宏基因组技术在土壤污染微生物修复中的应用

微生物修复在土壤污染治理中具有重要地位。虽然环境中可以培养的微生物比例很低,但微生物的基因资源十分丰富,运用宏基因组技术可以克服传统修复技术中微生物资源利用不充分的问题,为未培养微生物的研究提供了有力手段。本文对宏基因组技术一般流程作了介绍,并结合土壤污染的特点,对该技术应用在土壤污染微生物修复的现状、研究及展望作了阐述。     

宏基因组研究及其应用研究进展

传统的微生物培养方法损失了近乎99%的微生物资源,而宏基因组研究能够直接从环境中提取全部微生物基因组DNA,通过构建宏基因组文库并结合适当的筛选方法,得到目的基因及其表达蛋白,该研究能够最大限度地开发微生物的序列空间。文章简要概述了宏基因组研究的产生、原理及其在生态学方面的发展和对新基因资源的开发和利用。     

塑料包装物中邻苯二甲酸酯的分布统计分析

选取36种日用塑料包装物作为研究对象,采用方差分析和多重比较检验等统计方法,对其所含6种优先控制污染物—邻苯二甲酸酯(PAEs)的分布特点进行统计分析.结果表明,仅有2.78%的塑料样品没有PAEs被检出,50%的样品含有2种或2种以上PAEs;其中邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)分布最为广泛,存在于97.22%的样品中.塑料包装袋的来源、色彩与其ΣPAEs具有较高的关联性,菜市场包装袋的ΣPAEs显著高于超市塑料包装袋和一次性塑料包装袋的ΣPAEs;彩色塑料包装袋中ΣPAEs高于非彩色塑料包装袋;在材质中加入颜料的塑料包装袋其ΣPAEs明显高于表面彩绘的塑料包装袋.     

天然红树林土壤微生物大片段宏基因组文库的构建

采用改良及优化后的原位裂解法提取红树林土壤环境DNA,通过脉冲场电泳图谱显示所得DNA片段主要集中于23～50 kbp范围, 表明大片段DNA在总DNA中的比率明显提高; 对改良后的原位裂解提取法与不同DNA纯化方法的组合进行比较分析, 确定电洗脱为最佳纯化方法; 运用改良后的原位裂解提取法与电洗脱纯化法联用实验方案,构建了4个季节天然红树林土壤Cosmid宏基因组文库. 随机挑取克隆子,提取质粒后经BamHI酶切验证, 平均插入片段均大于35 kbp,且片段类型各不相同, 推测该文库至少包含了335 Mbp潮间带微生物基因组信息. 该方法的建立使得开发红树林湿地生态系统的特色微生物资源成为可能, 并为探索其它生境的未培养微生物资源提供借鉴.     

宏基因组方法分析医药化工废水厂中抗生素耐药菌及耐性基因

废水厂是抗生素耐药菌(ARB)和抗生素耐药基因(ARGs)的巨大储存地.为调查医药化工废水处理厂中的ARB和ARGs,采用了宏基因组技术对医药化工废水中的活性污泥进行取样分析.结果显示,医药化工废水厂微生物组成主要是细菌类,主要细菌门是Proteobacteria,主要属是Hyphomicrobium,主要种是Hyphomicrobium zavarzinii.共检测到74类ARGs,最主要的类型是sav1866、dfr E和mfd.网络分析揭示了ARGs与微分类单元之间的共存模式,即ARGs与废水厂中属级的微生物分类群高度相关.抗生素特异的外排泵是该微生物群落主要的抗生素耐药机制,并且外排泵中耐药结节化细胞分化家族(RND)外排泵占主要部分.该微生物群落最主要的功能通路是代谢相关,并存在许多与人类疾病相关的基因,其中主要是细菌感染性疾病.结果表明,医药化工废水厂蕴藏着丰富的ARB和ARGs,ARGs的累积会增加潜在环境风险,需要加强对医药化工废水厂中ARB和ARGs的监控,并且ARB和ARGs的分析研究对于选择深度处理技术来有效去除ARB和ARGs具有重要的指导意义.     

我国童装中邻苯二甲酸酯赋存特征及健康风险

为了解我国市售童装中邻苯二甲酸酯污染特征,选择了21种常见品牌的童装,采用Agilent 7890A/5975C气相色谱质谱联用仪,对其中16种PAEs(phthalate esters,邻苯二甲酸酯)进行测定,并应用美国国家环境保护局推荐的方法评估了其健康风险.结果表明,我国市售童装中w(∑₁₆PAEs) (16种PAEs的总含量)为2.97~40.0 mg/kg,平均值为11.0 mg/kg.其中,w(DEHP)〔DEHP为邻苯二甲酸(2-乙基已基)酯〕、w(DBP)(DBP为邻苯二甲酸二正丁酯)和w(BBP)(BBP为邻苯二甲酸丁基苄酯)三者之和为1.73~26.7 mg/kg,未超出GB 31701—2015《婴幼儿及儿童纺织产品安全技术规范》规定的限值;DIBP(邻苯二甲酸二异丁酯)、DBP、DEHP和DNOP(邻苯二甲酸二正辛酯)是含量较高的四种单体,四者之和占w(∑₁₆PAEs)的53.9%~96.8%(平均值为82.5%),可能与童装加工过程的人为添加有关.童装中DMP(邻苯二甲酸二甲酯)、DEP(邻苯二甲酸二乙酯)、DIBP、DBP、BBP、DEHP、DNOP和∑₇PAEs的非致癌风险值均远小于1.0,对儿童无明显非致癌风险, 但DEHP的致癌风险值接近10-6,应引起重视.      

环境宏基因组学技术的主要瓶颈及发展

从环境宏基因组文库的构建及筛选两方面分析了环境宏基因组学技术所存的主要瓶颈,综述了针对主要瓶颈而发展的最新环境宏基因组学技术,展望了环境宏基因组学技术在微生物生态学基础研究及生物技术应用研究领域的发展方向.     

饮用水系统中邻苯二甲酸酯的污染特征及健康风险评价

邻苯二甲酸酯(PAEs)作为全球大规模使用的增塑剂,已成为环境中“无处不在”的一类新兴污染物.PAEs在世界各国饮用水中被广泛检出,但在饮用水输配系统中的污染特征及潜在污染来源研究尚不充分.本研究以饮用水系统为对象,分析了原水、出厂水及龙头水中PAEs的污染特征及变化规律,讨论了季节因素对各阶段出水中PAEs污染特征的影响,并评估了龙头水中PAEs对各类暴露人群所构成的健康风险.结果表明：原水中总PAEs浓度呈夏季>冬季>春季>秋季的规律,DBP、DEHP及DiBP是原水中主要存在的PAEs;水处理过程能去除47.9%～76.7%的总PAEs,对高分子量的DEHP去除率更高;龙头水中PAEs的浓度要显著高于出厂水,其中夏季最为明显,室内塑料管材是潜在的污染来源;龙头水中PAEs对人体健康造成的非致癌风险和致癌风险均低于最大可接受风险水平,对成年男性构成的致癌风险最高为7.37×10^-7,已接近最大可接受风险水平(10^-6),应加以重视.     

喷涂废水中邻苯二甲酸酯测定的优化研究

选取固相萃取GC-MS法定量检测喷涂废水中四种邻苯二甲酸酯类(PAEs),运用正交设计法,研究了pH、洗脱剂、洗脱体积、洗脱速率和水样流速对废水中PAEs回收率的影响。结果表明,pH为2.5时回收率最佳(均100%);在该pH下,洗脱剂对4种PAEs的回收率影响最大,水样流速次之,洗脱速率与洗脱体积对4种PAEs的回收率影响相对较小。样品前处理最优参数为:水样流速8mL/min、洗脱剂为乙酸乙酯、洗脱体积4mL、洗脱速率2mL/min;该条件下4种PAEs的线性范围为0.2～8.0μg/mL,相关系数均0.99,喷漆废水中平均加标回收率为61.1%～103%,相对标准偏差为3.1%～14.6%,均可满足试验要求。     

江苏产区大蒜中邻苯二甲酸酯含量检测及溯源分析

邻苯二甲酸酯(PAEs)对生态环境和农产品安全的潜在威胁已引起世界各国的广泛关注.在江苏省邳州市大蒜核心产区采集了11种大蒜样品、 106个表层土壤和4种农膜样品,通过GC-MS法分析了大蒜、土壤和农膜中的16种PAEs含量,并通过水培试验研究了邳州主栽大蒜品种大青稞对6种优先控制类PAEs的吸收和运输特征.结果表明,邳州大蒜蒜瓣中主要PAEs种类为邻苯二甲酸二正丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP),ω(DBP)和ω(DEHP)平均值分别为0.611 mg·kg^-1和0.167 mg·kg^-1,显著高于市售大蒜品种.蒜头中DBP和DEHP含量大小顺序依次为：蒜头皮>蒜瓣皮>蒜瓣.大蒜土壤中的PAEs种类主要为邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、 DBP和DEHP,检出率均为100%.与美国环保署制定的土壤PAEs控制标准比,DMP和DBP含量超过控制标准,超标率分别达100%和63.2%,其他3种PAEs含量均低于控制标准,但ω(DEHP)平均值达486μg·...     

长江流域武汉段水体中邻苯二甲酸酯含量研究

通过采集长江武汉段水质样品,利用GC/MS法测定样品中邻苯二甲酸酯(PAEs)含量,探讨了该河段PAEs的分布特征.结果表明:14种PAEs单个种类检出率达100％,回收率均在50％左右;其中,邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)及邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)三种污染物含量较高,平均...     

中山市农业区域土壤-农产品中邻苯二甲酸酯(PAEs)污染特征

在广东省中山市农业区域范围内共采集了65个表层土样和37个农产品样品,采用GC-FID检测方法分析了土壤和农产品样品中被美国环境保护署(EPA)优先控制的6种邻苯二甲酸酯(PAEs)化合物含量,并对其污染水平、污染程度进行了评价.结果表明,中山市农业土壤样品中6种PAEs化合物总浓度(ΣPAEs)范围为0.14~1.14 mg·kg-1,平均含量为0.43mg·kg-1,检出率为100%.不同土地利用类型中土壤的ΣPAEs含量大小顺序依次为菜地果园地稻田.与美国土壤6种优控的PAEs控制标准相比,邻苯二甲酸二正丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二甲酯(DMP)含量超过控制标准,超标率分别为93.85%和27.69%,其余4种优控PAEs化合物的含量均低于美国标准.总体上,中山市农业土壤中ΣPAEs含量处于较低水平.中山市农产品中ΣPAEs含量范围为0.15~3.15 mg·kg-1,平均含量1.12 mg·kg-1,蔬菜中ΣPAEs的含量高于水稻和水果.农产品中PAEs含量低于美国和欧洲食品建议指标,健康风险很小.DBP和DEHP在土壤、农产品中占ΣPAEs的百分比和检出率均较高,是中山市PAEs污染物的主要组成部分.不同种类农产品-土壤中的ΣPAEs、DBP存在显著正相关,其中蔬菜-菜田土壤的Pearson相关系数(r)分别为0.81(P=0.000)、0.75(P=0.000),水稻-稻田土壤中二者的r分别为0.74(P=0.036)、0.65(P=0.041),水果-果园土壤中相关系数分别为0.66(P=0.029)、0.78(P=0.045).不同农产品对土壤中6种PAEs化合物的累积能力存在明显差异,但对ΣPAEs总量的富集系数均大于1.因此,在农业区域土壤质量评价过程中,应重视农产品自身特性对PAEs吸收和累积的影响.     

邻苯二甲酸酯对土壤微生物群落多样性的影响

邻苯二甲酸酯（PAEs）是存在最广泛的有机有毒污染物之一.利用BIOLOG和ARDRA方法,分别考察了不同浓度PAEs对土壤微生物代谢多样性和遗传多样性的影响.结果表明,不同浓度PAEs处理的土壤的平均颜色变化率（AWCD）值随时间增加的幅度不同,PAEs浓度越高、AWCD值增幅越小,对微生物代谢活性的抑制作用越大;不同浓度PAEs处理样品中微生物群落生理代谢活性和碳代谢类群表现出明显差异,空白和低浓度土壤微生物以糖类和羧酸类代谢群为优势类群,而中浓度和高浓度土壤微生物以多胺类代谢群为优势类群;主成分分析也显示碳代谢类型出现差异,PC1就能将4个样品很好地分开,与PC1正相关程度较高的碳源有L-天冬酰胺酸、 4-羟基苯甲酸和D-苹果酸,负相关的碳源有D-半乳糖醛酸、i-赤藻糖醇、γ-羟基丁酸和1-磷酸葡萄糖.ARDRA带型分析表明不同的土壤样品的多样性指数随着PAEs浓度的增加而增加,短时间内PAEs能增加土壤微生物群落的代谢多样性.     

城市典型不透水下垫面径流中邻苯二甲酸酯的污染特征

在我国属于优先控制污染物的邻苯二甲酸酯(PAEs)应用依然广泛,径流中的PAEs对受纳水体的污染值得高度关注.对上海典型的城市不透水下垫面路面及屋面降雨径流中6种优先控制PAEs的质量浓度进行监测,评价城市不透水下垫面径流中PAEs的污染特征.结果表明,上海市路面及屋面径流中Σ_6PAEs的EMC平均值分别为170. 64μg·L~(-1)和40. 92μg·L~(-1),与国外城市相比污染严重,DEHP为主要PAEs污染物.对不同类型水样中PAEs含量差异的显著性分析发现,不同下垫面径流中低分子量(LMW) PAEs浓度不存在显著性差异,路面径流中高分子量(HMW) PAEs浓度显著高于屋面径流及雨水(P 0. 01),道路交通是造成下垫面径流PAEs污染的重要因素.路面径流中PAEs、TSS及COD浓度随降雨历时的变化特征表明,PAEs的变化趋势与TSS及COD相同,初期径流浓度较高,存在初期冲刷效应.不透水下垫面径流中PAEs浓度及其影响因素的相关分析表明,屋面径流中Σ_6PAEs浓度与降雨强度呈负相关,与TSS呈正相关.路面径流中Σ_6PAEs浓度与降雨量、降雨强度呈负相关,与前期晴天数、TSS、COD呈正相关.下垫面径流中Σ_6PAEs浓度与表面累积的颗粒物含量有关. DEHP、DBP为我国《地表水环境质量标准》控制污染物,路面及屋面径流中DEHP的浓度超过8μg·L~(-1)的标准值分别达到32、7倍,路面径流中DBP浓度在多数降雨事件中超过标准值3μg·L~(-1),屋面径流中DBP浓度在多数降雨事件中低于标准值,下垫面径流直接排放对受纳水体,特别是饮用水水源地存在威胁.     

第二松花江中下游水体邻苯二甲酸酯分布特征

通过采集和分析第二松花江中下游水和底泥样品,探讨了该河段水体中邻苯二甲酸酯(PAEs)含量及其分布特征。结果表明第二松花江中下游水体中PAEs以邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯(DEHP)两种为主。水中PAEs总量较高,DBP和DEHP含量均已超过我国地表水标准限值。底泥中PAEs总量与国内外一些河流底泥中的含量相近,但DBP和DEHP含量均已超过了美国华盛顿州的警戒标准。底泥中PAEs含量沿程分布总体上均呈现先增加后减少的特征;水体中PAEs含量及其分布特征主要受流域内工农业活动的影响。     

11种邻苯二甲酸酯在好氧污水处理系统中的归趋

邻苯二甲酸酯具有内分泌干扰效应,已对环境生物带来了较大的风险.研究了11种邻苯二甲酸酯的好氧生物降解性,及在活性污泥中的去除特性.快速生物降解性测试结果表明邻苯二甲酸二甲酯(dimethyl phthalate,DMP)、邻苯二甲酸二甲氧乙酯(dimethoxyethyl phthalate,BMEP)、邻苯二甲酸二乙酯(diethyl phthalate,DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate,DBP)、邻苯二甲酸二异丁酯(diisobutyl phthalate,DIBP)、邻苯二甲酸二戊酯(dinamyl phthalate,DNPP)、邻苯二甲酸二己酯(di-n-hexyl phthalate,DNHP)以及邻苯二甲酸-二(2-乙基)己酯[bis(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP]具有快速生物降解性,邻苯二甲酸二壬酯(dinonyl phthalate,DNP)及邻苯二甲酸二环己酯(dicyclohexyl phthalate,DHP)28d生物降解但未通过10 d观察期,邻苯二甲酸二苯酯(diphenyl phthalate,DPP)28 d生物降解率只有43.5%.好氧污泥降解动力学实验中,11种邻苯二甲酸酯(phthalic acid esters,PAEs)降解随时间变化呈典型的一级动力学规律,相关系数r20.96,降解速率常数为0.021~1.11h-1,降解半衰期在0.625~32.7 h之间.在室内好氧污泥模拟实验中,当水力停留时间为12 h时候,DNPP生物去除率为55%~70%,其余10种PAEs去除率大于80%,当水力停留时间为24 h时,所有PAEs去除率都达到90%以上.使用GC/MS分析了PAEs在好氧生化污水处理厂中的暴露水平,结果表明,DMP、DEP、DIBP、DBP以及DEHP在二级出水浓度分别为ND~44.0、ND~12.0、60.4~594、88.0~823和130~728 ng·L~(-1),PAEs在不同STP中的去除率结果差异较大,可能与STP运行工艺和运营水平有关.STP模型预测结果表明,PAEs在STP中的去除过程主要为生物降解,DPP、DNP和DEHP由于较高的lg Koc,可一定程度地被污泥吸附去除.     

千岛湖水体中邻苯二甲酸酯(PAEs)的分布特征及健康风险评价

为揭示千岛湖水体中邻苯二甲酸酯(PAEs)的污染情况和风险水平,对枯水期和丰水期千岛湖湖区及入湖河流共计17个采样点水体中6种PAEs进行了检测,分析了 PAEs的污染水平,并开展健康风险评价.结果表明,枯水期和丰水期6种PAEs 均有检出,ρ(Σ PAEs)分别为0.98～5.33μg·L-1(平均值为2.63μg·...     

惠州市农业土壤中邻苯二甲酸酯(PAEs)含量的分布特征

用气相色谱法(GC-FID)对地处珠三角地区的惠州市49个农业土壤样品中的16种PAEs化合物进行了测定。结果表明,PAEs的检出率高达100%,其中土壤中PAEs含量范围为183.48～2 037.56 ug/kg,平均600.42 ug/kg,以DnBP、BEHP和DEHP等为主。在3种主要利用类型土壤中,∑PAEs含量高低排序为菜地水田果园。与美国土壤PAEs控制标准相比,惠州土壤中的DnBP、DMP和DEP含量超标,其中DnBP的超标率达85.71%。总体上惠州市农业土壤已受到一定程度的PAEs污染,但同其它地区相比处于较低水平。     

珠江三角洲典型区域农产品中邻苯二甲酸酯(PAEs)污染分布特征

在珠江三角洲典型区域(中山市、珠海市、东莞市和惠州市)内共采集了131个农产品样品,进行了6种优先控制污染物邻苯二甲酸酯(PAEs)含量水平分析及风险评价.结果表明,珠三角地区农产品样品中6种邻苯二甲酸酯累计含量(∑PAEs)范围为nd~79.86 mg·kg~(-1),平均含量为2.84 mg·kg~(-1),检出率为98.5%.各类农产品中∑PAEs平均含量的顺序依次为蔬菜(3.03 mg·kg~(-1))水稻(2.52 mg·kg~(-1))水果(1.26 mg·kg~(-1)).各城市产区内农产品中∑PAEs平均含量顺序为:珠海(6.53 mg·kg~(-1))东莞(2.59 mg·kg~(-1))惠州(1.53 mg·kg~(-1))中山(1.12 mg·kg~(-1)).农产品中PAEs的主要成分为邻苯二甲酸二正丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)和邻苯二甲酸二正辛酯(DnOP),三者的累计含量占∑PAEs总量的90.8%.其中生菜(珠海)和芥兰(东莞)二者中∑PAEs的总量以及生菜、油麦菜(珠海)样品中DEHP的含量均超过美国和欧洲的建议标准,存在潜在的健康风险.芥兰、生菜等叶菜类蔬菜在14种不同蔬菜样品中的∑PAEs总量较高,而菜心和苋菜的∑PAEs含量最低.蔬菜品种间结构特征和生长环境(大气和土壤)的差异是影响其对PAEs的吸收及在体内累积的主要因素.