宏蛋白质组学在活性污泥研究中的应用

宏蛋白质组学作为研究微生物群落的一种新兴技术,主要是对特定微生物群落所表达的全部蛋白进行宏观、高通量的分析研究.本文综述了宏蛋白质组学研究的技术路线,主要包括蛋白的提取和纯化、分离和鉴定,以及宏蛋白质组学在强化生物除磷的活性污泥、活性污泥胞外多聚物和比较不同处理工艺活性污泥的差异等方面的研究.活性污泥的宏蛋白质组学研究完善了强化生物除磷活性污泥的厌氧和好氧阶段的代谢模型,揭示了活性污泥胞外多聚物在污染物降解过程中的主要作用和表现,阐述了不同活性污泥在污水处理过程中宏观特性与微观功能之间的关系,对于污水的生物处理有着重要的指导意义.宏蛋白质组学在活性污泥研究领域仍处于起步阶段,没有统一、有效的蛋白提取方法,数据库匮乏,成为活性污泥宏蛋白质组学发展的主要阻碍.随着各种新兴仪器、方法的应用以及数据库的不断完善,活性污泥宏蛋白质组学将会在污染物生物降解机制分析、鉴定功能蛋白等方面展现其巨大的优势.     

Polystyrene nanoplastics affect growth and microcystin production of Microcystis aeruginosa

Nanoplastics are widely distributed in freshwater environments, but few studies have addressed their effects on freshwater algae, especially on harmful algae. In this study, the effects of polystyrene (PS) nanoplastics on Microcystis aeruginosa (M. aeruginosa) growth, as well as microcystin (MC) production and release, were investigated over the whole growth period. The results show that PS nanoplastics caused a dose-dependent inhibitory effect on M. aeruginosa growth and a dose-dependent increase in the aggregation rate peaking at 60.16% and 46.34%, respectively, when the PS nanoplastic concentration was 100 mg/L. This caused significant growth of M. aeruginosa with a specific growth rate up to 0.41 d^?1 (50 mg/L PS nanoplastics). After a brief period of rapid growth, the tested algal cells steadily grew. In addition, the increase in PS nanoplastics concentration promoted the production and release of MC. When the PS nanoplastic concentration was 100 mg/L, the content of the intracellular (intra-) and extracellular (extra-) MC increased to 199.1 and 166.5 μg/L, respectively, on day 26, which was 31.4% and 31.1% higher, respectively, than the control. Our results provide insights into the action mechanism of nanoplastics on harmful algae and the potential risks to freshwater environments.

     

Development of highly efficient and reusable magnetic nitrogen-doped carbon nanotubes for chlorophenol removal

Environmental Science and Pollution Research - Nitrogen-doped carbon nanotubes (N-CNTs) were synthesized via a hydrothermal method and further modified with magnetic Co0.5Cu0.5Fe2O4 nanoparticles...     

Polycyclic aromatic hydrocarbon and n-alkane pollution characteristics and structural and functional perturbations to the microbial community: a case-study of historically petroleum-contaminated soil

Characterization of the typical petroleum pollutants, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and n-alkanes, and indigenous microbial community structure and function in historically contaminated soil at petrol stations is critical. Five soil samples were collected from a petrol station in Beijing, China. The concentrations of 16 PAHs and 31 n-alkanes were measured by gas chromatography-mass spectrometry. The total concentrations of PAHs and n-alkanes ranged from 973 ± 55 to 2667 ± 183 μg/kg and 6.40 ± 0.38 to 8.65 ± 0.59 mg/kg (dry weight), respectively, which increased with depth. According to the observed molecular indices, PAHs and n-alkanes originated mostly from petroleum-related sources. The levels of ΣPAHs and the total toxic benzo[a]pyrene equivalent (ranging from 6.41 to 72.54 μg/kg) might exert adverse biological effects. Shotgun metagenomic sequencing was employed to investigate the indigenous microbial community structure and function. The results revealed that Proteobacteria and Actinobacteria were the most abundant phyla, and Nocardioides and Microbacterium were the important genera. Based on COG and KEGG annotations, the highly abundant functional classes were identified, and these functions were involved in allowing microorganisms to adapt to the pressure from contaminants. Five petroleum hydrocarbon degradation-related genes were annotated, revealing the distribution of degrading microorganisms. This work facilitates the understanding of the composition, source, and potential ecological impacts of residual PAHs and n-alkanes in historically contaminated soil.

     

长江口-浙闽沿岸沉积色素的分布特征及其指示意义

利用高效液相色谱法分析了长江口-浙闽沿岸表层沉积物中的色素组成和含量,探讨了海洋初级生产力、浮游植物功能类群和浮游植物色素保存效率的空间分布特征及其影响因素.结果表明,沉积物中的色素类型主要为沉积绿素(chloropigments,Chlorins)[包括叶绿素a(chlorophyll-a,Chl-a)及其降解产物(pheopigments,Pheo-a),如脱镁叶绿素a(pheophytin-a,PHtin-a)、脱镁叶绿酸a(pheophorbide-a,PHide-a)、焦脱镁叶绿素a(p Pheophytin-a,p PHtin-a)、甾醇绿素酯(sterol chlorin esters,SCEs)和胡萝卜醇绿素酯(carotenol chlorin esters,CCEs)].Chlorins高值区呈南北两大斑块状分布,可能主要是受到长江冲淡水及浙闽沿岸泥质区上升流输运的营养盐的影响.研究区域内类胡萝卜素整体上无明显趋势性变化,在长江口以及浙闽沿岸各呈现一个高值区.基于沉积物中特征类胡萝卜素比例估算得到的浮游植物功能类群中硅藻、甲藻、定鞭藻、青绿藻、隐藻和蓝藻的相对贡献分别为48.8%±17.4%、10.7%±11.5%、8.1%±7.2%、18.6%±8.2%、9.4%±6.4%和4.3%±3.2%.对营养盐水平、水体盐度等外界环境的偏好导致硅藻和甲藻比例离岸降低,青绿藻、隐藻和蓝藻比例离岸增加.Chl-a/Pheo-a比值的分布表明,较高的沉积速率以及季节性的底层水体缺氧事件导致了近岸海域(长江口最大浑浊带外缘、杭州湾湾口以及浙闽沿岸上升流区)具有较高的沉积色素保存效率,这些沉积色素保存效率较高的区域可能是进行海洋生态环境历史重建的理想区域,而杭州湾水体通过舟山群岛与外部海水进行水体交换时造成的较差沉积环境可能是导致杭州湾外海具有较低沉积色素含量和较低保存效率的主要原因.     

一种多介质层波形潜流人工湿地处理重污染河水试验

我国河流污染严重,城市黑臭水体的比率日益增加。人工湿地作为一种高效低耗能的绿色处理技术,已被广泛应用于污染河水的治理。通过对比分析分层装填复合填料的多介质层波形潜流人工湿地和单一砾石填料的普通人工湿地处理重污染河水的效果,研究了特种基质填料强化脱氮除磷作用以及不同水力负荷条件的影响。试验结果表明:在水力负荷为0.2 m~3/(m~2·d)时,普通湿地对COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别达到55.95%、77.85%、39.80%和54.94%;多介质层湿地对COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别达到58.52%、75.99%、67.08%和57.31%。在水力负荷为0.5 m~3/(m~2·d)时,普通湿地对COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别达到68.46%、90.73%、42.13%和53.70%;多介质层湿地对COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别达到69.61%、89.94%、77.58%和68.63%,其脱氮效果明显好于普通湿地。以复合填料包分层装填的波形潜流人工湿地系统具有良好的脱氮除磷效果,有很好的推广应用价值。     

艰险地区地质调查作业人员安全装备保障体系的构建

为有效提升艰险地区地质调查作业人员安全装备保障水平,结合艰险地区作业环境特点和地质调查作业人员安全装备配备现状,从气象和气候条件、地理环境、自然灾害、人文地理四个方面进行了安全风险分析,并依据事故发生的可能性和严重性将风险划分为5个等级,最终按照"立足实际、重点优先、优化配置"原则提出了由个体防护、应急自救、人员定位、野外生存4类系统组成的地质调查作业人员安全装备保障体系以及安全装备配备建议,以期能够最大限度地降低安全风险对作业人员的影响,从根本上解决艰险地区地质调查作业人员个体防护用品配备标准适用性差、安全装备系统化程度低、个体防护用品整体质量不高、安全装备更新不及时不到位等突出问题,可为今后地质调查作业人员安全装备保障体系建设以及安全装备配备提供指导和参考。     

单光子/光电子在线质谱实时分析聚氯乙烯热分解/燃烧产物

实验室研制了低能光电子磁场增强电离(MEPEI)和单光子电离(SPI)复合电离源,该电离源具有电离化合物范围宽、碎片离子少、质谱图简单等优点,结合飞行时间质谱(TOF-MS)实现了聚氯乙烯(PVC)热分解/燃烧产物的在线分析.针对不同的目标化合物,MEPEI/SPI复合电离源通过调节电离区电场强度,可以快速在SPI和SPI-MEPEI之间切换.PVC热分解/燃烧产物中电离能大于光子能量(10.60 eV)的HCl和CO2(12.74 eV、13.77 eV)利用MEPEI模式电离;而烯烃、二氯乙烯、苯系物、氯苯、苯乙烯、茚满及萘系物等可通过SPI-MEPEI复合模式电离.通过实时监测PVC主要燃烧产物的信号强度随温度的变化趋势可推断出,PVC燃烧产物主要是通过两种机制生成:①250～370℃时,PVC发生脱氯及分子内环化反应,产生大量的HCl、苯和萘;②380～510℃时,PVC发生分子间交联反应,生成烷基芳烃,如甲苯和二甲苯/乙苯等.实验结果表明,SPI/SPI-MEPEI复合离子源TOF-MS分析速度快,应用范围广,在在线分析中具有广泛的应用前景.     

胶东半岛农村地区地下水重金属健康风险评价——以山东省莱阳市为例

重金属健康风险评价对居民身体健康具有重要意义。使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测定了莱阳市农村的31个地下水体中重金属Cu、Fe、Zn、Mn、Cd和Cr的含量水平,阐明了该地区重金属的空间分布特征、来源及其迁移规律,并运用美国环保局推荐的健康风险评价模型对其引起的健康风险进行了评价。结果表明,该地区地下水中Cr未检出,Cu、Fe、Zn、Mn和Cd的浓度范围分别是0～59、23～905、29～50 700、3～2 999、0～1μg/L。根据我国饮用水质量标准,所有样点中Cu和Cd的浓度未超标,Zn、Mn和Fe的超标率分别为22.58%、16.13%和6.45%,个别样点超标倍数甚高。健康风险评价结果表明,Cu、Fe、Zn、Mn通过饮用水途径产生的健康风险平均值分别为3.49×10-10、1.91×10-10、100.50×10-10、37.40×10-10a-1,均远低于ICRP(5×10-5a-1)和USEPA(1×10-4a-1)的最大可接受风险水平。但是Zn和Mn对人体健康危害的平均个人年风险明显高于其他地区,因此,该研究区非致癌物Zn和Mn的污染来源及其环境行为应该引起重视。该研究为该区域水质污染状况研究及治理监管工作提供理论依据,为其他地区重金属的监测和质量控制提供参考。     

降雨对华北土石山区侧柏林土壤呼吸的影响

采用碱液吸收法(AA法)对北京西部山区不同降雨处理的典型侧柏林的土壤呼吸速率做了测定。同时测定了土壤呼吸测定点的土壤温度、土壤水分及气温和湿度等气象因子。结果表明5 mm、10 mm、20 mm降雨处理对侧柏林土壤呼吸都有促进作用,而50 mm降雨处理以及50 mm频率降雨对土壤呼吸的促进作用不明显。研究发现降雨导致土壤含水量升高并造成土壤呼吸的温度敏感性降低,Q10为1.1左右。通径分析的结果表明7 cm土壤温度、空气温度、大气相对湿度对各降雨处理的土壤呼吸速率的直接效应是最为显著的,其中对土壤呼吸影响最大的因素是温度。