基于CellSense生物传感器的垃圾渗滤液毒性分析

采用基于大肠杆菌(E.coli)的CellSense生物传感器,对上海某垃圾填埋场渗滤液处理系统垃圾渗滤液原液(1号)、兼性塘(2号)、曝气氧化塘(3号)、矿化垃圾生物床(4号)和FeC内电解(5号)各处理单元的水质毒性进行跟踪分析.结果表明,在该垃圾渗滤液的处理过程中,由于渗滤液的基质作用和难降解有机物生成的毒性中间产物等的影响,处理工艺中部分单元的水质毒性出现升高现象.CellSense生物传感器分析得上述1~5号单元的水质综合毒性分别为90%(EC10)、80%(EC30)、60%(EC50)、80%(EC50)和2%(EC50),毒性分析结果与对应的COD和氨氮等指标无明显相关性.     

嗜冷杆菌(Psychrobacter sp.)微生物传感器毒性分析性能研究

采用嗜冷杆菌(Psychrobacter sp.)微生物传感器毒性分析系统,对Hg2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+、Cd2+、Pb2+、Co2+等重金属和邻氯苯酚(2-CP)、2,4-二氯酚(2,4-DCP)、邻硝基酚(2-NP)、对硝基酚(4-NP)、四环素、十二烷基苯磺酸钠(LAS)等有机物的生物急性毒性进行分析.试验结果表明,基于对数生长后期和稳定期的Psychrobacter sp.微生物传感器具有良好的毒性分析性能,呼吸基质盐度低于10%和pH=5～10时,对Psychrobacter sp.微生物传感器的分析性能影响不明显.测试得到Cd2+、Zn2+、Cr6+、Cu2+、Hg2+和Pb2+对Psychrobacter sp.的半数有效浓度(EC50)分别为47.3、10.9、14.0、2.6、0.8和100.1mg·L-1,Co2+的30%有效浓度(EC30)为56.6mg·L-1;4-NP、2,4-DCP、四环素和LAS的EC50分别为424.4、163.8、103.5和754.6mg·L-1,2-NP和2-CP的EC30值分别为249.23和195.6mg·L-1.     

基于枯草芽孢杆菌微生物传感器的毒性分析

采用枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)为指示生物的微生物传感器毒性分析系统,对重金属(Hg2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+、Cd2+、Pb2+和Co2+)、有机污染物[邻氯苯酚(2-CP)、2,4-二氯酚(2,4-DCP)、邻硝基酚(2-NP)、对硝基酚(4-NP)、四环素和十二烷基苯磺酸钠]及石油废水等的生物急性毒性进行分析.结果表明,对数生长后期和稳定期的Bacillussubtilis微生物传感器具有良好的毒性分析性能,Cd2+、Zn2+、Cr6+、Cu2+、Hg2+、Pb2+对Bacillus subtilis的EC50分别为47.3,10.9,14.0,2.6,0.8,100.1mg/L,Co2+的EC30为56.6mg/L,2-CP、2,4-DCP、2-NP、4-NP、四环素和十二烷基苯磺酸钠的EC50分别为559.6,450.8,588.5,487.0,121.3,558.9mg/L,该微生物传感器能真实反映石油废水的毒性情况.     

单室MFC型生物毒性传感器对重金属离子的检测研究

构建了单室微生物燃料电池(air-cathode microbial fuel cell,ACMFC)型生物毒性传感器,以含重金属离子(Cd2+、Cu2+)人工配水为检测对象,分析了有毒物质对检测仪的抑制率与有毒物质浓度的线性关系.结果表明,①单室MFC型生物毒性传感器结构简单,操作方便,灵敏度较高,可用于水体重金属离子(Cd2+、Cu2+)生物毒性的快速检测;②在实验条件下,该生物毒性传感器检测时间4h,清洗时间2～10min,恢复时间4h;③检测结果显示,实验室自配Cd2+、Cu2+及其混合液IC20值分别为0.6、0.8和0.25mg/L,有毒物质浓度与MFC产电量的抑制率呈显著正相关,相关系数分别为0.9960、0.9744和0.9907.     

生物毒性测试微孔板MTOXPlate的分析性能研究

采用以11种微生物为指示生物的毒性测试微孔板MTOXPlate,以污染物对微生物细胞的脱氢酶活性抑制为测试终点,对重金属Hg2+、Cd2+、Cr6+、Pb2+,酚类化合物2,4-二氯酚(2,4-DCP)、邻氯苯酚(2-CP)、对氯苯酚(4-CP)、邻硝基酚(2-NP)、对硝基酚(4-NP)及地表水、生活污水、印染废水的生物毒性进行分析.结果表明,MTOXPlate生物毒性测试微孔板具有良好的毒性分析性能,Hg2+、Cd2+、Cr6+和Pb2+的EC50值分别为0.617、21.05、35.21和11.22 mg·L-1,2,4-DCP、2-CP、4-CP、2-NP和4-NP的EC50值分别为27.26、64.29、44.19、85.89和33.84 mg·L-1.MTOXPlate分析得到地表水原水的抑制率均小于20%,生活污水的EC50值为62.19%,印染废水的EC50值为16.42%,表明生物毒性测试微孔板MTOXPlate能真实地反映地表水、生活污水和印染废水的毒性情况.     

水质发光细菌生物毒性的重金属剂量效应研究

重金属及类金属元素是水质中重要的毒性指标,通过开展这些元素单因子及多因子复合与发光细菌生物毒性剂量效应的分析实验,研究不同重金属对发光细菌的毒性影响大小.单因子评价采用计算测量浓度和相对发光度的相关性曲线,根据EC50来分类毒性物质的毒性大小,结果显示毒性从大至小依次为汞、砷、铅、镉.多因子复合评价采用四元五水平回归设计的方式,应用数据统计软件进行数据处理和分析,结果显示砷、镉、汞、铅四元复合时,元素砷对相对发光度影响的主因子效应明显,即砷为主效因子.可以看出在四种元素中,元素砷无论是单因素还是复合因素对发光细菌均有很大的毒性.     

水环境中重金属的生物毒性预测模型

简要介绍了近年来发展的几种金属生物毒性预测模型，如FIAM、GSIM和BLM等模型。金属与生物有效性和毒性之间的关系，是制定金属的水质标准的依据，随着对金属形态及其生物有效性和毒性关系研究的深入，产生了很多的机理描述模型。描述金属与生物作用的现存模型有多种，分别从多种角度解释了环境因素对金属形态分布及其生物毒性的影响，各模型在一定程度上可给出重金属的生物毒性信息，但都存在缺陷，不能完全替代毒性实验。建立合理的金属毒性预测模型，为建新的水质标准提供依据，正是国际环境界研究的热点。     

常见重金属对费氏弧菌的生物毒性研究

以费氏弧菌作为毒性测试物种,研究Hg2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Cr6+对费氏弧菌的生物毒性.同时,对相对发光强度和金属离子浓度进行线性回归后计算了EC50值(半数效应浓度值),并比较了该菌种对各金属化合物的敏感度差异.结果表明,发光菌的相对发光强度均与重金属离子浓度呈负相关,线性相关系数为0.8764~0.9730.Hg2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Cr6+对费氏弧菌的EC50分别为0.045、0.181、0.300、0.117、0.614、23.000 mg/L,毒性大小依次为Hg2+ >Cd2+ >Pb2+ >Cu2+ >Zn2+ >Cr6+,可见Hg2+对费氏弧菌的毒性最大,但该发光菌对Cr6+的敏感性较小.     

6种表面活性剂的生物毒性研究

石油工业在发展的中后期,大量使用表面活性剂以提高采收率,但大部分表面活性剂的生物毒性作用尚不明确。以502发光菌、重组大肠杆菌和大肠杆菌为受试微生物,综合研究了6种现役表面活性剂的急性毒性和Persoone毒性作用分级,通过体外凝胶电泳研究了表面活性剂的DNA损伤和作用机理。结果表明,6种表面活性剂均表现出较高的急性毒性,重组大肠杆菌较502发光菌和大肠杆菌更敏感,可能更适合作为生态监测测试菌;6种表面活性剂中有5种为高毒,1种为有毒,且均能引起质粒DNA损伤,可能原因为表面活性剂与DNA直接结合导致,其中2种磺酸型表面活性剂诱导DNA损伤的毒性较强,推测可能具有一定的遗传毒性。研究结果可为表面活性剂的健康、环境安全性指标和生物毒性的检测方法提供参考。     

植物毒性评价终点的生物配体模型比较研究

生物配体模型(BLM)是一个理论的、潜在的机理方法,用来评估金属离子在水体及土壤体系的生物有效性。BLM概念中,毒性与生物配体位点被占据的比例有直接关系,而被占据的比例又受溶液组成成分的影响。该研究综述了当前水培体系以及土壤溶液体系中不同植物品种的BLM概况,通过对其特征性常数及毒性阈值的比较发现,重金属离子的毒性与条件结合常数(logK)呈显著正相关,即金属毒性越强,logK值越大。不同重金属元素对植物的毒性强弱总体符合以下规律,即Cu、Ag、Cd、Cr(Ⅲ)CoNiZn。不同植物测试终点对重金属毒性的敏感程度大致为:莴苣根长西红柿茎叶≥大麦根长、小麦根长葡萄根长豌豆根长。水培体系中影响金属毒性的主要竞争离子为H、Mg、Ca、K,且竞争能力呈依次递减的顺序。除自由金属离子形态之外,其他碱性复合形态离子如MCO_3~(x+)、MOH~(x+)、MHCO_3~(x+)同样具有生物有效性/毒性,然而毒性贡献的归属是根据金属元素的不同与体系pH的不同而变化。真实的土壤溶液相对于水培体系的BLM更加复杂,导致陆地系统的生物配体模型(t-BLM)研究存在很多不确定性。总之,BLM的研究和发展为重金属元素在水体及土壤体系的风险评价提供了切实可依的重要手段。     

电化学消毒法对水中大肠杆菌的灭活特性

本研究通过电化学消毒小试装置,系统考察了电极板材料、极板间距、p H、水温、Na Cl浓度等因素对水中大肠杆菌CGMCC 1.3373灭活效果的影响,并进一步考察了电化学消毒对抗生素抗性大肠杆菌CGMCC 1.1595的灭活效果及其抗性变化.结果发现,在相同的电化学消毒条件下,阳极采用钌铱涂层的钛电极板的灭活效果显著优于铅涂层和铱钽涂层电极板,并且极板间距为50 mm时灭活率最高.进一步研究表明,电化学消毒法对大肠杆菌的灭活率随水的p H升高而降低,随水温和Na Cl浓度升高而升高.在相同消毒条件下,电化学法对四环素抗性大肠杆菌的灭活率显著低于普通大肠杆菌.消毒后存活的抗性菌对四环素、青霉素、氯霉素的抗性,随消毒时间延长呈现先下降后上升的规律.     

氯及氯胺灭活大肠杆菌的消毒动力学模型

分别研究了游离氯和一氯胺在pH7.0、20℃时对大肠杆菌的灭活作用,利用6种不同消毒动力学模型:Chick’slaw,Chick-Watson,Hom,Rational,Hom-Powerlaw,Selleckmodel对试验数据进行了拟合,通过对拟合结果的比较分析得出:在消毒剂符合一级衰减动力学情况下,游离氯和一氯胺灭活大肠杆菌的最佳拟合模型分别是3参数的Rational模型和2参数的Selleck模型.     

连续流光催化消毒器灭活E.coli及病毒的性能

紫外消毒是污水处理常用技术.紫外线仅能破坏微生物的遗传物质,阻断其繁殖,并不能彻底杀死微生物,一旦停止紫外光照射,微生物可在修复酶的作用下恢复活性.光催化过程能产生强氧化性·OH,破坏细胞壁和细胞膜,彻底杀死微生物.为考察光催化技术消毒效率、抑制复活性能及应用潜力,在市售紫外消毒器中安装了光催化组件,搭建了连续流动式光催化消毒器.以大肠杆菌(E.coli)和噬菌体为目标物评价其消毒能力.紫外剂量50 m J·cm-2条件下,初始浓度3.40×106CFU·m L-1的E.coli原水流经紫外消毒器后被去除4.12 log10的E.coli,而流经光催化消毒器后去除4.79 log10.同时光催化处理后E.coli的光复活率仅为紫外消毒后的17%.连续运行40 h的灭菌能力稳定.光催化设备对噬菌体F2和噬菌体MS2的去除率分别为6.37 log10和6.00 log10,表明该设备也具有病毒去除能力.     

四环素对大肠杆菌抗生素抗性基因进化的影响

为了解环境中低浓度抗生素对抗生素抗性发展的影响,以大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)为基础材料,通过亚抑菌浓度四环素处理,得到由敏感到抗性的菌株,研究了四环素对大肠杆菌产生抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的影响,采用同位素标记相对和绝对定量技术(isobaric tags for relative and absolute quantification,iTRAQ),分析四环素处理前后,大肠杆菌总蛋白差异表达情况.结果表明,大肠杆菌经1/2MIC浓度的四环素诱导,20 d后可由敏感转至耐药,表明环境中的低浓度四环素的刺激对大肠杆菌耐药性的形成影响较大.并且,检测到四环素抗性基因tetA、tetE和tetZ,β-内酰胺类抗性基因blaTEM和blaFOX,多重耐药性基因acrA、marA和marR.蛋白结果表明大肠杆菌在四环素胁迫下以特定的节能存活模式,通过诱导细胞防御和修复系统来应对环境压力,并表现出对离子传输的严格调节,来抵抗四环素毒性的影响.研究结果为进一步解析环境中抗生素胁迫的抗性机制提供了参考.     

基于大肠杆菌细胞阵列法对典型杀菌剂三氯异氰脲酸的毒理机制探究

三氯异氰脲酸（C₃O₃N₃Cl₃,TCCA）作为一种在循环冷却水系统中广泛使用的杀菌剂,具有高效、快速、低成本等众多优势.但由于其毒性较强,在循环排污水进入受纳水体与废水处理厂过程中,会对生态系统及人体健康造成潜在风险.然而其毒性数据较为缺乏,目前研究仅表明其可能造成强烈的氧化应激反应.因此,本研究采用基于毒理基因组学的大肠杆菌全细胞微阵列测试法对TCCA的毒性作用机制进行深入探究.选用含有多种调控不同生理功能的相关生物标记物基因,从分子层面揭示其毒性效应,并使用转录效应水平指数（TELI值）量化其毒性水平.结果表明,TCCA能够诱导产生多种未知的应激反应/修复途径,且其毒性随浓度增加而增大.在暴露浓度达到1×10^-3 mg·L^-1时,TELI_total值可达到1.77.此外,研究发现TCCA经紫外处理后毒性显著增加,尤其是DNA应激出现突增,TELI_DNA由原先的1.66增加到2.68.     

污水河道污泥中大肠杆菌抗生素抗性与金属耐受性的耦合分析

城市污水河道受人为活动的影响,可能作为抗性细菌与抗性基因的储库,给人类生产生活带来巨大的威胁.本研究以中国寒区城市污水河道污泥为取样点,研究大肠杆菌(Escherichia coli)的抗生素与金属的耐药现状,以评估中国寒区城市水环境受抗性细菌污染的情况与传播抗性的风险.利用选择性培养基从河道淤泥中分离出455株肠杆菌,并从中筛选出110株E.coli.抗生素表型结果显示:69.1%的E.coli分离株对至少1种抗生素具有抗性,其中,抗性最高的是氧四环素(42.7%);所有的E.coli对亚胺培南和呋喃妥因没有抗性;分离株E.coli DL27对检测的17种抗生素中的13种具有抗性,分离株E.coli DL18、分离株E.coli DL46对12种抗生素具有抗性.金属抗性表型检测结果显示:40.9%的E.coli对银(Ag)具有耐受性,3.6%的分离株对汞(Hg)、锌(Zn)具有耐受性,所有菌株对铜(Cu)无耐受性;且发现分离株E.coli DL35对9种抗生素和2种金属具有抗性.对E.coli群体15种抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)...     

水环境中大肠杆菌多特征抗原及抗体的制备研究

为了建立用于水环境中大肠杆菌的酶联免疫快速检测方法,针对水中大肠杆菌属多种血清型的特征,制备了水环境样品中大肠杆菌的多特征抗原,包括全菌体抗原、破碎全菌体抗原、菌体抗原、鞭毛抗原和菌毛抗原;采用这5种大肠杆菌抗原分别免疫新西兰大白兔,获得了5种大肠杆菌多克隆抗体,抗体效价高、纯度好,具有较强且稳定的特异性结合抗原的功能;间接ELISA方法表明,全菌体抗体和破碎全菌体抗体的效价均大于1×10⁵,性能优良.基于上述抗体,建立了水中大肠杆菌间接ELISA检测方法,实际水样的检测结果表明,检测限可达10⁴个/L.     

大肠杆菌IscA膜表面表达菌株在吸附水体重金属中的应用

为构建一种能够高效、同时吸附水中多种重金属离子的大肠杆菌,利用融合蛋白表达技术,首先将大肠杆菌前脂蛋白信号肽Lpp、膜蛋白OmpA的N端部分氨基酸和铁硫簇组装蛋白IscA的编码基因序列进行融合,构建pET-Lpp-OmpA-IscA表达载体,将此载体导入大肠杆菌BL21菌株.在IPTG诱导下,IscA蛋白可表达于细胞膜表面.然后对IscA膜表面表达菌株对重金属的吸附能力进行评估,包括测定最大吸附容量、绘制吸附浓度依赖曲线和时间依赖曲线,以及对菌株清除工业污水中重金属的性能进行初步探索.研究结果表明,与本底对照菌株相比,IscA蛋白在细胞膜表面表达能够使菌株对水中的Cu~(2+)、Ni~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)、As~(3+)、Co~(2+)、Hg~(2+)这7种重金属的吸附能力提高2～5倍不等,并且在pH为6～8范围内保持其吸附能力基本不变.此菌株能够在30 min内将各种重金属溶液中超标5倍的金属含量降低至最大允许排放浓度以下,并且对吸附的重金属具有不同程度的回收能力和菌株再生能力.此外,该菌株能够同时吸附工业污水中的多种重金属,有效降低各种重金属含量.因此,利用膜表面表达技术对大肠杆菌进行改造,成功提高了大肠杆菌对多种重金属的吸附能力,为利用微生物治理环境重金属污染提供了良好的应用前景.