环境DNA(eDNA)宏条形码技术对枝角类浮游动物物种鉴定及其生物量监测研究

环境DNA(eDNA)宏条形码(Metabarcoding)技术越来越多地被应用于环境中物种定性识别,但如何定量监测物种在环境中的丰度尚未得到解决。本研究以太湖流域常见的5种浮游动物拟同形溞、大型溞、蚤状溞、多刺裸腹溞、老年低额溞为研究对象,建立了一种基于eDNA宏条形码技术的物种定量方法,并与实时荧光定量PCR(qPCR)相比较,研究了eDNA宏条形码技术多物种定量的准确性。结果表明,PCR引物对eDNA宏条形码的物种检测和定量影响显著。313 bp COI313引物对浮游动物物种覆盖度高,但是物种间DNA扩增的偏好性大,不适用于eDNA宏条形码定量检测。基于COI序列重新设计的短COI116引物能够同时检测出所有5个物种。荧光定量PCR(qPCR)物种拷贝数与物种相对占比呈正相关。eDNA宏条形码所检出每个物种的序列数与qPCR定量拷贝数高度一致。综上,eDNA宏条形码技术可实现对浮游动物物种的半定量检测,在生物多样性监测和生物完整性评价有显著的应用价值。     

我国地表水中磷酸三苯酯的多层次生态风险评估

磷酸三苯酯(triphenyl phosphate,TPP)在电缆材料、塑料制品中被大量使用,是地表水中检出频率最高的有机磷酸酯类阻燃剂之一,近年来受到广泛关注。本文通过文献检索TPP的地表水环境暴露浓度以及对水生生物的毒性效应浓度,利用风险商(hazard quotient,HQ)和概率生态风险评价法(probabilistic ecological risk assessments,PERA)对我国主要地表水中的TPP进行多层次生态风险评价。结果显示,TPP在我国地表水中的浓度为0.2～96.3 ng·L~(-1),以生存为测试终点的急性毒性数据推导出的预测无效应浓度(predicted no effect concentration,PNEC)为36.49μg·L~(-1),而以繁殖、发育和生长等为测试终点的慢性毒性数据推导出的PNEC值为1.30μg·L~(-1)。基于急、慢性毒性数据计算的风险商均小于0.1。我国地表水中TPP对0.1%到1%的水生生物造成繁殖、发育和生长等慢性毒性影响的概率分别为1.40%和0.04%,存在较低的潜在生态风险。     

基于环境DNA宏条形码的太湖流域底栖动物监测与生态健康评价

大型底栖动物是生态环境监测和评估的主要目标生物类群之一。环境DNA宏条形码技术的发展为提高底栖动物多样性监测的通量、精准性、标准化程度提供了新的机遇,但该方法在我国尚未有流域尺度的应用先例,其结果的可靠性和对生态环境健康状况的指示性有待检验。率先将环境DNA宏条形码技术用于太湖流域65个点位的底栖动物监测和流域生态健康评价,并与同步进行的形态学监测结果进行了比较。结果表明:①环境DNA方法能检出更多的底栖动物类群,在科、属、种水平上检出的分类单元数分别是形态学监测结果的106%、132%、155%;②基于环境DNA技术的检测方法能够很好地识别形态学监测结果中的优势物种,检出的科级、属级分类阶元能够覆盖形态学监测结果中90%以上的生物量和个体数,同时包含60%以上的物种数;③两种方法对同一物种的检出频次显著相关(R²>0.7,P<0.0001),总体检出一致率达72.3%;④在底栖动物完整性指数(B-IBI)方面,环境DNA方法与形态学方法的计算结果显著相关(R²=0.235,P<0.0001),94%的点位的B-IBI等级划分误差在1级以内,且两种方法的计算结果在底栖动物完整性的流域空间格局描绘上高度重合。综上所述,环境DNA宏条形码技术在太湖流域底栖动物群落监测和评价中的整体应用结果表明,环境DNA监测方法结果可靠,将其进一步规模化应用有望显著提高我国水生态系统生物监测结果的准确性和生态健康评价的技术水平。     

微塑料生物膜11种AHLs类群体感应信号分子测定及其分泌特征

为研究微塑料生物膜的群体感应效应,利用液液萃取和超高效液相色谱-串联质谱技术,建立了微塑料上枯草芽孢杆菌生物膜分泌的11种酰基高丝氨酸内酯(AHLs)类群体感应信号分子前处理和仪器分析方法.优化后的前处理方法采用酸化的乙酸乙酯(0.01％冰乙酸,V/V)对微塑料生物膜样品中AHLs类信号分子进行萃取,萃取方式采用冰浴超...     

矿山地质环境保护与治理恢复方案技术要求探讨

以《同煤集团梵王寺煤矿矿山地质环境保护与治理恢复方案》为例,根据相关工程实践,对"矿山地质环境保护与治理恢复方案"编制过程中需要特别注意的几个问题及争议问题进行了探讨,以期对该类项目起到指导作用。     

曝气复氧对底泥氮素生物地球化学循环影响的作用机制研究

通过分析底泥氮污染物释放规律和转化过程,以及底泥生境、氮形态变化和氮循环功能微生物群落结构变化的规律,探讨了不同曝气复氧条件影响底泥氮生物地球化学循环的生物代谢、物理化学联合作用的机制。结果表明：曝气复氧对底泥中氮的生物地球化学循环影响是一个包括微生物代谢作用和物理化学作用的复杂联合作用过程。水体好氧环境的改变主要引起参与底泥氮循环的硝化、亚硝化和反硝化功能菌群群落结构的演变,对异养菌和氨化菌的影响不大,证明环境好氧条件的改变对底泥有机质生物分解产生氨氮的微生物代谢过程影响不大,主要对底泥释放的氨氮硝化、反硝化等生物转化过程产生大的影响。不同溶解氧条件下,底泥释放的氮素在微生物作用下主要以NH4＋-N和NO3--N的形式进入试验体系,并在特定的氧化还原电位（临界值-200 mV）和pH（临界值6.70）条件下通过物理化学作用在底泥中以离子交换态氮（IEF-N）、碳酸盐结合态氮（CF-N）、铁锰氧化态氮（IMOF-N）及有机态和硫化物结合态氮（OSF-N）等不同形态氮相互转化,同时,在氮的转化和循环过程中部分输入上覆水体。在低溶解氧组实验条件下[ρ（DO）〈0.5 mg.L-1],底泥向水体输出氮总量为底泥可转化态氮的19.7%,主要为氨氮,最大释放速率达到289.13 mg.m-2.d-1,释放的质量浓度可达到18.8 mg.L-1;好氧条件下（DO饱和）,底泥向水体输出氮总量为底泥可转化态氮的1.8%;好氧-缺氧条件下为11.7%,主要以N2的形式释出系统。     

噻菌灵的太赫兹时域光谱研究

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是一种快速发展的光谱检测新技术.在室温294 K和试验箱内湿度约4.0％的条件下,利用THz-TDS技术测量噻菌灵农药,获得其时域信号.通过快速傅里叶变换(FFT)得到样品的THz频域幅值和相位信息,运用菲涅尔公式计算得到噻菌灵样品在0.2～2.5 THz范围内的吸收谱和折射率.结果表明:噻菌灵样品的时域信号相对于参考信号有一定的时间延迟和幅值衰减;噻菌灵样品吸收谱有5个明显的特征吸收峰;平均折射率为1.50,且随着频率增加,折射率缓慢下降.运用密度泛函理论(DFT)计算了噻菌灵分子在THz波段的振动频率,认为试验吸收光谱中的特征吸收峰是由分子的低频集体振动及分子内分子键的弯曲和扭转引起.结果表明,分子的THz波段吸收谱对分子的结构和空间构形十分敏感,可将特征吸收峰作为分子指纹谱.THz-TDS技术在研究分子低频光谱特性和鉴别物质方面有发展空间.结果也证明THz-TDS技术应用于检测农药残留是可行的.     

Removal of antibiotic-resistant genes during drinking water treatment: A review

Once contaminate the drinking water source, antibiotic resistance genes (ARGs) will propagate in drinking water systems and pose a serious risk to human health. Therefore, the drinking water treatment processes (DWTPs) are critical to manage the risks posed by ARGs. This study summarizes the prevalence of ARGs in raw water sources and treated drinking water worldwide. In addition, the removal efficiency of ARGs and related mechanisms by different DWTPs are reviewed. Abiotic and biotic factors that affect ARGs elimination are also discussed. The data on presence of ARGs in drinking water help come to the conclusion that ARGs pollution is prevalent and deserves a high priority. Generally, DWTPs indeed achieve ARGs removal, but some biological treatment processes such as biological activated carbon filtration may promote antibiotic resistance due to the enrichment of ARGs in the biofilm. The finding that disinfection and membrane filtration are superior to other DWTPs adds weight to the advice that DWTPs should adopt multiple disinfection barriers, as well as keep sufficient chlorine residuals to inhibit re-growth of ARGs during subsequent distribution. Mechanistically, DWTPs obtain direct and inderect ARGs reduction through DNA damage and interception of host bacterias of ARGs. Thus, escaping of intracellular ARGs to extracellular environment, induced by DWTPs, should be advoided. This review provides the theoretical support for developping efficient reduction technologies of ARGs. Future study should focus on ARGs controlling in terms of transmissibility or persistence through DWTPs due to their biological related nature and ubiquitous presence of biofilm in the treatment unit.     

超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾化影响因素实验研究*

为掌握超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾化机理及特性,采用流体力学线性不稳定理论分析雾化机理,通过喷雾实验研究不同因素对雾化性能的影响及对比不同类型喷嘴的雾化效果。研究结果表明:随着距喷嘴出口距离增加,超音速虹吸式空气雾化喷嘴在雾滴破碎后碰撞聚合作用由强到弱,300 mm内雾滴粒径增长速率明显,300 mm外雾滴粒径增长速率较缓。随着供气压力增加,超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾滴粒径逐渐减小,在实测距离内SMD（平均粒径）最小为17.5 μm。不同供气压力下,超音速虹吸式空气雾化喷嘴随距离增加,雾滴粒径增长趋势基本一致。有效射程内供气压力为0.1~0.5 MPa时,SMD仅为17.5~31.16 μm。对比实验中,超音速虹吸式空气雾化喷嘴SMD比内混式空气雾化喷嘴和X旋流型压力喷嘴小53.5%~74.0%。     

磁化荷电水雾最佳降尘参数确定实验研究*

为实现对煤尘的有效防控,进一步提高磁化水降尘性能,提出磁化荷电喷雾降尘技术,通过研究液滴在磁化、荷电情况下的受力,揭示磁化荷电喷雾降尘机理;通过自主搭建的动、静态综合除尘实验平台,研究不同磁化强度、荷电电压下溶液表面张力和雾滴粒径的变化规律,进而确定最佳雾化参数。研究结果表明:磁化荷电后的溶液表面张力和雾滴粒径随磁化强度、荷电电压的增大呈现先下降而后上升,最后趋于平稳。荷电电压为9 kV、磁化强度为350 mT时达到最佳效果,此时,与清水相比全尘降尘效率达到92.79%、提高69.63%,呼尘降尘效率达到78.59%、提高94.01%。磁化荷电的溶液表面张力降低,破碎时所做表面功更小,雾化后液滴粒径更小更均匀,与尘粒接触面积增大,可提高捕尘效率,改善矿井环境。