微塑料与有毒污染物相互作用及联合毒性作用研究进展

随着塑料产品的广泛应用,微塑料(microplastics,MPs)污染已经成为全球关注的重大环境问题.海洋中的MPs能够与有毒污染物(如有机污染物、重金属和纳米颗粒等)发生相互作用,对海洋生物产生复合效应.因此,MPs与环境中有毒污染物的联合毒性效应越来越引起人们的关注.本文首先概括总结出MPs对海洋生物的毒性效应及致毒机制,包括遮蔽效应、氧化应激、免疫毒性、生殖毒性、遗传毒性、神经毒性和行为毒性等方面:随后分别讨论了MPs和有机污染物、重金属以及人工纳米颗粒的联合毒性效应,从微塑料对污染物的吸附、富集和载体效应着手分析微塑料与污染物之间的相互作用,凝练得出MPs增强或抑制污染物毒性的作用机制,包括微塑料改变污染物的生物可利用性、微塑料改变生物体对污染物的胁迫响应、微塑料与污染物发生交互作用等;最后对微塑料与有毒污染物联合毒作用研究的发展方向进行了展望,建议在未来研究中重点关注环境特征的次生微塑料与有毒污染物相互作用的环境行为和生物效应,特别是通过食物链的传递作用.以期为准确评估和深入理解微塑料的海洋环境和人类健康风险提供理论依据.     

微纳米塑料对鱼类的毒性效应及作用机制研究进展

微纳米塑料(MNPs)在水环境中的污染问题已成为全球关注的热点。MNPs因其数量多、粒径小,极易被鱼类误食对鱼体造成危害。本文综述了MNPs对鱼类毒性效应及作用机制,首先阐述了鱼类对MNPs的摄食、富集和转运规律,分析了不同粒径的MNPs对鱼类造成的不同危害,其次重点评述了MNPs对鱼类毒性效应及作用机制,并介绍了MNPs和其他污染物对鱼类的毒性效应,最后展望了MNPs对鱼类的研究趋势。研究MNPs对鱼类毒性效应及作用机制有利于增进对MNPs的生态毒性的认识,为经济鱼类的安全生产和生态稳定提供科学依据。     

有机污染物对水生生物毒性作用机理的判别及影响因素

有机污染物对水生生物急性毒性作用机理的判别及影响因素是定量结构与活性相关研究的基础,对准确预测有机污染物对水生生物的毒性具有重要的意义.本文根据目前国内外在该领域的研究现状和本课题组在该领域的研究成果,系统地总结了有机污染物对水生生物的急性毒性作用机理、毒性作用机理的判别方法、及影响毒性作用机理判别的因素.有机污染物对水生生物的急性毒性作用机理可分为非极性麻醉型、极性麻醉型、反应型和特殊作用型;化合物的毒性比率、毒性临界值和结构警示是目前判别毒性作用机理的主要方法;有机化合物的生物富集、非生物转化、生物代谢、离子化率和溶解度是毒性作用机理判别的主要影响因素.     

有机氯农药硫丹的生殖毒性及其机制研究进展

硫丹作为一种广谱有机氯农药,在农业区域周边的土壤和水体中都存在较高残留,2011年被斯德哥尔摩公约列入持久性有机污染物(POPs)名单。硫丹已被证实对神经系统、心血管系统、肝、肾等具有毒性作用,关于其生殖毒性的研究很多,但潜在机制尚不完全清楚。本文总结了硫丹导致的不同动物的生殖毒性,并从生殖器官和生殖细胞损伤、氧化应激以及DNA损伤、生殖细胞周期阻滞及细胞凋亡等方面,对近年来硫丹生殖毒性及其作用机制研究进展进行综述,并对其中存在的问题进行讨论,以期有助于深入了解硫丹的毒性效应。     

环境污染物诱导神经毒性的表观遗传机制研究进展

表观遗传修饰与神经系统功能密切相关,其在环境污染物暴露致神经毒性中的作用机制已引起广泛关注。本文综述了重金属、有机污染物和空气颗粒物等典型环境污染物对人体和模式生物表观遗传修饰(DNA甲基化、组蛋白修饰和ncRNA等)和神经系统功能的影响,指出环境污染物可直接或(通过引起氧化胁迫)间接改变表观遗传修饰状态,导致相关基因表达失调,从而诱导一系列神经毒性,并提出当前研究存在的局限性。建议未来针对污染物的神经毒性机制研究,应着重关注组蛋白修饰和ncRNA以及不同类型表观遗传修饰之间的交互作用;同时,环境污染物复合暴露导致神经毒性的表观遗传机制有待深入研究;如何从表观遗传角度解释环境污染物诱导神经毒性的年龄易感性及性别特异性也值得进一步探讨。     

环境污染物发育毒性机制研究的系统生物学方法进展

基因调控网络(gene regulatory network,GRN)是用于研究基因调控的一种新兴的系统生物学方法,尤其适合描述生物体早期发育的调控系统和机制。由于它能体现出调控过程的网络特性和动态关系,从整体的角度全面审视环境扰动所造成的真实影响,因此有望在内分泌干扰物等环境污染物的发育毒性机制研究中发挥重要作用,解决多年来一直困扰相关研究的种种难题。针对基因调控网络的结构、研究方法、应用成果和案例进行综述,并对将这一方法应用于污染物发育毒性机制研究的前景做出展望。     

环境污染物免疫毒性及其研究技术

随着免疫毒理学的发展以及人类对免疫毒性的认识,外源物质的免疫毒性逐渐成为毒理学研究热点。国内外诸多研究表明,多数环境污染物具有免疫毒性,并且不同的污染物产生免疫毒性的作用机制也不同。论文介绍了免疫毒性的基本概念和主要研究技术,综述了这些研究技术在当前环境污染物的免疫毒性研究中的应用,并提出了免疫毒性研究发展中的不足。     

典型环境污染物对肠道菌群的影响及机制研究进展

随着环境污染日益严重,国内外有关环境污染物导致健康风险的毒性机制研究已引起广泛关注.然而,环境污染物对机体肠道菌群结构、功能的改变及其对毒性效应的调控作用研究尚处起步阶段.本综述在归纳近年来国内外人体及模式生物的肠道菌群研究进展的基础上,重点阐述了以重金属污染物、微纳米颗粒污染物、持久性有机污染物以及抗生素为代表的典型...     

3种新型污染物对发光菌的毒性作用研究

分析了3种常见的代表性新型污染物对发光菌的单一毒性和等毒性比例下的联合毒性,基于毒性单位法(TU)、相加指数法(AI)和混合毒性指数法(MTI)评价混合体系联合毒性作用类型。三氯生、五氯酚、双酚A对发光菌的半数效应浓度(EC_(50))分别为:0.045、0.035、0.74 mg·L~(-1)。不同的评价方法对3种新型污染物的联合效应评价结果具有较好的一致性,多元混合体系呈现为不同程度的拮抗作用,结合分子结构特征和不同取代基的相互作用,初步分析了联合毒性机理,进一步毒性作用机制还需要通过对生物生理生化响应等进行深入研究。新型污染物混合体系对发光菌的联合作用呈现以拮抗作用为主,表明此类污染物环境残留可导致相关化学品功效降低,引发微生物耐药性的产生和传播的风险。     

水生生态系统中微塑料对微藻的生态毒理效应研究进展

作为一种新污染物,微塑料引起的环境问题日益严重,引起的生物效应和健康风险备受关注。微塑料粒径小,比表面积大,易成为各种污染物的载体,影响水生生物的生长繁殖或沿食物链传递,从而威胁到水生生态系统的安全。然而微塑料对水生生物的毒性作用机理尚不明确,因此,微塑料对水生生态系统的影响在很大程度上仍然是未知的。微藻是水生食物链的基础,是水生生态系统的基本组成部分,也是实现多种生态系统功能的关键生物,了解微塑料对微藻的生态毒性效应有助于评估其生态风险。本文基于已有研究,通过个体-种群-群落-生态系统等不同尺度综合论述微塑料对微藻的生态毒理效应,解析微塑料对微藻毒性作用的影响因素,包括浓度、粒径、形状、表面电荷和添加剂等。在此基础上,提出当前领域存在的问题和未来研究的重点方向。期望能为今后的微塑料毒性作用研究提供理论基础和数据参考。     

2,2′,4,4′-四溴联苯醚（BDE-47）对4种海洋微藻的急性毒性

多溴联苯醚(PBDEs)是一类具有生态风险性的新型持久性有机污染物,其中BDE-47是对生物和人体毒性最强的PBDEs同系物之一.选择4种海洋微藻(海水小球藻、牟氏角毛藻、中肋骨条藻和赤潮异弯藻),采用概率单位-浓度对数法研究了BDE-47对海洋微藻的急性毒性效应(BDE-47浓度梯度设置为0、0.1、1、5、10、50μg·L-1).结果显示,BDE-47对海水小球藻、牟氏角毛藻、中肋骨条藻和赤潮异弯藻的96h半效应浓度(96hEC50)分别为0.79、1.52、1.99和2.25μg·L-1,表明BDE-47对海洋微藻属于极高毒性物质.     

土壤环境污染化学与化学修复研究最新进展

概述了不同历史时期重点涉及的土壤污染物以及近年来出现的4大类新型污染物,论述了土壤环境中化学污染物的动态与归趋以及相关科学问题及今后的研究重点,介绍了在评价土壤环境中污染物(特别是有机污染物)生物有效性的方法体系方面取得的重要进展,分析了污染土壤化学修复各种方法的化学原理以及为降低成本而实施的工艺强化和技术创新方面的最新突破.     

Methods to alleviate the inhibition of sludge anaerobic digestion by emerging contaminants: a review

The rising occurrence of emerging contaminants in sludges both inhibits the anaerobic digestion of sludges and induces health issues when sludges are recycled in agriculture, calling for methods to remove contaminants. Here we review emerging pollutants in wastewater treatment plants, before and after anaerobic digestion. We present their inhibitory effects and remediation methods to alleviate inhibition. Pharmaceuticals have been detected in about 50% of the sludge samples. Sewage sludge contaminants include 19% of diuretics, 16–21% of lipid-modifying agents, hydrochlorothiazide, diclofenac, furosemide, clarithromycin, atorvastatin, and carbamazepine. Levels of antibiotics, azithromycin, ciprofloxacin, and estrone range from 500 to 600 ng/g in sludges from wastewater treatment plants. Remediation methods comprise electrooxidation, ultrasonication, thermal hydrolysis, ozonation, and bioaugmentation. Fermenting the sludges with acidogenic bacteria reduces the level of emerging pollutants in the supernatant. Nonetheless, liquid digestates still contains emerging pollutants such as sunscreen octocrylene at 147 ug/L and acetaminophen at 58.6 ug/L. As a result, pretreatment of sludge containing emerging pollutants is required.

     

医药品和个人护理用品(PPCPs)类污染物氯化转化行为研究进展

针对水处理过程的消毒环节,着重探讨了医药品和个人护理用品(PPCPs)等新型环境污染物在氯化消毒过程中发生的转化行为,并分别针对酚类、醇类、醚类、酮类、胺类等典型结构化合物的氯化转化规律进行了归纳总结.同时,对消毒副产物所引起的潜在环境风险、健康效应进行了评述,为研发、优化该类污染物的处理工艺、提高风险管理水平提供科学依据.     

腐殖质的光化学降解及其对环境污染物环境行为的影响

腐殖质是地表环境中最重要的有机组分,也是生态环境中最主要的吸光物质之一,对环境污染物的形态、迁移、毒性和生物可利用性有着重要的影响。文章综述了腐殖质的结构特征和光化学降解反应过程和机理,指出腐殖质的光敏化和光化学降解过程对环境污染物的环境行为和归宿有重要的影响。通常,腐殖质的光敏化作用在低质量浓度下,尤其在一定铁离子的协同作用下可促进有机污染物的降解,但高质量浓度的腐殖质由于其本身的吸光作用以及参与自由基的竞争则抑制有机污染物的降解。腐殖质的光化学降解过程降低了环境体系的pH和腐殖质的分子量、破坏了腐殖质的芳环结构、改变了紫外和可见光区域的吸收等,导致其与重金属离子和有机污染物结合能力的下降,造成水体或颗粒态中游离的污染物质量浓度增加,对生态系统将造成更大的危害。目前对腐殖质和环境污染物本身的光化学降解机理已较为清晰,今后应加强对自然水体或土壤系统中腐殖质光化学降解的影响因素,腐殖质光化学降解过程中结构特性的变化机理,以及腐殖质的结构特性与环境污染物结合性质之间的构效关系等方面的研究。特别是随着平流层臭氧空洞的增加,增强了到达地球表面的紫外线强度,研究紫外线增强对腐殖质和有机污染物的降解以及对生态系统的影响可进一步深刻理解太阳光辐射对污染物环境行为和归宿的影响。     

海洋酸化与重金属、有机污染物和人工纳米颗粒的联合毒性效应研究进展

由于大量人类活动的影响,大气CO_2浓度持续增加,其中约1/3被海洋吸收,导致表层海水pH值降低和碳酸盐平衡体系波动,即"海洋酸化"现象。污染物的海洋环境效应一直是全球环境科学领域研究的热点。在实际环境中,海洋酸化往往与污染物共同存在并作用于海洋生态系统,且海洋酸化极有可能改变污染物的海洋环境行为从而影响其毒性效应。但现有研究大多针对海洋酸化或者污染物单独作用下的毒性效应展开,对海洋酸化与污染物的联合毒性效应的研究不足、亟待加强。为此,综述了近年来海洋酸化与典型污染物(重金属、有机污染物)及新型污染物(人工纳米颗粒)的相关文献,重点阐述了海洋酸化对污染物环境行为的影响和海洋酸化与污染物对海洋生物的联合毒性效应,指出当前的研究不足,并对未来的研究方向进行了展望。     

Discovery of emerging organic pollutants in the atmosphere through an omics approach

● We review the framework of discovering emerging pollutants through an omics approach. ● High-resolution MS can digitalize atmospheric samples to full-component data. ● Chemical features and databases can help to translate untargeted data to compounds. ● Biological effect-directed untargeted analyses consider both existence and toxicity. Ambient air pollution, containing numerous known and hitherto unknown compounds, is a major risk factor for public health. The discovery of harmful components is the prerequisite for pollution control; however, this raises a great challenge on recognizing previously unknown species. Here we systematically review the analytical techniques on air pollution in the framework of an omics approach, with a brief introduction on sample preparation and analysis, and in more detail, compounds prioritization and identification. Through high-resolution mass spectrometry (HRMS, typically coupled with chromatography), the complicated environmental matrix can be digitalized into “full-component” data. A key step to discover emerging compounds is the prioritization of compounds from massive data. Chemical fingerprints, suspect lists and biological effects are the most vital untargeted strategies for comprehensively screening critical and hazardous substances. Afterward, compressed data of compounds can be identified at various confidence levels according to exact mass and the derived molecular formula, MS libraries, and authentic standards. Such an omics approach on full-component data provides a paradigm for discovering emerging air pollutants; nonetheless, new technological advancements of instruments and databases are warranted for further tracking the environmental behaviors, hence to evaluate the health risk of key pollutants.     

“污水-微藻-能源”串联技术新进展

水资源危机和能源危机给人类社会的可持续发展带来前所未有的挑战。微藻具有特殊的生理生态功能和突出的优点,是开展污水净化和生物质能源生产的不二选择。文章在简介微藻清除水体氮磷的特点、作用机理及其影响因素、微藻生产生物质能源的优势、油脂积累机制及其影响因素的基础上,提出一种基于微藻为中介以实现污水氮磷去除与生物质能源开发的串联技术体系。该＂污水-微藻-能源＂串联技术体系从微藻自身的生理生态特色出发,将其在污水净化与生物质能源生产上的优势有机结合起来,实现从污水中索要营养物质供微藻生长需要,以低成本、高效开发利用微藻生物质能源,为共同协调解决水资源危机和能源危机提供了新的思路与途径。通过探讨＂污水-微藻-能源＂串联技术体系的核心理念与开发基础,指出串联技术体系必须重视优质微藻品种的选育、光合生物反应器优化、耦合系统的完善以及高附加值胞内物质后续开发等几个关键技术环节。文章最后展望其发展趋势与应用前景。＂污水-微藻-能源＂串联技术体系的开发应用,有望缓解当前社会面临的水环境污染和能源紧缺双层压力,实现社会、经济、资源与环境的可持续发展,具有极其广阔的应用前景。     

Effect of pH on the sonochemical degradation of organic pollutants

An increasing number of organic compounds are manufactured, consumed, and discarded every year. Incomplete destruction of these compounds in wastewater treatment plants leads to pollution of natural waters, posing great health and ecological concerns. Ultrasound, as an emerging advanced oxidation technology, can quickly and effectively degrade organic pollutants in waters. To improve removal efficiency of organic pollutants in an ultrasonic system, operational parameters, especially pH, have been frequently evaluated and optimized. This review show that pH-induced changes in volatility, hydrophobicity and Coulombic force between the target compound and cavitation bubbles leads to higher degradation at acidic pH for most compounds. In addition, pH also changes free radical formation and reactivity in water during sonication, thereby altering degradation kinetics of target compounds. However, the influence of pH is not always consistent for various organic pollutants covering a broad range of physicochemical properties and reactivities. A systematic investigation on the pH effect is necessary to elucidate how pH alters cavitation bubble dynamics and collapse, radical yield and reactivity, distribution of target compounds in the vicinity of cavitation bubbles, water matrices transformation, and ultimately the degradation kinetics of organic pollutants. This first systematic review provides valuable insight into the pH effects on organic pollutant sonolysis, helps to improve our mechanistic understanding of the sonochemical system, and sheds light on future application of ultrasound in water engineering.