镉胁迫下稻田土壤微生物基因多样性的DGGE分子指纹分析

采用现代分子生物学技术,避开传统的分离培养过程,探讨重金属镉污染条件下稻田土壤微生物种群的基因多样性.经过直接从土壤中抽提总DNA,并对总DNA中16S rDNA及其中 V3可变区序列作PCR扩增、变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析等,对镉胁迫下稻田土壤总DNA、微生物种类分布进行了初步的研究,发现不同浓度镉胁迫下稻田土壤间的菌种有明显差异,DGGE技术可以用于污染环境下微生物多样性研究.同时对DGGE分子指纹图谱的生物信息学分析作了初步尝试,为污染环境下土壤微生物多样性研究提供了新的实验方法与依据.     

外源Cd在不同类型土壤中的稳定化特征

为明晰镉(Cd)在不同类型土壤中的稳定化特征和有效性差异,以四川省6种主要的农耕土壤酸性紫色土、中性紫色土、石灰性紫色土、灰潮土、典型黄壤和漂洗黄壤为研究对象,通过土壤培养试验,对外源Cd进入土壤后的稳定化时间、化学形态和有效Cd含量进行了对比分析,进一步结合盆栽试验下各土壤中小白菜生物量和Cd含量,探讨了外源Cd在6种土壤中的化学行为和污染效应.结果表明：(1)6种土壤的有效Cd含量在外源Cd添加后的15 d内迅速降低,后趋于平稳.稳定后,漂洗黄壤和酸性紫色土的有效Cd含量显著高于其他4种土壤,石灰性紫色土最低(1.01 mg·kg^-1);(2)6种土壤中的Cd均以可交换态的占比最高(42.51%～56.07%),其次,漂洗黄壤和典型黄壤中的铁锰氧化物结合态Cd,石灰性紫色土中的碳酸盐结合态和灰潮土中的有机络合态Cd的占比相对较高;(3)低含量Cd处理下(0.5 mg·kg^-1),6种土壤中小白菜的生长均无明显抑制,生物量与对照无显著差异,但可食部位Cd含量却有不同程度地富集,表现为典型黄壤和漂洗黄壤显著高于其他4种土壤;高含量Cd处理下(...     

耐镉菌株的分离及其对Cd2+的吸附富集

采用梯度浓度驯化的方法,筛选分离出一株能高度耐镉和富集镉的菌株,初步鉴定为假单胞菌属(Pseudomonas sp.).该菌株在含Cd2+浓度4500mg/L的液体细菌培养基中能够生存,当Cd2+浓度为100mg/L时,pH值为6～8有利于提高菌株耐镉能力.Cd2+为低浓度时菌株积累Cd2+,菌体对Cd2+浓度为100mg/L的积累率达99.1%,冻干菌体对Cd2+的吸附量为8.786mg/g干菌体;当Cd2+浓度大于909mg/L时,菌体表现出外排Cd2+现象.红外分析和电镜观察表明,菌株细胞壁在吸附Cd2+中起重要作用,67.4%的Cd2+吸附在细胞壁上.     

硫磺和放线菌强化植物修复土壤镉污染

为了强化耐受重金属镉（Cd）的植物包心芥菜对土壤中Cd污染的富集及转运效率,以包心芥菜为研究对象,向土壤中添加0.3%的硫磺和接种不同数量的放线菌Act12（0.5,1.0,1.5,2.0g/kg）,通过盆栽实验,研究不同处理间根际土pH值的变化规律、包心芥菜地上和地下部分Cd的积累量、植物抗氧化酶系的变化以及根系活力.结果表明：添加0.3%硫磺和2.0g/kg放线菌Act12后,根际土pH值下降最大,相比对照下降了14.5%.而添加0.3%硫磺和1.5g/kg的放线菌Act12,包心芥菜地上部分Cd的含量最高,转运系数最大,相比对照,Cd含量提高了79%,并且植物地上部分的干重最大.添加放线菌Act12对植物的抗氧化系统有积极作用,CAT、POD、SOD含量均在0.3%硫磺和1.0g/kg放线菌Act12的添加组合下达到峰值,放线菌Act12还可提高植物的根系活力,降低丙二醛的含量.综上表明,添加硫磺和放线菌Act12均可强化包心芥菜吸收土壤中Cd的能力,其中0.3%硫磺和1.5g/kg放线菌Act12的添加组合强化效果最佳.     

北京市菜地土壤和蔬菜镉含量及其健康风险分析

通过对北京市蔬菜和菜地土壤镉含量状况进行大规模调查,研究了蔬菜和土壤镉含量及其健康风险,并筛选出抗镉污染能力强的蔬菜品种.根据蔬菜的消费量同时兼顾品种多样性的原则,在北京市规模化蔬菜栽培基地(采集蔬菜及土壤样品)和蔬菜批发市场(蔬菜样品)共采集97种蔬菜363个样品和54个土壤样品.研究发现:北京市菜地土壤镉积累明显,其范围为0.091～0.971 mg·kg-1,其算术均值和Box-Cox均值分别为0.229和0.187 mg·kg-1,其中有两个样点土壤镉含量(0.971和0.886 mg·kg-1)超过<土壤环境质量标准>(GB15618-1995)中的二级标准(0.6 mg·kg-1);北京市蔬菜镉含量范围、算术均值和Box-Cox均值分别为0.1～101.4、12.8和10.0μg·kg-1;叶菜类和根茎类蔬菜的镉平均含量显著高于瓜果类和特菜;北京市本地产蔬菜与市售外地产蔬菜的镉含量没有显著差异;裸露地蔬菜镉含量显著高于设施蔬菜;小白菜、辣椒、茄子、萝卜和大白菜镉富集系数较高,其抗镉污染能力较弱,而冬瓜、黄瓜、叶甜菜、大葱、云架豆、甘蓝、西红柿等镉富集系数较低,其抗镉污染能力较强.北京市居民每人从蔬菜中摄入镉的量为12 2μg·d-1,蔬菜镉对北京市部分人群存在一定的潜在健康风险.     

外源硒对黄瓜抗性、镉积累及镉化学形态的影响

采用盆栽试验,在土壤Cd(20 mg·kg-1)污染条件下,测定了不同浓度的Na2Se O3(Se水平为0、0.5和1.0 mg·L-1)处理对2个黄瓜(Cucumis satiuus L.)品种(低Cd富集植物品种津优1号和高Cd富集品种燕白)生物量、丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶活性及黄瓜体内Cd形态和Cd积累量的影响.结果表明,叶面喷施硒(Na2Se O3)后,黄瓜叶、茎、根、果实、植株干重,以及Cd含量和积累量在两个品种间的差异达到了显著性水平.随硒浓度的增加,燕白叶的丙二醛(MDA)含量逐渐增加,津优1号叶的丙二醛含量则逐渐减少;燕白根的丙二醛含量先增后降,津优1号根的丙二醛含量先降后增.喷施Na2Se O3后,黄瓜叶和根的CAT、SOD和POD活性呈现不同变化趋势.喷施外源硒降低了2个品种果实中不同形态Cd含量.叶面喷施Na2Se O3使黄瓜叶、茎、根和果实中的Cd含量分别下降了3.2%~17.9%、14.6%~28.2%、5.1%~18.5%和60.6%~75.8%.比较2个供试黄瓜品种,无论喷施Na2Se O3与否,黄瓜植株中Cd积累量以津优1号燕白.     

Adsorption of Pb, Cd to Fe, Mn oxides in natural freshwater surface coatings developed in different seasons

Metal oxides( Fe, Mn oxides) in natural surface coatings(biofilms and associated minerals) are believed to play a significant role n the fate and transport of trace metal in aquatic environments. Seasonal variation of Fe, Mn oxides and organic materials in surface oatings, which were developed periodically on glass slides in Nanhu Lake, Jilin Province, China over the time frame of three seasons,was investigated in order to understand the influence of metal oxides on Pb and Cd adsorption to heterogeneous surface coating materials(biofilm). Pb and Cd adsorption was measured under controlled laboratory conditions( mineral salts solution with defined speciation, ionic trength 0.05 mol/L, 25~C and pH 6.0). The classical Langmuir adsorption isotherm was applied to estimate equilibrium coefficients of Pb nd Cd adsorption to the surface coatings. In general, components in the surface coatings varied greatly with seasons altering and btained higher concentrations in summer while the content of iron oxides always exceeded that of manganese oxides. Correlation nalyses between the maximum adsorption of Pb and Cd and components in the surface coatings developed periodically indicated that Pb hase association with Mn oxides and Cd phase association with Fe oxides as well as Mn oxides were statistically significant. Effect of Mn xides on Cd adsorption was confirmed in view of its higher content in the surface coatings. The importance of ferromanganese oxides for b and Cd adsorption to the natural surface coatings developed in different seasons was evidenced.     

硫脲改性猪粪生物质炭对模拟农田径流中镉和草甘膦吸附特征

为同时去除农田地表径流中的重金属和农药,利用猪粪制备未改性猪粪生物质炭（简称"未改性生物质炭"）和硫脲改性猪粪生物质炭（简称"改性生物质炭"）,分析比较硫脲改性对生物质炭的pH、元素组成、表面含氧官能团和巯基含量等理化性质的影响,并系统地研究了单一和复合污染体系中初始浓度对两种生物质炭吸附水溶液中镉（Cd）和草甘膦效率的影响.结果表明:①与未改性生物质炭相比,改性生物质炭的pH、O/C（原子比）和H/C（原子比）降低,比表面积增大,含氧官能团和巯基含量增加.②与未改性生物质炭相比,改性生物质炭对Cd和草甘膦的吸附能力增强,最大表观吸附量（Q_max）增加了近3倍;随着Cd和草甘膦初始浓度的增加,未改性和改性生物质炭对Cd和草甘膦的吸附量逐渐增加,增加量最高分别达18.52%和7.60%.③单一污染体系中两种生物质炭对Cd或草甘膦的吸附更符合Langmuir等温吸附模型,说明其对Cd或草甘膦的吸附机理是单分子层的吸附起主导作用.④复合污染体系中,未改性和改性生物质炭对Cd的吸附能力分别增加了25.28%和21.26%,未改性生物质炭对Cd的最大表观吸附量增加了29.34%,但改性生物质炭对Cd的最大表观吸附量降低了47.28%;未改性和改性生物质炭对草甘膦的吸附能力减弱,但最大表观吸附量分别增加了2.63和3.45倍.研究显示,硫脲改性猪粪生物质炭作为一项有前景的新技术,为解决实际环境中的复合污染问题提供了经济环保的技术手段.      

能源作物甜高粱对镉污染农田的修复潜力研究

通过田间控制试验,研究在不同镉污染条件下甜高粱对镉的吸收和积累规律,并采用先进固态发酵(ASSF)技术对甜高粱进行能源化利用,阐明能源植物甜高粱对镉污染农田的修复潜力.结果表明:甜高粱对镉具有较强的吸收能力和耐性,在不同浓度的镉处理条件下,均可以完成正常生育期(167 d),但当土壤镉含量达到33 mg·kg~(-1)时其生长受到显著抑制.在甜高粱植株内,根部的镉浓度最高,呈现根茎叶籽粒的分布特点,单株镉的积累量最高可达到0.84 mg(土壤镉含量为18 mg·kg~(-1)).甜高粱对镉的吸收与土壤中的镉含量具有显著的线性关系(P0.05),随着土壤中镉含量的增加显著增加,但是镉处理对甜高粱茎秆的糖和水分含量,以及发酵过程中糖利用率和乙醇转化率均没有影响.因此,在镉污染农田上种植甜高粱,可以确保生产的产品不进入食物链而进入能源产业链,既可以生产生物乙醇的原材料,产生经济效益,又可以吸收土壤中镉,实现对镉污染农田的边生产边修复.     

两株耐铅镉真菌对土壤中铅镉赋存形态及小白菜吸收积累的影响

通过土培试验,研究接种耐铅镉真菌(产黄头孢霉Cephalosporium chrysogenum和头孢霉Cephalosporium SP.)对灭菌和未灭菌铅镉污染土壤上小白菜生长及铅镉赋存形态的影响.试验结果表明:接种两种耐重金属真菌可以降低或显著降低土壤中交换态铅镉、碳酸盐结合态铅镉和铁锰结合态铅镉,且显著增加土壤中有机结合态铅镉,因此降低了土壤中铅镉的活性;在灭菌和未灭菌铅镉污染土壤上接种两种真菌均能增加或显著增加小白菜的株高和鲜重,其中在未灭土壤中接种产黄头孢霉20 mL小白菜鲜重和株高最大,分别达到6.00 cm和3.22 g·株~(-1),在灭菌土壤上接种产黄头胞霉10 m L小白菜株高和鲜重最大,分别为10.66 cm和11.07 g·株~(-1);接种两种真菌可以显著降低未灭菌土壤上小白菜体内铅镉含量和累积量,在灭菌土壤上接种10 mL产黄头孢霉可以显著降低小白菜铅含量和累积量.