六氯苯对原生动物四膜虫的生物毒性实验室研究

以原生动物嗜热四膜虫(TetrahymenathermophilaBF5)为靶生物,在PPYS培养基和无机盐培养基中,研究了生长稳定期间的四膜虫暴露于50μg/L、250μg/L和1000μg/LHCB的中短期生物毒性。研究结果表明,PPYS培养基中50μg/L的HCB对四膜虫的生长表现为促进作用,在试验时间内,四膜虫数量增加5%～15%。250μg/L和1000μg/L的HCB发生抑制作用。在250μg/L和1000μg/L的HCB中培养96h,四膜虫的数量分别降低到在同一时间无HCB存在情况下数量的63%和35%,168h时分别为42%和24%。在无机盐培养基中,3种浓度的HCB均对四膜虫的生长产生抑制作用,而且表现为急性和短期毒性。暴露于50μg/L、250μg/L和1000μg/L的HCB中96h,四膜虫的数量分别减少到同一时刻无HCB存在情况下数量的34%、24%和10%。可见,培养体系中营养物质的存在,可以降低和缓解HCB对四膜虫的生物毒性。     

检测重金属离子的酶膜生物传感器的构建

基于重金属对脲酶的特异性抑制作用,研制了可测定重金属离子的电位型酶膜生物传感器。论文考察了脲酶浓度、戊二醛浓度、温度和固定化时间等因素对电位响应的影响,获得了最佳的酶固定化条件,即酶浓度为0.8mg/mL,戊二醛为2.5%,温度为28℃,固定化时间为2h时酶固定化效果最好。同时还初步研究了该生物传感器的响应性能和再生能力。     

氧化石墨烯对嗜热四膜虫的毒性效应

以嗜热四膜虫（Tetrahymena thermophila）作为受试生物,考察了纳米材料氧化石墨烯（GO）对其细胞生长率、乙酰胆碱酯酶（AchE）和氧化应激酶活性、生物膜损伤及细胞凋亡的影响,以探究GO的毒性效应.结果表明,GO浓度高于32mg/L时显著抑制嗜热四膜虫的细胞增殖（P<0.05）,细胞存活率低于50%;在0~64mg/L实验范围内,随GO暴露浓度增加,细胞内活性氧自由基（ROS）和超氧化物歧化酶（SOD）水平呈先升后降的趋势,AchE活性受抑;GO抑制位于线粒体内膜的琥珀酸脱氢酶（SDH）活性,促进细胞质中乳酸脱氢酶（LDH）的释放;64mg/L GO导致四膜虫细胞出现明显凋亡现象.以上结果显示,中低浓度GO（0~8mg/L）暴露下,氧化应激机制对细胞毒性起主要贡献作用;高浓度GO（32和64mg/L）作用下,四膜虫凋亡现象的产生可能是GO抑制其生长作用导致的.     

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.     

基于CadR的镉生物传感器的构建与优化

以镉调控蛋白（cadmium resistance protein, CadR）为检测元件、绿色荧光蛋白为报告元件构建镉离子细菌生物传感器检测水体样品中的重金属镉,通过单因素试验和正交试验对检测条件进行优化以提升传感器的相对荧光强度,基于最优组合使用所构建的镉细菌生物传感器对加标长江水样进行检测。结果表明：所构建的重金属镉细菌生物传感器在0~200 μg/L浓度范围内对镉的荧光响应符合剂量依赖效应;单因素试验结果表明,温度、pH、诱导时间以及阳离子对镉生物传感器的灵敏度有显著影响,而通过改变不同阴离子配体对检测结果并未产生显著影响;正交试验优化结果显示,镉细菌生物传感器的最优检测条件组合为：温度为37 ℃,pH为7,诱导时间为120 min,添加终浓度为50 μg/L的Mg²⁺,在此条件下传感器响应镉的相对荧光强度相较于优化前增强了1.6倍;使用该传感器对加标长江水样检测结果显示,其对于0~500 μg/L的环境水样中的镉具有较好的检测能力,荧光响应最大值达到背景值的20倍。

     

砷全细胞生物传感器的优化

砷全细胞生物传感器具有专一性强、操作简单、费用低和不依赖大型检测仪器的优点,已被用于环境砷污染的监测中.但目前砷全细胞生物传感器的灵敏度低,尤其是信噪比低,是阻碍其实际应用的主要因素之一.本研究利用砷抗性操纵子ars R和报告基因gfp构建砷全细胞生物传感器,通过优化组成型启动子强度、ars R DNA结合序列(ArsR binding site,ABS)及检测条件等对该传感器的检测性能进行改进,并通过对加标的天然水样检测,验证了其实际应用性.结果表明：优化后的砷全细胞生物传感器在0～300μg·L^-1和7.5～75μg·L^-1的亚砷酸钠浓度范围分别表现出良好的剂量依赖效应和线性响应,对砷检测限达到1.83μg·L^-1;新增ABS和中等强度组成型启动子J114能够使生物传感器背景荧光降低并提高其对砷的响应强度;结合对宿主菌种类、生长状态和起始细菌数量等检测条件的优化,生物传感器荧光信号响应得到显著性提高.在6和75μg·L^-1亚砷酸钠诱导下,信噪比分别提高2.6倍和6.1倍.此外,该生物传感器对天然...     

微生物全细胞传感器在重金属生物可利用度监测中的研究进展

传统的物理化学方法主要用于测定环境重金属的总量,微生物全细胞传感器可以对土壤及水体环境的重金属生物可利用度进行监测.此外,微生物全细胞传感器还具有操作简单、快速、经济的特点,适用于污染事件的应急监测.微生物全细胞传感器的生物学元件主要由MerR、ArsR、RS等家族的金属调控蛋白和gfp、lux、luc等报告基因组成.调控蛋白、报告基因与微生物全细胞传感器的灵敏度、特异性和监测特点有关.受pH、金属螯合物及检测条件等因素的影响,不同的环境条件下的重金属生物可利用度是不同的.增加重金属在微生物细胞内的累积,进行调控蛋白的分子生物学改造,优化检测条件是提高传感器灵敏度、特异性和准确性的可行方案.实现污染物的原位和在线监测是微生物全细胞传感器的主要发展方向.     

Cr6+生物可利用度检测的微生物全细胞传感器CB10的构建及其响应特征

为实现重金属污染环境中Cr6+的生物可利用度评价,进而为Cr6+的污染治理提供可靠依据,本研究采用分子生物技术,以重金属广谱抗性菌株Cupriavidus metallidurans CH34的pMOL28质粒上铬抗性调控系统的启动子和调控蛋白基因为传感器调控元件,以北美萤火虫Photinus pyralis的萤火虫荧光素酶基因luc为报告基因构建了一种可对Cr6+生物可利用度进行检测的微生物全细胞传感器CB10,并探究了其在不同检测条下的响应特征.结果表明,微生物全细胞传感器CB10在30 min内即可响应一定浓度的Cr6+;其对Cr6+的检测最低限LOD为2μmol·L-1;当Cr6+的浓度为20～200μmol·L-1时,CB10的响应能力与Cr6+浓度线性相关,进而传感器CB10可对该范围内的Cr6+生物可利用度进行定量分析(R2=0.980 55);当重金属诱导浓度为10～50μmol·L-1时,CB10对Cr6+具有较强的响应特异性;本研究也发现,较高浓度的Pb2+、Mn2+和Sb2+也可以产生对CB10的诱导能力;诱导温度为30℃,pH为7时,CB10的响应效率最高;诱导温度为15～30℃,pH为4～7时,CB10响应能力表现稳定.CB10具备较强的响应速率、灵敏度、特异性和稳定性,具备对水体重金属进行快速检测和土壤重金属的生物可利用进行评价的潜力.     

生物传感器及其在环境监测方面的应用

介绍了生物传感器的基本组成、工作原理、分类并重点论述了生物传感器在环境监测上的应用     

Hg2+，Ni2+和Cu2+对嗜热四膜虫的急性及联合毒性效应

采用混合毒性指数法,研究了重金属离子Hg2 ,Ni2 和Cu2 对嗜热四膜虫(Tetrahymena thermophila)BF5的急性及联合毒性效应.急性毒性效应研究表明:Hg2 ,Ni2 和Cu2 对嗜热四膜虫的毒性大小为Hg2 >Ni2 >Cu2 ,且3种重金属离子的,IC50值随时间的延长而变小.联合毒性效应研究表明:Hg2 与Cu2 ,Hg2 与Ni2 ,以及Hg2 ,Ni2 和Cu2 三者共存.在毒性比为1:1时,表现为先相加后协同作用;Hg2 与Cu2 在浓度比为1:1时,表现为先拮抗后相加作用;Hg2 与Ni2 在浓度比为1:1时,表现为先拮抗后独立作用;Ni2 与Cu2 在毒性比为1:1时,表现为协同作用.在浓度比为1:I时表现为相加作用;Hg2 ,Ni2 和Cu2 三者共存,在浓度比为1:1时,表现为拮抗作用.     

贵州高原水库汞的分布特征及其对富营养化的响应

于2012年11~12月采集贵州不同营养状况的6座水库——三板溪水库、龙滩水库、万峰湖水库、百花湖水库、红枫湖水库和阿哈水库水样,分析水体中汞的形态分布及与水体富营养化之间的关系,探讨水体汞形态及其分布特征对水体富营养化的响应.结果表明:6座水库总汞浓度的平均值为(5.82±4.99)ng/L,其中在阿哈水库的库中和百花湖水库的岩脚寨采样点存在不同于其它点的局部污染源;MeHg浓度平均值为(0.08±0.07)ng/L,阿哈水库的MeHg浓度较高是其它水库的2~10倍,约为0.26ng/L.在枯水期,贵州6座水库的富营养化程度不同,其中三板溪水库和龙滩水库为表现为贫营养型;万峰湖水库表现为为贫中营养型;百花湖水库和红枫湖水库表现为为中富营养型;阿哈水库为富营养型.富营养化指数与总汞、甲基汞和溶解态甲基汞皆呈显著正相关(r=0.477,P<0.05; r=0.558, P<0.05;r =0.502, P< 0.05, n=19).富营养化对水库生态系统中形态汞之间的迁移和转化有着重要影响,为溶解态汞和甲基汞的生成提供了有利条件,对水体中汞的地球化学循环的影响不可忽视.     

球形红细菌转化去除重金属镉及其机理研究

研究了不同理化因素对光合细菌球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides)H菌株生长和镉去除能力的影响.结果表明,该菌株的最佳生长和对镉的最佳去除条件为:pH=7.0,温度为30℃,好氧黑暗,接种量9%.在最佳条件下,镉的去除率可达85%以上.通过X射线衍射光谱分析,H菌株对镉离子的转化产物为硫化镉.通过测定镉的去除与细菌生长曲线及半胱氨酸脱巯基酶的活性,表明镉的去除与菌体的生长稳定期相关.此外,通过分析菌体对硫酸盐的代谢过程,探讨了该菌株生长细胞去除重金属镉的机理.     

速生树种竹柳对复合污染土壤中镉和锌的吸收、积累与生理响应特性

为探讨竹柳在重金属复合污染(镉、锌)土壤中生长的生理变化及重金属在植株内的转移情况,以竹柳(Salix sp.)三号及竹柳五号为试验材料,以重金属复合污染的水稻土为供试土壤,通过盆栽试验研究了重金属对竹柳生理指标、重金属吸收与积累量、富集系数(BCF)和转运系数(TF)的影响.结果表明:竹柳各器官重金属含量和转移情况不同,其中,叶片中Cd、Zn含量最高,分别达61.4和1940 mg·kg~(-1);竹柳三号对Zn的转运能力大于竹柳五号,而竹柳五号的净光合速率更高;生长100 d后,重金属在竹柳叶片中的积累量和转移系数均高于其他部位,竹柳吸收的重金属主要分布在叶片中,可通过集中处理叶片达到去除土壤中重金属污染的目的.     

不同供磷水平对四种超富集植物生长及吸收重金属的影响

本论文通过水培试验研究了以KH2PO4作为磷(P)源在不同浓度(0~45.52 mg·L-1)和以Ca3(PO4)2作为磷(P)源在22.76 mg·L-1对Zn/Cd超富集植物东南景天Sedum alfredii、Zn/Cd/Ni超富集植物遏蓝菜Noccaea caerulescens(两个品种)和Ni超富集植物庭荠属Alyssum murale在20 mg·L-1(Zn)、18 mg·L-1(Ni)、10 mg·L-1(Pb)和0.5 mg·L-1(Cd)胁迫下的生长和吸收重金属的影响.试验结果表明严重缺磷的无磷和磷酸钙源处理显著抑制了这些超富集植物的生长,但4种超富集植物的地上部生物量在11.38、22.76、45.52 mg·L-13个磷水平处理之间均无显著差异.正常营养液的供磷水平(22.76 mg·L-1),S.alfredii对Zn/Cd和N.caerulescen 1号对Zn/Cd/Ni的吸收累积达到最大值,而高浓度的磷素供应(45.52 mg·L-1)显著抑制了这两种植物对相应元素的吸收;A.murale对Ni/Cd/Pb的吸收累积均在高浓度的磷素供应(45.52 mg·L-1)获得最大;增加磷的供应对N.caerulescen 1号吸收累积Zn/Ni/Cd/Pb产生了不同的效应.这些超富集植物提取重金属的最佳供P水平因植物种类而不同.     

Rapid field testing of mercury pollution by designed fluorescent biosensor and its cells-alginate hydrogel-based paper assay

With increasing industrial activities, mercury has been largely discharged into environment and caused serious environmental problems. The growing level of mercury pollution has become a huge threat to human health due to its significant biotoxicity. Therefore, the simple and fast means for on-site monitoring discharged mercury pollution are highly necessary to protect human beings from its pernicious effects in time. Herein, a “turn off” fluorescent biosensor (mCherry L199C) for sensing Hg²⁺ was successfully designed based on direct modification of the chromophore environment of fluorescent protein mCherry. For rapid screening and characterization, the designed variant of mCherry (mCherry L199C) was directly expressed on outer-membrane of  Escherichia coli cells by cell surface display technique. The fluorescent biosensor was characterized to have favorable response to Hg²⁺ at micromole level among other metal ions and over a broad pH range. Further, the cells of the fluorescent biosensor were encapsulated in alginate hydrogel to develop the cells-alginate hydrogel-based paper. The cells-alginate hydrogel-based paper could detect mercury pollution in 5 min with simple operation process and inexpensive equipment, and it could keep fluorescence and activity stable at 4?°C for 24 hr, which would be a high-throughput screening tool in preliminarily reporting the presence of mercury pollution in natural setting.     

Root-associated (rhizosphere and endosphere) microbiomes of the Miscanthus sinensis and their response to the heavy metal contamination

The plant root-associated microbiomes, including both the rhizosphere and the root endosphere microbial community, are considered as a critical extension of the plant genome. Comparing to the well-studied rhizosphere microbiome, the understanding of the root endophytic microbiome is still in its infancy. Miscanthus sinensis is a pioneering plant that could thrive on metal contaminated lands and holds the potential for phytoremediation applications. Characterizing its root-associated microbiome, especially the root endophytic microbiome, could provide pivotal knowledge for phytoremediation of mine tailings. In the current study, M. sinensis residing in two Pb/Zn tailings and one uncontaminated site were collected. The results demonstrated that the metal contaminant fractions exposed strong impacts on the microbial community structures. Their influences on the microbial community, however, gradually decreases from the bulk soil through the rhizosphere soil and finally to the endosphere, which resulting in distinct root endophytic microbial community structures compared to both the bulk and rhizosphere soil. Diverse members affiliated with the order Rhizobiales was identified as the core microbiome residing in the root of M. sinensis. In addition, enrichment of plant-growth promoting functions within the root endosphere were predicted, suggesting the root endophytes may provide critical services to the host plant. The current study provides new insights into taxonomy and potential functions of the root-associated microbiomes of the pioneer plant, M. sinensis, which may facilitate future phytoremediation practices.     

太原市土壤重金属污染及其潜在生态风险评价

为全面了解太原市土壤重金属含量及其潜在生态危害程度,在研究区内共采集了80个土壤样品,测试了Pb、Cu、Ni、As、Cd、Cr、Hg、Zn共8种重金属元素含量,并采用地积累指数法和潜在生态危害指数法对土壤重金属污染进行了分析和评价.结果表明,太原市土壤环境总体污染程度处于无-中度污染,潜在生态危害处于轻微危害程度.相对...     

汞、镉、铅、砷单一和混合暴露的毒性效应及机理研究进展

汞、镉、铅和砷是自然界中毒性较强的金属,镉和砷已确定为致癌物,汞和铅为可能致癌物。人类活动过程的排放是汞、镉、铅和砷的主要污染来源,由这些金属污染物暴露导致的人类疾病已经引起了公众的广泛关注。研究汞、镉、铅和砷在环境中实际暴露水平,尤其是汞、镉、铅和砷复合暴露对人体健康和生态环境影响及毒性效应的机理极为重要。根据暴露途径、暴露剂量和暴露时间,汞、镉、铅和砷具有不同的代谢途径,产生不同的毒性效应,具有不同的毒性效应机理。在总结现有汞、镉、铅、砷单一和混合暴露的健康损害及毒性效应的基础上,回顾、归纳汞、镉、铅和砷诱导产生毒性效应的机理,讨论基因组、转录组、蛋白质组和代谢组学等技术在汞、镉、铅和砷单一、混合毒性效应及机理研究中的应用并探讨 来的研究方向。