Alterations of endogenous metabolites in urine of rats exposed to decabromodiphenyl ether using metabonomic approaches

There is large usage of polybrominated diphenyl ethers （PBDEs） especially for decabromodiphenyl ether （BDE-209, Deca-BDE） in controlling the risks of fire. The toxicological effects of PBDEs are worth being concerned about. Female SD rats were daily gavaged with BDE-209 ether at the dose of 100 mg/kg for 20 days. Histological observation was performed for the screening of the target organs for BDE-209 exposure. The distribution and metabolism of PBDEs in the exposed main organs were evidenced by HRGC-HRMS. Alterations of the endogenous metabolite concentrations in urine were investigated using metabonomic approaches based on IH NMR spectrum. Histopathological changes including serious edema in kidney, hepatocellular spotty necrosis and perivasculitis in liver indicated that BDE-209 caused potential influences on endogenous metabolism in the exposed liver and the kidney. BDE-209 was found to be highly accumulated in lipid, ovary, kidney and liver after 20 days＇ exposure. Occurrence of other lower brominated PBDEs in the rats demonstrated that reductive debromination process happened in vivo. Hydroxylated and methoxylated-BDEs, as metabolism products, were also detected in the rat tissues. A total of 12 different endogenous metabolites showed obvious alterations in urine from the exposed rats, indicating the disturbance of the corresponding internal biochemical processes induced by BDE-209 exposure. These findings in vivo suggested the potential health risk might be of concern due to the toxicological effects of BDE-209 as a ubiquitous compound in the environment.     

Tetrasphaera聚磷菌研究进展及其除磷能力辨析

强化生物除磷（EBPR）工艺在污水脱氮除磷中扮演着重要角色，其机理研究与工程应用也较为成熟.长期以来，Accumulibacter菌属（A菌）作为EBPR工艺最主要的聚磷菌（PAOs）已被广泛接受.同时，具有聚磷能力的Tetrasphaera菌属（T菌）亦被发现，且在某些特定环境下其丰度甚至远高于A菌，进而引发业内一定的关注.本文通过对T菌发现、研究过程的梳理，总结了关于T菌丰度、代谢途径及影响其活性的因素等方面的研究成果.与A菌不同，T菌代谢途径具有多样性，可依赖发酵代谢进行细胞维持和增殖，其发酵产物甚至可以供给A菌利用.T菌可利用大分子有机物（如葡萄糖、氨基酸等）和VFAs（亲和性较低）进行厌氧释磷，继而完成好氧、甚至缺氧吸磷过程.T菌主要菌株（T.elongata）因缺少合成PHA相关酶基因而不能以PHA作为内聚产物在厌氧环境下储能；糖原和游离氨基酸被检测到可作为T菌的能源/碳源内聚物，但亦有结果相左的研究.借助于拉曼光谱技术，一些污水处理厂中T菌与A菌被证实对磷去除的贡献大小相当.总之，目前对T菌的研究还十分有限，现有研究仍不足以证明它们在EBPR中可稳定发挥除磷贡献.今后应在T菌不同代谢途径控制因素及所需环境条件方面进行深入研究，以确认T菌可否持续、稳定地实现除磷作用.     

丹江口库区表层浮游细菌群落组成与PICRUSt功能预测分析

浮游细菌是水生生态系统的重要组成部分,是水体中氮素生物地球化学循环的主要驱动力.本研究于2016年5月采集丹江口库区库心和渠首2个生态位点表层水样,采用16S r DNA Miseq高通量测序技术研究其群落组成,发现其主要由变形菌门、放线菌门、拟杆菌门等12门、139属细菌组成,渠首样品浮游细菌群落多样性高于库心样品. PICRUSt功能预测分析表明,浮游细菌涉及氨基酸运输和代谢、转录、能量产生和转换等24个基因功能家族,表现出功能上的丰富性.其中35个参与氮代谢的KO(表示通路)中库心高于渠首为20个,渠首高于库心的为15个.两样品中检测到涉及固氮作用(nif H)、硝化作用(hao)、反硝化作用(nar G、nir K、nor B、nos Z)、氮同化还原及异化还原作用(nas A、nar B、nap A、nir A、nir B、nrf A)参与氮循环的关键基因相对丰度.综合基因功能家族预测基因拷贝数和氮循环相关基因丰度分析,丹江口库区库浮游细菌氮代谢能力整体趋势为库心高于渠首.本研究从细菌群落组成、功能角度初步分析了丹江口库区不同生态位点氮循环的差异,为丹江口水库水环境保护提供了参考依据.     

锰污染土壤对超富集植物木荷生长及生理的影响

采用土培的方法,以广西桂林市未受污染土壤(CK)为对照,研究了贺州市某锰矿区的未开采区(U)、探矿区(P)、恢复区(R)、采矿区(M)土壤和尾砂(W)对锰超富集植物木荷(Schima superba)的生长、锰的吸收及生理的影响。结果表明,从CK~W处理,木荷根茎叶中Mn含量依次增加,木荷的株高和株重随锰处理浓度的增加呈先上升后下降的趋势,表明一定浓度的锰能促进木荷的生长,增加木荷的生物量。植株Mn含量的增加引起了木荷生理特征的变化,显著增加了叶片中硝酸还原酶(NR)及氨酸脱氢酶(GDH)的活性(P0.05),降低了叶片中铵态氮的累积(P0.05),抑制了谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)的活性(P0.05),在R和M处理时NR、GDH活性最高,分别为对照的2.15和1.34倍,在W处理时GS、GOGAT分别比对照降低了66.1%、43.1%;硝态氮在U处理时达到最大值,从U-W处理呈下降的变化趋势。Mn处理同时还引起了木荷叶片中渗透调节物质的变化,随着Mn处理浓度的增加,游离脯氨酸、可溶性蛋白质、可溶性糖和还原性糖含量均有不同程度的增加,苹果酸含量则呈先上升后下降的趋势,表明为了适应锰胁迫,木荷可通过改变渗透调节物质的含量来维持体内的渗透压和正常生理功能。     

湖泊底泥中17β-雌二醇的生物代谢机制研究

研究了湖泊底泥微生物在好氧、厌氧环境条件下对17β-雌二醇(17β-estradiol, E2)的生物降解特性,探讨了其相应地生物代谢机制.结果表明,好氧条件,反应24h后约99%的E2从液相中消失,中间产物雌激素酮(estrone, E1)随反应进行浓度先增加后从液相中逐渐消失;厌氧条件,96h后约4%的E2仍存在于液相中, E1浓度先增加后降低后又逐渐增加,再降低直至从液相中完全消失.综合分析E2和E1的浓度经时变化认为,好氧条件下, E2被脱氢酶氧化成E1, E1再被体系中存在的其它生物酶氧化,直至被完全矿化;厌氧条件下, E1和E2二者之间存在一种相互转换关系:E2被脱氢酶氧化成E1,同时E1被还原酶还原成E2,在相互转化的过程中,体系中的其它生物酶会逐渐降解E2、E1,直至最终将其完全矿化.与E2相比较, E1更易积累于天然水域中的微生物体内.     

膜生物反应器污泥内源消化及SMP变化

膜生物反应器（MBR）中高污泥浓度和低F/M会导致部分微生物长期处于贫营养状态下,因此采用污泥内源消化试验模拟MBR中实际存在的贫营养现象。比较了好氧消化（AD）和好氧/缺氧消化（A/A/D）2种模式对于A²O+MBR工艺剩余污泥的内源消化效果及SMP的变化。研究结果表明,常温条件下A/A/D 20 d MLVSS的去除率可达到50%,AD为42%,缺氧段的引入促进了有机物和营养物质等的释放和去除,SMP浓度均呈现出显著降低而后缓慢增长并趋于稳定的趋势。EEM光谱分析表明,SMP中不同的荧光物质在内源消化过程中呈现出不同的变化规律。GPC分析认为,内源消化过程中SMP的分子量范围逐渐扩大,小分子量有机物呈增长趋势,A/A/D对SMP的降解比AD更为有效。     

以汽油为底物好氧共代谢三氯乙烯

三氯乙烯(trichloroethylene,TCE)是土壤和地下水中广泛存在的有机污染物,好氧生物降解因可将污染物彻底转化成无毒的终产物,一直受到广泛关注,但是TCE好氧降解需要共代谢底物。首次提出以汽油为底物,选取真养产碱杆菌作为活性降解菌株,对地下水中三氯乙烯的好氧共代谢降解进行了初步研究。分别优化了共代谢底物、底物与TCE浓度比、培养基、pH值、盐度、溶解氧等条件,确定了最佳降解条件。当水中TCE的浓度为1 mg/L时,通过对体系预曝氧气,调节汽油浓度为10 mg/L,pH值为5,降解24 h,TCE的降解率可达66.8%。为修复同时被汽油和TCE污染的场地提供了一个新的研究方向。     

城市物质流分析框架及测算方法

在借鉴国家物质流分析(MFA)框架基础上,针对进出城市系统的物质数据缺乏且难以统计的特点,引入面向元素或产品的物质流分析(SFA)要素,建立了城市尺度物质流分析框架.与国家物质流分析相比,该框架总体结构和物质分类上相同,但输入量、净存量和输出量的计算顺序和假设条件不同.对于化石能源,可由城市统计年鉴中的能源平衡表直接得出本地开采量、净存量、调入量和调出量;对于生物质,本地开采(生产)量一般都有统计,净存量可通过假设人均消费量相对稳定估算得出,而调入量和调出量则需要对大宗工业用途进行调查并做少量假设计算得出;对于金属矿物及其产品、工业非金属矿物及其产品、建筑材料3类物质,本地开采量和消费量一般都有所统计,而调入量和调出量的计算则需要首先采用针对元素或成品的物质流分析来获取城市系统中的净存量,然后再配合生产和消费数据并做少量假设测算得出.其他项目的获取或测算同国家物质流分析,由此得到的城市物质流分析框架可以用于城市间物质代谢的比较.      

稻草还田对土壤微生物群落功能多样性的影响

为了探讨稻草还田的微生物学过程与效应,借助平板涂抹法和BIOLOG检测法,比较研究了免耕条件下3种不同稻草还田量(33%、67%和100%,以稻草不还田土壤为对照)对晚稻田土壤微生物群落功能多样性的影响.结果表明:①土壤细菌数量差异显著,以67%稻草还田处理为最高,稻草不还田处理最低,稻草还田提高了土壤细菌数量;②碳源平均颜色变化率(AWCD法)在培养早期各处理间的差异不大,但随着培养时间的延长,67%和100%稻草还田处理土壤微生物的AWCD值显著大于对照和33%稻草还田处理组;③土壤微生物代谢多样性指数(丰富度和多样性)在3种稻草还田量处理土壤中也表现出明显差异,67%和100%稻草还田处理的土壤中微生物功能多样性显著大于33%稻草还田处理和对照;④67%和100%稻草还田处理显著改善了土壤微生物的功能多样性.以67%稻草还田处理改善土壤微生物群落结构和功能的效果最为显著.     

曝气生物滤池中碳和氮代谢特性

用充填陶瓷滤料的曝气生物滤池研究碳和氮代谢特性.曝气生物滤池进水氨氮为52 mg/L左右、COD为100 mg/L左右和回流比为200%时,经过20多d的运行,出水氨氮小于0.05 mg/L、COD小于25 mg/L、亚硝态氮为4.7 mg/L和硝态氮为7.1 mg/L,COD去除率达75%,氨氮去除率达99.9%,总氮去除率达78%;过大和过小的回流比对曝气生物滤池的运行性能都是不利的.研究成果可以应用于一般城市污水以及含低COD、高氨氮工业废水的处理.