亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化微生物特性研究进展

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO)是新近发现的生物反应,是偶联碳氮循环的关键环节,是环境领域和微生物领域的重大发现.N-DAMO的发现对于完善碳氮生物地球化学循环、丰富微生物学内容和研发新型生物脱氮除碳工艺均具有巨大的推动作用.催化N-DAMO反应的微生物为Candidatus Methylomirabilis oxyfera(M.oxyfera),其隶属于一新发现的细菌门——NC10门.近年来,M.oxyfera的生物学研究取得了许多突破性进展,如初步探明了其个体形态特征、细胞化学组分特征、富集培养特征、生理生化特征及生态学特征,最突出的例子包括发现了M.oxyfera独特的细胞(星状)形态及特殊的脂肪酸(10Me C16∶1Δ7)组分等.最近,N-DAMO的机制研究方面也有了突破性进展:发现了地球上第4种生物产氧途径.目前认为,M.oxyfera具有内产氧功能,其首先将NO-2还原为NO,然后将2分子NO进行歧化反应生成N2和O2,最后利用生成的O2对甲烷进行氧化.本文系统地介绍了M.oxyfera各方面的微生物特性.     

改良剂对4种木本植物的铅锌耐性、亚细胞分布和化学形态的影响

本研究以4种耐铅锌木本植物夹竹桃(Nerium oleander)、栾树(Koelreuteria paniculata)、泡桐(Paulownia)和苎麻(Boehmeria)为材料,在不同改良剂浓度下(CK组:100%铅锌矿渣±少量磷肥、改良一:85%铅锌矿渣±10%泥炭土±5%菌肥±少量磷肥、改良二:75%铅锌矿渣±20%泥炭土±5%菌肥±少量磷肥),进行了耐性木本植物富集与转移能力以及Pb、Zn在4种木本植物不同部位的亚细胞分布和化学形态分析.结果表明:14种植物种植后基质中重金属的浓度基本低于种植前,夹竹桃与苎麻改良一与改良二之间差异不显著,泡桐改良二效果显著优于改良一,栾树改良一效果显著优于改良二;4种植物地上部对Pb、Zn的富集系数都比较低,但具有较高的转移系数,适当的基质改良有利于提高植物对Pb、Zn的富集与转移能力.2Pb、Zn在4种植物各部位的亚细胞分布以细胞壁组分和可溶性组分为主,在线粒体、叶绿体和细胞核等细胞器组分中分布较少;与CK组相比,两改良组使可溶性组分对Pb的滞留作用和细胞壁对Zn的滞留作用在增强.3Pb在植物各部位的化学形态以盐酸、氯化钠和乙醇提取态为主,其他化学形态含量极少;Zn则以残留态、盐酸、醋酸、氯化钠、水和乙醇提取态这6种形态存在,且都具较高分配比例.与CK组相比,两改良组使植物各部位活性较弱的Pb的化学形态比例减少,活性较强的化学形态比例增加;Zn则是根部活性较强的化学形态比例增加,地上部活性较强的化学形态比例减少.     

中水浇灌对土壤重金属污染的影响

城市化的加快,使缺水问题更为普遍,中水用于冲厕和绿地浇灌将是未来的趋势.为研究特殊行业污水处理后用于绿地浇灌对土壤的重金属污染状况,选取以生活污水和实验室污水为水源,一体式氧化沟为处理单元的出水为浇灌用水,以包括阔叶林、灌木和草坪的小区土壤作为研究对象;采集6个样品点0~20 cm深的土壤进行Cr、Mn等8种重金属检测.结果表明,与自来水浇灌土壤对比,中水浇灌土壤的重金属含量没有显著差异;中水浇灌土壤的重金属主要在表层富集,其中铬、镍、铜、锌、铅浓度低于北京市土壤背景值;浇灌土壤中砷和镉存在轻度污染,值得关注.     

大港工业区土壤重金属污染及生态风险评价

在前期调研与野外调查的基础上,在天津大港工业区周边采集128个表层土壤样品,测试和分析了其中10种重金属(As、Cd、Cr、Co、Cu、Pb、Ni、V、Zn和Hg)的含量,分别利用地累积指数法和地统计方法研究了重金属的污染程度和空间分布特征,并对土壤重金属的潜在生态风险进行了评价,最后对重金属的来源进行了分析.结果表明,该研究区As、Cd和Co超过天津背景值的比例最大,分别为100%、97.66%和96.88%;各种重金属的含量与2004年相比有一定程度的升高,以Cd和As的污染情况最严重,其余重金属多为中度及以下污染水平.不同用地类型中重金属的生态风险存在较大差异,西南部农业用地或与工业用地周边区域表层土壤存在较高的生态风险,综合生态危害指数最大可达1 437.37.相关性分析和主成分分析的结果表明,交通运输和农业生产可能是该研究区重金属的主要污染源,周边的工业活动对区域内重金属的累积可能也有一定影响.     

小清河表层沉积物重污染区重金属赋存形态及风险评价

测定了小清河表层沉积物重污染区间隙水中重金属(Cu、As、Pb、Zn、Cr、Cd和Ni)的质量浓度,采用改进的BCR顺序提取法分析了沉积物中重金属的赋存形态,并分别基于美国水质基准(CCC、CMC)和风险评价编码法(RAC)、潜在生态风险指数法对间隙水和表层沉积物中重金属的毒性及生态风险进行评价.结果表明,小清河沉积物间隙水中的重金属基本不会对水生态系统产生毒性.除As外,表层沉积物中6种重金属的含量显著高于土壤背景值,呈现明显的累积效应.沉积物中Cu、As和Ni主要赋存于残渣态,Pb、Cr主要赋存于可氧化态和残渣态,Zn、Cd以酸可溶解态和可还原态为主.Cd、Zn、Cr和Pb的有效态含量高于残渣态,有较高的二次释放潜力.RAC的评价结果表明,沉积物中Cu、Pb、Cr和As处于无风险到低风险级,Ni处于低风险到中等风险级,Cd处于中等到高风险级,Zn处于中等到极高风险级,不同重金属RAC的平均值依次为CdZnNiAsCuCrPb.潜在生态风险指数法的评价结果表明,沉积物中除Cd有强~很强生态风险外,其他6种重金属均表现为低生态风险,RI值介于136.83~264.83,研究区采样点处于中等~强生态风险.     

镉-八氯代二苯并呋喃复合污染土壤中紫茉莉对镉的修复能力

针对土壤重金属-持久性有机物复合污染日益严重的现象,本研究以镉(Cd)和1,2,3,4,6,7,8,9-八氯代二苯并呋喃(OCDF)为典型的重金属和持久性有机污染物,选取紫茉莉为修复植物,通过温室盆栽实验研究Cd-OCDF复合污染土壤中植物的耐性以及有机物对植物提取土壤中Cd能力的影响.结果表明种植3个月期间,紫茉莉在Cd浓度≤200 mg·kg-1的复合污染土壤中具有较强的耐性,株高和生物量降低有限;与Cd单一污染相比,OCDF对紫茉莉株高、根部生物量无显著影响,Cd浓度200 mg·kg-1,OCDF浓度500μg·kg-1时,OCDF存在使紫茉莉地上生物量降低22.19%,其它处理组,OCDF对紫茉莉地上生物量无显著抑制作用,反而某些处理组增加紫茉莉地上生物量.Cd-OCDF复合污染效应与Cd单一污染相比,Cd浓度为200 mg·kg-1,OCDF浓度为100μg·kg-1时,紫茉莉根部Cd积累量降低了34.44%,Cd浓度为400 mg·kg-1,OCDF浓度为100μg·kg-1时,根部和叶部Cd积累量分别降低了7.93%和18.09%;其它处理组,OCDF不同程度地提高了紫茉莉根、茎、叶提取和积累土壤中Cd的能力.可见,用紫茉莉修复高浓度Cd-OCDF复合污染土壤中的Cd具有实践上的可行性.     

宁波市地表水重金属污染现状和健康风险评价

为评价中国华东沿海城市地表水重金属的污染现状和潜在生态风险,以宁波为例,在城区地表水中采集了255个水样,检测了6种重金属(Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn)的含量水平,计算了重金属的健康风险指数和致癌风险指数.结果表明,宁波市地表水中重金属平均浓度的大小顺序为:ZnPbCrNiCdCu;有3种重金属超过国标GB 3838-2002中的Ⅴ类限值,且严重顺序为CdPbCr,电镀废水、金属加工废弃物、交通污染物、染料和涂料废物是主要污染源.70%以上的地表水存在健康风险,镇海区和海曙区风险最高,3种潜在风险最大的重金属及顺序为:CdCrPb.地表水对成年人和未成年人的致癌风险指数平均值分别达到临界值的17 600倍和24 800倍,且95%以上因Cr引起,人口密集的商业区致癌风险指数接近全市平均水平的2倍.宁波市地表水重金属污染严重,相关部门应当足够重视.     

高速公路沿线PM2.5中重金属污染特征

为研究高速公路沿线PM_(2. 5)中重金属的污染特征,于2018年3～8月分3次集中采集南昌市周边3条高速公路(昌樟、昌铜和温厚)的服务区、收费站、隧道和公路沿线的PM_(2. 5)样品,运用电感耦合等离子体质谱联用仪(ICP-MS)监测了PM_(2. 5)中6种重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Ni)浓度,分析其污染状况和分布情况,并利用地累积指数法、潜在生态风险指数法评价其污染特征、潜在生态危害程度.结果表明,3条高速公路服务区和收费站的PM_(2. 5)和PM_(2. 5)中重金属均未表现出显著差异.高速公路沿线中PM_(2. 5)和PM_(2. 5)中的重金属显示为特长隧道长隧道公路沿线、服务区和收费站,重金属浓度从高到低依次为Zn(3. 8μg·m~(-3))、Pb(10. 2×10-2μg·m~(-3))、Cr(6. 8×10-2μg·m~(-3))、Cu(3. 5×10-2μg·m~(-3))、Ni(1. 5×10-2μg·m~(-3))和Cd(0. 1×10-2μg·m~(-3)).不同月份PM_(2. 5)及PM_(2. 5)中重金属浓度的显著差异可归结为温度和降水的影响.其中PM_(2. 5)的浓度与温度呈反相关,而PM_(2. 5)中Zn浓度与温度呈极显著正相关,主要是由于温度升高加重轮胎磨损和金属腐蚀.高速公路PM_(2. 5)中重金属污染程度和潜在生态危害程度表现为Zn和Cd Pb Cu Ni和Cr,其中Zn和Cd污染及危害程度是评价标准中最严重的等级,大气污染防治计划应着重考虑交通源的Zn和Cd污染.     

大肠杆菌IscA膜表面表达菌株在吸附水体重金属中的应用

为构建一种能够高效、同时吸附水中多种重金属离子的大肠杆菌,利用融合蛋白表达技术,首先将大肠杆菌前脂蛋白信号肽Lpp、膜蛋白OmpA的N端部分氨基酸和铁硫簇组装蛋白IscA的编码基因序列进行融合,构建pET-Lpp-OmpA-IscA表达载体,将此载体导入大肠杆菌BL21菌株.在IPTG诱导下,IscA蛋白可表达于细胞膜表面.然后对IscA膜表面表达菌株对重金属的吸附能力进行评估,包括测定最大吸附容量、绘制吸附浓度依赖曲线和时间依赖曲线,以及对菌株清除工业污水中重金属的性能进行初步探索.研究结果表明,与本底对照菌株相比,IscA蛋白在细胞膜表面表达能够使菌株对水中的Cu~(2+)、Ni~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)、As~(3+)、Co~(2+)、Hg~(2+)这7种重金属的吸附能力提高2～5倍不等,并且在pH为6～8范围内保持其吸附能力基本不变.此菌株能够在30 min内将各种重金属溶液中超标5倍的金属含量降低至最大允许排放浓度以下,并且对吸附的重金属具有不同程度的回收能力和菌株再生能力.此外,该菌株能够同时吸附工业污水中的多种重金属,有效降低各种重金属含量.因此,利用膜表面表达技术对大肠杆菌进行改造,成功提高了大肠杆菌对多种重金属的吸附能力,为利用微生物治理环境重金属污染提供了良好的应用前景.     

上海郊区家庭妇女PM2.5重金属组分暴露水平、来源与健康风险

为了解上海市郊区家庭妇女大气PM_(2.5)及重金属组分的呼吸暴露水平和潜在健康风险,于2017年2月至2018年6月使用SKC个体采样泵对松江区143位研究对象开展个体暴露监测,采用能量色散X射线荧光光谱法(ED-XRF)测定PM_(2.5)中13种无机元素的质量浓度.利用PMF源解析技术和美国环保署推荐的健康风险评价模型,对Ni、V、Cr、Mn、As和Pb的来源和暴露风险进行分析.结果表明,家庭主妇PM_(2.5)的年日均暴露浓度为40. 61μg·m-3,普遍高于周边环境监测站点的PM_(2.5)平均水平.Cr(Ⅵ)和As的致癌健康风险超过了可接受水平(10-6); V、Cr(Ⅵ)、Mn、Ni和As的非致癌风险处于安全水平,但5种元素的非致癌风险加和超出了安全阈值( 1). PM_(2.5)中10种无机元素(Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、As和Pb)的主要来源包括扬尘与室内源混合源(43. 8%)、工业冶炼尘(34. 6%)、燃煤(14. 5%)和燃油(7. 2%).根据源类的健康风险评价结果,应进一步加强工业冶炼和化石燃料燃烧综合防控.