同步辐射技术在环境纳米金属组学研究中的应用

随着我国工业的发展,在工业产值不断提升的同时,向环境中释放出的各类污染物也逐渐增加,其中包括多种金属纳米颗粒物。这些金属纳米颗粒物进入大气、水源及土壤中,累积到一定程度引起环境安全问题;进一步可被动植物所吸收,经过食物链富集和传递,造成直接或间接人体暴露,危害人体健康。环境纳米金属组学,研究的范畴主要涉及自然或人为因素产生的金属纳米颗粒在环境介质和生物有机体中的生物/化学行为、转化归趋,并且据此评价金属纳米颗粒物的环境安全性及其生物健康效应。随着对金属纳米颗粒环境效应研究的不断深入,对传统的研究方法提出了更多的挑战。同步辐射具有高亮度、高准直和宽频谱等特性,在金属元素分析方面具有无可比拟的优势。本文主要介绍了同步辐射技术,如同步辐射X射线荧光分析技术(SR-XRF)和同步辐射X射线吸收光谱技术(SR-XAS)等,在金属纳米颗粒物的环境行为及其生物健康效应研究中的应用;结合本实验室及国内外的一些研究工作,阐述了同步辐射技术应用于环境纳米金属组学研究领域所取得的一些新进展,以期为拓展同步辐射技术在环境金属纳米颗粒物分析的应用研究提供参考价值。     

X射线微断层扫描技术(XDMT)在多孔介质中含砷聚集物的三维成像应用

利用X射线微断层差异扫描技术,扫描富砷河床沉积物及人工含砷样品,对多孔介质中的含砷聚集物进行成像分析.利用Avizo 6和Blob3D等工具对获取的数据进行处理,从而实现了含砷聚集物的三维可视化成像.结果显示,大量的含砷聚集物沉积在多孔介质颗粒表面,且不同尺寸的聚集物呈现出明显的形态多样化特征.小颗粒聚集物趋向于球形,大颗粒聚集物则趋向于扁平状.研究表明,该技术可在不破坏样品的前提下,直接观测多孔介质因沉积作用导致其内部结构的变化.     

三维荧光光谱技术在水环境修复和废水处理中的应用

近年来我国水环境污染问题情况日益严重,其引发的水华问题频发,藻类生长代谢过程释放的各类衍生物对水生生态系统及原水处理工艺性能造成影响。为此,分析环境水体、废水处理系统中溶解性有机污染物（DOM）的组成、性质和来源,对水环境安全及水污染控制具有重要意义。三维荧光光谱技术通过在不同的激发波长上扫描发射荧光谱以获得激发．发射矩阵（EEM）,基于EEM数据构建三维立体图或等高线（指纹图）描绘监测对象特性,可分析水体溶解性有机物、藻类及藻毒素等,近年来已在饮用水源水质监测、湖库富营养化成因分析及废水生物处理性能评价等方面得到应用。与传统分析方法相比,该技术具有灵敏度高、操作简便、检测快速、试剂消耗量少等优点。文章从荧光光谱分析技术基本原理出发,对三维荧光峰的分类、影响因素及其在水环境中的应用进行了综述,并对今后该技术在环境领域的研究方向进行了展望,以期为水污染控制、污染环境修复提供先进可靠的分析方法。     

基于同步辐射的硬X射线荧光技术分析污染土壤中重金属分布

基于同步辐射技术的微束X射线荧光(μ-XRF)分析具备原位分析样品的元素组分,化学特性,物质结构及其二维分布等的能力,可更加直观地揭示目标元素在复杂体系中的分布状态.利用传统的化学消解与原位μ-XRF技术相结合的方法,探测锡矿山土壤中多种元素的含量和空间分布,采用线性回归方法分析各元素的相关性.结果表明,供试土壤Sb和As含量较高,分别为6 681和878 mg·kg-1,μ-XRF分析表明土壤中Fe、Mn分别与As的空间分布相关性较好,决定系数(R2)分别达0.225 8和0.181 1,更直观地揭示了As在土壤中以铁锰结合态为主.μ-XRF技术的应用原位直观地揭示了土壤中多种元素的分布关系,为综合评价和预测土壤中重金属的环境行为以及发展污染土壤修复技术等提供理论支持.     

抗生素的环境残留、生态毒性及抗性基因污染

抗生素的环境污染与生态毒害问题近年来引起了极大的关注.在总结国内外相关研究基础上,对环境中几种典型抗生素(四环素、土霉素、氯四环素和磺胺类等)的污染源以及在水和土壤环境中的残留与污染水平进行了分析;对抗生素的污染生态毒性最新研究进展给予了评述;对抗生素抗性基因在环境中可能的暴露途径进行了探讨,指出应将抗生素抗性基因作为一类新的环境污染物.鉴于我国抗生素污染的严峻事实,建议应从国家层面上尽快开展有关抗生素环境污染和生态毒害机理的系统研究.     

植物彗星实验及其在生态毒理监测中的应用

植物彗星实验(Comet assay)是近几年发展起来的一项检测DNA损伤的新技术,具有快速、简便、灵敏性高和可靠性强等特点.本文总结了近年来国内外植物彗星实验的研究成果,详细介绍了植物彗星实验方法及其在生态毒理学中的应用.     

氟喹诺酮类抗生素环境行为及其生态毒理研究进展

氟喹诺酮类抗生素(FQs)是治疗人和动物细菌性感染的高效广谱抗菌药,随着氟喹诺酮类抗生素在禽畜养殖业的广泛使用,由此引起的环境污染受到人们的关注。本文综述了氟喹诺酮类抗生素在水体、土壤/沉积物中的污染现状、吸附降解环境行为及其生态毒理研究进展。FQs抗生素的环境行为和风险应从环境多介质层面进行评估,同时应加强对生态毒性机理以及与其他环境污染物的联合毒性效应的研究。     

抗生素类兽药对植物和土壤微生物的生态毒理学效应研究进展

规模化养殖快速发展,常使用兽药来防治各种禽畜病害,导致大量兽药随动物粪便排出体外.含有残留兽药的粪便作为有机肥施入农田而造成土壤污染,对人类健康和生态系统产生潜在危害.养殖业使用的主要兽药种类为抗生素类药物,且用量逐年增加,目前土壤中兽药残留浓度范围为μg·kg-1级到g·kg-1级.在总结国内外及本课题组相关研究的基础上,论文较为系统地概述了兽药对植物生长和土壤微生物群落功能和结构的影响,探讨了今后兽药生态毒理学研究的主要方向.抗生素类兽药对植物和土壤微生物群落的影响受兽药种类、土壤因子(如有机质含量、矿物类型等)的影响.植物吸收抗生素类兽药可能是主动吸收过程,且大量在植物根系内累积,同时也可在植物地上部累积.抗生素类兽药极易诱导产生大量抗药菌,并可能诱导产生群落抗性(Pollution-Induced Community Tolerance,PICT),将对包括人类在内的生态系统健康产生深远影响.     

夹皮沟金矿区土壤汞的赋存形态及污染特征

使用改进的BCR连续提取法和电感耦合等离子质谱(ICP-MS),测定夹皮沟金矿区土壤样品中汞元素的赋存形态及含量。结果表明,三个深度的土壤汞元素形态分布趋势相似,均以残渣态为主,其次为可氧化态和可还原态,酸溶/可交换态和水溶态所占比例较少,各形态汞的分配系数依次为:残渣态(48.28%)可氧化态(25.68%)可还原态(13.35%)酸溶/可交换态(8.38%)水溶态(4.33%)。垂直方向上,20~40 cm的中层土壤中的汞含量略高于0~20 cm的表层土壤,40~60 cm的下层土壤则含量最低。不同深度土壤中的有效态汞与总汞的含量具有较高的相关性,但三层土壤不具有相同的相关趋势。     

环境孕激素和糖皮质激素的生态毒理效应:进展与展望

孕激素和糖皮质激素的环境行为和生态毒理效应是即环境雌激素和雄激素之后近年来国内外环境激素研究的又一热点课题。由于广泛应用于临床医疗等,这两类物质通过污水处理厂不完全处理和人类农业或畜牧业活动的直接排放从而进入水体环境,进而对生态系统和人类健康产生潜在危害。环境监测数据显示,在地表水中,多种物质存在ng·L-1浓度水平;在污水处理厂进出水中,浓度水平更高,甚至达到数百ng·L-1。孕激素和糖皮质激素类物质主要通过激素受体途径发挥毒性效应,如孕激素受体(PR),糖皮质激素受体(GR)和盐皮质激素受体(MR)。对水生脊椎动物的内分泌系统干扰作用是目前研究的焦点。这两类物质能够影响脑垂体性腺轴转录水平和相应激素合成,影响性腺发育以及导致繁殖能力损伤。这一毒性效应甚至发生在环境浓度水平之下。除此之外,随着组学技术的广泛应用,更多的潜在毒性终点不断被发掘,如对昼夜节律系统和免疫应答的干扰作用。这些研究引导着对环境孕激素和糖皮质激素生态毒理学效应更加深入的理解。     

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。     

植物根系吸收土壤水分的研究综述

植物根系吸收土壤水分是土壤－植物－大气连续体中水分运动的一个重要环节．本文从土壤－植物－大气连续体入手，对植物根系吸收土壤水分的影响因素，植物根系吸收土壤水分的微观模型及植物根系吸收土壤水分的宏观模型等，进行了介绍和评述．