漂浮阴极SMFC传感器产电信号对不同重金属污染的响应特征及机制研究

我国十分重视对突发性水污染事件的监测和处置.本研究设计了一种实时在线监测重金属污染事件的漂浮阴极沉积物-微生物燃料电池传感器(漂浮阴极SMFC传感器).该传感器阳极埋设在淹水土壤中,阴极漂浮在水面作为污染响应元件,并向阴极分别加入Zn²⁺、Cd²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、Cr⁶⁺溶液以模拟水体重金属污染事件,以探究该传感器电信号对不同重金属污染的响应特征及机制.结果显示,Cu²⁺和Cr⁶⁺污染引起传感器出现明显的电压峰,而其他5种重金属污染则未引起明显的电信号响应.该传感器电压信号对Cu²⁺污染的最低检测限为5 mg·L^-1,灵敏度为1.06 mV·L·mg^-1,线性范围为5～40 mg·L^-1;Cr⁶⁺污染的最低检测限为40 mg·L^-1,灵...     

腐殖酸-重金属对ANAMMOX菌脱氮性能的影响及其动力学分析

通过批次实验研究了两种典型重金属离子[Cu（Ⅱ）和Ni（Ⅱ）]与腐殖酸对厌氧氨氧化（ANAMMOX）脱氮效果（SAA）的影响并进行了动力学模型分析,同时探讨了腐殖酸-重金属对ANAMMOX脱氮的影响.结果表明,在投加ρ[Cu（Ⅱ）]和ρ[Ni（Ⅱ）]均为3mg·L^-1时,对ANAMMOX有促进作用,SAA分别提高了8.64%和7.78%;当ρ[Cu（Ⅱ）]和ρ[Ni（Ⅱ）]分别为20mg·L^-1和5mg·L^-1时则对ANAMMOX有抑制作用,抑制效果随重金属离子浓度增加而越发显著,指数拟合表明Cu（Ⅱ）和Ni（Ⅱ）对ANAMMOX的IC50分别为29.67mg·L^-1和28.75mg·L^-1.在投加ρ（腐殖酸）为1mg·L^-1时SAA提高了7.37%, 40mg·L^-1时抑制率即达到36.80%,线性拟合表明腐殖酸对ANAMMOX菌的IC50为58.36mg·L^-1.修正的Michaelis-Menten模型能较...     

富里酸对A. ferrooxidans活性和次生铁矿物形成的影响

为揭示富里酸对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌活性和生物合成次生铁矿物的影响，进而为酸性矿山废水治理提供理论依据，采用摇瓶试验，分析了pH、氧化还原电位(ORP)、Fe²⁺氧化率、Fe²⁺氧化速率、总Fe沉淀率以及次生矿物矿相等相关指标的变化情况.结果表明，在含9K液体培养基以及K⁺浓度均为53.3 mmol·L^-1体系中，pH与ORP变化呈相反的趋势；富里酸浓度低于0.4 g·L^-1时，有利于次生铁矿物的生成，表明低浓度的富里酸能够提高A. ferrooxidans的活性，富里酸浓度高于0.6 g·L^-1时，Fe²⁺氧化率、总铁沉淀率低于对照组，表明高浓度的富里酸对A. ferrooxidans产生显著的毒害作用以及降低总Fe沉淀率.随着富里酸浓度的提高，次生铁矿物的主衍射峰位置以及所含官能团与对照组相比无明显区别，各体系产生的次生铁矿物为纯净的黄钾铁矾；进行无9K培养基实验：未添加K⁺时，FA-0.4 g·L^-...     

明亮发光杆菌培养的响应面优化及其对常见金属离子的毒性评价研究

随着人们对金属毒性认识的不断深入,对生物毒性检测方法的灵敏度提出了更高的要求.以发光度为响应值,通过响应面法对传统的明亮发光杆菌(Photobacterium phosphoreum)培养基中主要组分的浓度进行了优化,得到了最佳培养基组成：氯化钠(25.00 g·L^-1)、胰蛋白胨(4.010 g·L^-1)、酵母浸出液(1.200 g·L^-1)、甘油(2.475 g·L^-1),在此条件下培养14 h后,发光细菌的发光度达到1.7×10⁹RLU,比优化前增加了1倍,菌浓度达到0.85,较优化前增加了5%.在优化培养基组分浓度的基础上,对其他条件(接种量、p H值、温度)进行了单因素发光度影响分析,发现在接种量1%(初始种子液OD₅₉₅为0.003),测定环境22～25℃,样品p H值为6～8的条件下,利用优化培养基进行急性毒性测定基本不会影响发光度.随后,基于优化后的培养条件对常见金属离子的急性毒性进行了评价,结果表明：除Fe²⁺、Zn...     

产表面活性剂根际菌协同龙葵修复镉污染土壤

从某矿区重金属污染的土壤中分离筛选出一株能产生物表面活性剂的根际细菌LKS06,经生理生化特征及16S rDNA序列分析,将其鉴定为假单孢菌属(Pseudomonas sp.LKS06).生物学特性的测定表明,菌株LKS06对多种重金属有很高的耐受性,且具有分泌吲哚乙酸、产铁载体和ACC脱氨酶活性的能力,并对土壤重金属...     

铜绿假单胞菌ZGKD2的重金属耐性机制研究

从煤矸石中分离的耐Cd2+铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)ZGKD2具有多种重金属耐性,研究其铁载体产生特征和重金属耐性机制对于开发土壤重金属污染修复技术具有重要意义.在牛肉膏蛋白胨培养基中分别添加200～3 000μmol.L-1的Cd2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+、Pb2+或Mn2+等重金属,ZGKD2菌株的最大生长量随着重金属浓度的增加而降低,不同浓度重金属对ZGKD2菌株产碱能力无明显影响.ZGKD2菌株生长进入稳定期时,用0、200、600、1 000μmol.L-1的Cd2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+或0、1 000、2 000、3 000μmol.L-1的Pb2+、Mn2+处理2 h,SOD和CAT活性随重金属浓度增加而增加.ZGKD2菌株在MSA培养基中能产生铁载体,200～1 000μmol.L-1的重金属Cd2+或Zn2+可显著诱导铁载体的产生,Ni2+和Mn2+的作用较小,Cu2+则抑制;ZGKD2菌株的产铁载体能力与重金属耐性能力相关.这些结果表明ZGKD2菌株的产碱、产铁载体特性以及抗氧化酶活性提高可能是其耐重金属的主要机制.     

有机废弃物发酵液中氨氮对己酸巨球菌产酸性能的影响机制

如今,有机废弃物在厌氧发酵方面引起了极大的关注,然而形成的发酵液中不可避免地会导致氨氮(NH₄⁺-N)积累,这对于碳延长微生物厌氧生产高附加值产物的工艺来说是一个未知的挑战.因此本文探究了不同浓度的NH₄⁺-N对Megasphaera hexanoica(己酸巨球菌)厌氧发酵过程中代谢活性和己酸生产性能的影响.结果表明,低浓度(5 g·L^-1)的NH₄⁺-N诱导了菌株的最大己酸产量从41 mmol·L^-1增加至55 mmol·L^-1,生物量也从800.15 mg·L^-1提升至992.74 mg·L^-1.不仅如此,低浓度的NH₄⁺-N促进了胞外聚合物的分泌,其中与电子转移相关的蛋白分泌量从81 mg·L^-1增加至117 mg·L^-1,电子传递系统活性也从0.19 ...     

基于生物膜序批式反应器工艺的城市污水磷酸盐富集实验研究

基于生物膜序批式反应器（BSBR）工艺,对模拟城市污水中的磷酸盐进行高效去除、回收.实验在探究不同蓄磷量和碳源对反应器效能、磷回收效率影响的基础上,进一步分析了两者的共同作用对厌氧释磷速率和释磷量的影响.结果表明,在反应器低碳源投加(仅厌氧投加200mg·L^-1)和低磷进水(10 mg·L^-1)工况下,磷回收液浓度随着蓄磷量增加而增大,磷回收液浓度最高可达到225.5 mg·L^-1,蓄磷量可达159.6mg·g^-1;同时探究了磷回收液浓度与平均磷回收效率间的关系,在以（6±1）d为回收周期的循环下,磷富集液浓度达到（106.6±10）mg·L^-1,此时平均磷回收效率为78.62%±2.3%;而且提高3.6倍蓄磷量可提高1.9倍释磷量,较之4倍碳源投加量时的1.79倍释磷量更为高效.因此,本反应器能基于更低碳源投加量获取高浓度磷回收液,从而为未来废水处理厂中磷的回收提供新的方向.     

氟苯尼考降低生物除磷性能的影响行为及机制解析

为探究新兴污染物氟苯尼考(FF)对强化生物除磷(EBPR)的影响及作用机制,构建了序批式反应器,通过不同质量浓度的FF短期和长期暴露,分析了生物除磷效率的变化规律,解析了FF和胞外聚合物的作用机制,明确了EBPR内微生物群落结构对FF的响应特征.研究发现,FF对EBPR性能的影响具有浓度依赖性,即0.1 mg·L^-1的FF对EBPR的性能没有明显影响,而2.0 mg·L^-1的FF降低了除磷效率.机制研究表明,2.0 mg·L^-1 FF长期暴露对厌氧阶段磷酸盐的释放没有影响,但降低好氧阶段磷酸盐的过量吸收.三维荧光分析表明,2.0 mg·L^-1 FF对活性污泥的胞外聚合物的结构和成分有明显影响.微生物群落结构分析表明,与空白组相比,2.0 mg·L^-1的FF提高了Candidatus Competibacter、Tetrasphaera和Terrimonas的相对丰度,分别至19.00%、5.28%和16.28%,但显著地降低了Chinophagaceae的相对丰度.本结果为EB...     

电缆细菌对沉积物-水界面磷、铁、硫分布影响的室内模拟研究

电缆细菌的存在会改变沉积物-水界面的氧化还原环境,进而影响沉积物-水系统中磷、铁、硫的迁移转化过程.本研究选取存在电缆细菌的原位南沙河沉积物-水系统为研究对象,在暗处15℃下培养30 d,利用薄膜扩散梯度（DGT）技术获取了活性磷、活性硫和活性铁的2 mm分辨率剖面分布特征,并结合原位荧光杂交技术确定了电缆细菌的密度.结果表明：随着沉积深度的增加,间隙水活性磷、活性铁和活性硫均呈现出先增加后减小再趋于稳定的趋势,均值分别为0.743～1.017 mg·L^-1、0.383～0.954 mg·L^-1和0.033～0.141 mg·L^-1,且均有向上覆水释放的趋势.随着培养时间的延长,0～1 cm间隙水中活性磷含量呈先减小后增加的趋势,在第10 d达到最小,均值为0.604 mg·L^-1,1 cm以下间隙水中活性磷含量呈现逐渐增加的趋势,在第30 d达到最大,均值为1.090 mg·L^-1.0～10 cm间隙水中活性铁和活性硫含量呈现先增加后减小的趋势,在第10 d达到最大,均值分别...     

黄土高原两种针叶树种不同器官水碳氮磷分配格局及其生态化学计量特征

植物不同器官水、碳、氮、磷等元素含量及其生态化学计量特征能够反映植物的生态策略及其环境适应性。本研究以黄土高原两种乡土树种油松(Pinus tabulaeformis)和柴松(Pinus tabulaefirmis f.shekanensis)为研究对象,分析了研究区两种树种水、碳、氮和磷在不同器官的含量及其生态化学计量特征,探讨了两种树种基于水、碳、氮和磷分配格局的生态适应策略。结果表明:(1)油松和柴松对水分和碳素的分配格局总体表现为根和叶最大,其次为枝和干,树皮最小;对氮、磷的分配格局则表现为叶片显著高于其他器官。(2)油松将更多的水和氮分配给叶、根等生产性器官,而柴松将更多的水和碳分配给枝、干等防御性器官,反映了柴松较油松具有更加保守的生长策略,能够更好适应逆境条件。(3)植物器官不同元素间通过相互耦合后可以表现出较好的相关性,反映了植物元素之间具有高度复杂的协同关系,这种协同关系的体现形式可能与植物类型及其对外界环境变化的生长适应策略密切相关。     

Bacteria on housefly eggs, Musca domestica, suppress fungal growth in chicken manure through nutrient depletion or antifungal metabolites

Female houseflies, Musca domestica (Diptera: Muscidae), lay their eggs in ephemeral resources such as animal manure. Hatching larvae compete for essential nutrients with fungi that also colonize such resources. Both the well-known antagonistic relationship between bacteria and fungi and the consistent presence of the bacterium Klebsiella oxytoca on housefly eggs led us to hypothesize (1) that K. oxytoca, and possibly other bacteria on housefly eggs, help curtail the growth of fungal resource competitors and (2) that such fungi indeed adversely affect the development of housefly larvae. Bacteria washed from housefly eggs significantly reduced the growth of fungi in chicken manure. Nineteen bacterial strains and ten fungal strains were isolated from housefly eggs or chicken manure, respectively. Co-culturing each of all the possible bacterium–fungus pairs revealed that the bacteria as a group, but no single bacterium, significantly suppressed the growth of all fungal strains tested. The bacteria's adverse effect on fungi is due to resource nutrient depletion and/or the release of antifungal chemicals. Well-established fungi in resources significantly reduced the number of larval offspring that completed development to adult flies. Electronic supplementary material  The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

鸡粪热裂解对重金属Mn、Cu、Zn和Cr生物有效性的影响

畜禽粪便直接农用引起的重金属污染是社会普遍关注的问题,探索如何有效降低畜禽粪便重金属生物有效性的技术是急需解决的难题.本文通过分析鸡粪(CM)裂解前后Mn、Cu、Zn和Cr等4种重金属形态分布变化,并采用林地大型盆栽试验研究添加CM和鸡粪炭(CMB)处理对湿地松地上部分重金属吸收状况的影响.结果表明,与CM直接还田相比,添加CMB(400℃)处理降低Mn、Cu和Zn在湿地松地上部分的吸收量和富集系数,而处理之间植株Cr元素的吸收量和富集系数差异不显著. Tessier连续提取结果表明, Mn、Cu和Zn的交换态含量分别由CM的94.8、10.0和34.9 mg·kg~(-1)显著降为CMB的16.6 mg·kg~(-1)、未检测出和1.8 mg·kg~(-1). CM裂解成CMB后, Cr元素残渣态含量显著提高.从元素质量守恒来看, CM制成CMB后Mn、Cu、Zn和Cr损失率分别为29.3%、35.6%、33.5%和3.3%.裂解油中Mn、Cu、Zn和Cr的金属总量分别占CM金属损失量的51.7%、53.0%、32.9%和13.1%. CM裂解成CMB后,91.7%的交换态Mn、几乎100%交换态Cu和97.5%的交换态Zn会随裂解转化为铁锰氧化态、有机结合态和残渣态形式或挥发而降低有效性. 1年盆栽试验结果表明,在CMB处理中,土壤Mn、Cu和Zn交换态含量显著低于CM处理.相关性分析发现,植物体内重金属吸收量与土壤金属有效态含量显著相关,而与总量相关性不明显.由此可见,将鸡粪制成鸡粪炭是一种有效降低Mn、Cu和Zn生物有效性的途径.     

Effect of cadmium on photosynthetic pigments, lipid peroxidation, antioxidants, and artemisinin in hydroponically grown Artemisia annua

The effects of different cadmium (Cd) concentrations (0, 20, 60, and 100 μmol/L) on hydroponically grown Artemisia annua L. were investigated. Cd treatments applied for 0, 4, 12, 24, 72, 144, 216, and 336 hr were assessed by measuring the changes in photosynthetic pigments, electrolyte leakage, malondialdehyde (MDA) and antioxidants (ascorbic acid and glutathione), while the artemisinin content was tested after 0, 12, 144, 216, and 336 hr. A significant decrease was observed in photosynthetic pigment levels over time with increasing Cd concentration. Chlorophyll b levels were more affected by Cd than were chlorophyll a or carotenoid levels. The cell membrane was sensitive to Cd stress, as MDA content in all treatment groups showed insignificant differences from the control group, except at 12 hr treatment time. Ascorbic acid (AsA) content changed slightly over time, while glutathione (GSH) content took less time to reach a maximum as Cd concentration increased. Cd was found to promote synthesis and accumulation of artemisinin, especially at concentrations of 20 and 100 μmol/L. In conclusion, Cd stress can damage to photosynthetic pigments, and vigorously growing A. annua showed a strong tolerance for Cd stress. Appropriate amounts of added Cd aided synthesis and accumulation of artemisinin.     

Effects of nature organic matters and hydrated metal oxides on the anaerobic degradation of lindane, p, p '-DDT and HCB in sediments

Effects of natural organic matters(NOM) and hydrated metal oxides(HMO) in sediments on the anaerobic degradation of γ-666,p, p‘-DDT and HCB were investigated by means of removing NOM and HMO in Liaohe River sediments sequentially. The results showed that the anaerobic degradation of γ-666, p, p‘ -DDT and HCB followed pseudo-first-order kinetics in different sediments. But, the extents and rates of degradation were different, even the other conditions remained the same. Anaerobic degradation rates of γ-666, p, p ‘-DDT and HCB were 0.020 d^-1, 0.009 d^-1 and 0.035 month^-1 respectively for the sediments without additional carbon resources. However, with addition ofcarbon resources, the anaerobic degradation rates of γ-666, p, p‘-DDT and HCB were 0.071 d^1, 0.054 d^-1 and 0.088 month^-1 in the original sediments respectively. After removing NOM, the rates were decreased to 0.047 d^-, 0.037 d^-1 and 0.066 month^-1 ; in thesediments removed NOM and HMO, the rates were increased to 0.067 d^-1 , 0.059 d^-1 and 0.086 month^-1 . These results indicated that NOMin the sediments accelerated the anaerobic degradation of γ-666, p, p‘-DDT and HCB ; the HMO inhibited the anaerobic degradation of γ-666,p, p ‘-DDT and HCB.     

罗红霉素对大型溞生殖生长及抗氧化系统的影响

罗红霉素（ROX）在水环境中广泛赋存,并产生一定的生态毒理效应.为了进一步认知ROX对水生生物的负面影响,以大型溞为模式生物研究了ROX在生殖、生长及抗氧化系统方面的急慢性毒理效应.结果发现ROX对大型溞的急性毒性等级为Ⅲ级（48h-LC₅₀为60.26 mg·L^-1,96h-LC₅₀为39.81 mg·L^-1）.0.5 μg·L^-1和50 μg·L^-1的ROX均显著增加了大型溞的产卵胎次,提高了大型溞的产卵总量和每胎产卵量.暴露初期ROX改变了大型溞的性成熟时间,大型溞通过调节产卵胎数和单胎产卵数量,弥补ROX造成的环境胁迫,50 μg·L^-1 ROX显著提升了大型溞的内禀增长率.ROX暴露组中大型溞均出现了体长变短、心率失调和游泳活性抑制现象.50 μg·L^-1 ROX对POD（过氧化物酶）、CAT（过氧化氢酶）和GSH-Px（谷胱甘肽）的抑制率接近50%,对MDA（丙二醛）的诱导甚至超过100%,造成机体内活性氧蓄积,损伤细胞膜.大型溞通过上调per06表达,增强体内免疫应答,但gst和gst-theta表达受到抑制下调,解毒作用减弱,ROX抑制了大型溞jhe、ecra、ecrb、rxr、vg1、vg2和vit-2基因表达,致使保幼激素和甲状腺激素分泌紊乱和卵黄蛋白合成受阻,影响其生长发育和种群稳定.本结果为水环境中ROX对水生生物的生殖和生长及在蛋白水平和基因水平的响应提供了借鉴.     

前沟藻(Amphidinium hoefleri)和角刺藻(Chaetoceros gracilis)二甲基硫生产的实验研究

用实验室模拟的方法着重研究硅藻的角刺藻（Ｃｈａｅｔｏｃｅｒｏｓｇｒａｃｉｌｉｓ）和乳游甲菏的前沟藻（Ａｍｐｈｉｄｉｍｉｕｍｈｏｅｆｌｉｅｒ）生长过程中ＤＭＳ的生产及不同氮营养条件下对前沟藻ＤＭＳ生产的影响。结果表明（１）前沟藻和角刺激都可以生产二甲基硫（ＤＭＳ）,但２者ＤＭＳ生产能力有很大差别,前沟藻ＤＭＳ平均生产率大约是角刺激藻的１００倍。（２）不同生理阶段的ＤＭＳ产量不同。对数增生匠前沟藻细胞     

嫩江齐齐哈尔段水节霉(Leptomitus lacteus Agardh)成因研究

通过现场调查和实验室试验,研究了嫩江齐齐哈尔段水节霉形成的原因.结果表明,嫩江齐齐哈尔段水节霉过渡的生长、繁殖主要是由糖厂污水影响所致,并提出了预防由这种微生物所引起的水污染的建议.     

芦苇抑藻化感物质的分离及其抑制蛋白核小球藻效果研究

采用乙醇提取、溶剂萃取法从芦苇中分离出2组能抑制蛋白核小球藻生长的化感物质. 该2组化感物质对蛋白核小球藻的半效应浓度(EC₅₀)分别为0.68mg/L和2.65mg/L. 将前者用碱性氧化铝层析柱分离得到一组抑藻活性更强的化感物质和一组能够促进蛋白核小球藻生长的化感物质: 前者对蛋白核小球藻的EC₅₀为0.50mg/L, 是目前报道的抑藻能力最强的化感物质; 后者在浓度为0.63mg/L时能显著促进蛋白核小球藻的生长. 芦苇化感物质可以用来控制淡水中有害藻类.     

接种丛枝菌根真菌对诸葛菜生理指标和氮磷钙吸收的影响

为了探究AM（Arbuscular mycorrhiza fungi,丛枝菌根）真菌对于喀斯特地区石漠化治理的应用,以石灰土为培养基质模拟喀斯特高钙环境,选用4种球囊霉属的AM真菌（BEG-141、BEG-167、BEG-168、BEG-193）作为供试菌种接种喀斯特适生植物——诸葛菜（Orychophragmus violaceus）进行模拟研究.选取诸葛菜的全株生物量、净光合速率值、水分利用率为生理指标同时以氮磷钙为代表元素,通过对比接种和非接种试验,研究AM真菌对宿主植物生理状态的影响.结果表明:接种AM真菌对喀斯特适生植物诸葛菜的生长有显著的促进作用,对全株生物量的促进效应达到了3~5倍;对净光合速率值比较分析,接种组显著高于对照组,与对照组相比接种组净光合速率提高了2~3倍,其中BEG-167接种组的净光合速率〔33.14 μmol/（m2·s）〕最大;从水分利用率来看,只有BEG-168和BEG-141的水分利用率显著高于对照组,分别为对照组的1.8和1.4倍;所有接种组地下部的TP含量都显著高于对照组,提高了9.71%~34.39%,只有BEG-193接种组的地上部分TP含量显著高于对照组,整体而言,接种促进了诸葛菜地下部分对TP的吸收;接种组地上部TN含量均显著低于对照组,而地下部的TN吸收提高了38.07%~138.04%,均显著高于对照组;此外,接种后诸葛菜地上部TCa（总钙）含量降低了7.61%~55.58%,接种减少了TCa向其地上部的运输,从而减少TCa过量对植物体的伤害.研究显示,AM真菌对诸葛菜的促进效应很可能是通过提高植株净光合速率、水分利用率、TP和TN的吸收,抑制钙向植物体地上部转移等途径实现的.