拟合度都较高;体系中加入与Se(Ⅳ)等物质的量浓度的Pi(Pi/Se=1)以后,等温吸附过程只适合用Freundlich模型拟合.与Pi/Se=0体系相比,Pi/Se=1体系中MOF-Fe对Se(Ⅳ)的最大吸附容量降低了68%,而吸附亲和力和吸附异质性却明显增强.Pi/Se=0和1的两种体系中,MOF-Fe对Se(Ⅳ)的吸附平衡时间分别为160 min和40 min,二级动力学方程可很好地描述两种体系的动力学吸附过程,液膜扩散和颗粒内扩散是吸附反应的主要速率控制因子.两种体系中,MOF-Fe对Se(Ⅳ)的平衡吸附量均随着温度的升高而降低,吸附均属于自发放热且有序度降低的过程.与Pi/Se=0体系相比,Pi/Se=1体系中MOF-Fe对Se(Ⅳ)的平衡吸附量受温度影响更为明显,这说明升高温度增强了Pi对Se(Ⅳ)吸附在MOF-Fe上的竞争强度;Pi/Se=1体系中MOF-Fe对Se(Ⅳ)的吸附自由能ΔG~θ略微增大,而焓变ΔH~θ和熵变ΔS~θ均明显减小,这说明Pi共存导致MOF-Fe对Se(Ⅳ)的化学吸附贡献增强.吸附体系pH从4.0升高至8.0时,Pi/Se=0和1体系中MOF-Fe对Se(Ⅳ)的平衡吸附量分别降低了7%和37%.当增大体系中Pi的浓度时,MOF-Fe对Se(Ⅳ)的平衡吸附量呈指数模型降低并稳定于最大吸附量的30%,这表明MOF-Fe对Se(Ⅳ)的吸附中约70%的比例可归属为可逆吸附.可见,Pi/Se=1体系中MOF-Fe对Se(Ⅳ)的吸附可分为可逆和不可逆吸附,其中,可逆吸附受Pi的竞争作用影响而明显降低,不可逆吸附则不受共存Pi的影响.     

水分管理和外源硒对水稻吸收累积铅的影响

通过盆栽试验,研究了不同水分管理和外源亚硒酸盐的添加对水稻根际铅的动态变化和水稻吸收累积铅的影响.结果表明,淹水显著增加了根表铁膜对铅的吸附和根系对铅的吸收,淹水下苗期和成熟期水稻根系铅含量分别是非淹水处理时的4.2~8.5和1.4~1.5倍;淹水降低了地上部的铅分配,在苗期和成熟期分别降低85.9%~86.7%和51.8%~74.0%.加硒降低了土壤溶液、苗期水稻根系和地上部的铅含量以及成熟期水稻根表铁膜、根系和茎中的铅含量.与对照相比,淹水和非淹水下加硒处理使苗期水稻根系铅含量分别降低了5.4%~24.3%和2.7%~61.7%,使成熟期水稻根系铅含量分别降低了56.1%~64.1%和53.8%~63.2%.水稻籽粒中的铅含量在不同处理间无显著差异.因此,水分管理和外源硒的添加显著影响了水稻根系对铅的吸收,而对水稻籽粒对铅的累积无显著影响.     

还原型谷胱甘肽调控shewanella oneidensis MR-1降解亚碲酸盐

探讨了生物活性小分子还原型谷胱甘肽（GSH）调控奥奈达湖希瓦氏菌（shewanella oneidensis）MR-1还原亚碲酸盐的特性及机理.结果表明,生物体系中加入0.1,0.4,1.0mmol/L GSH,与空白对照相比,亚碲酸盐的生物还原效率可分别提高55%、71%和78%,且GSH浓度在0.1~1.0mmol/L范围内与亚碲酸盐的生物还原效率呈正相关.采用单因素实验优化了培养条件,在温度35℃,pH 8.0,GSH浓度为0.4mmol/L的条件下,亚碲酸盐生物还原效率在24h内即可达到97%.采用6种不同呼吸抑制剂实验探讨亚碲酸盐生物还原的电子传递路径,确定GSH在亚碲酸盐生物还原电子传递链上的加速位点为NADH还原酶、甲萘醌和FAD脱氢酶.