典型超微细菌降解邻苯二甲酸二丁酯的途径及水合酶的表达纯化研究

典型超微细菌菌株PAE-UM属于β-变形菌门丛毛单胞菌属(Curvibacter sp.),是革兰氏阴性菌株,可利用DBP作为唯一碳源。利用流式细胞仪检测细菌生长情况,并采用高效液相色谱测定DBP的浓度,结果显示该菌对DBP的降解率为94%,菌株最大生长速率为0.237 2 h-1。已经完成了该菌株的全基因组测序,Gen Bank登录号为LKCX00000000。通过全基因组数据分析及文献对比发现该菌在降解邻苯二甲酸二丁酯的途径中,4-oxalomesaconate水合酶(OMH)是原儿茶酸间位裂解代谢途径中的关键酶,具有催化4-oxalomesaconate(OMA)降解为4-carboxy-4-hydroxy-2-oxoadipate(CHA)的能力,该酶是降解邻苯二甲酸酯过程中的关键酶之一,也是芳香化合物降解过程中的重要降解酶。利用蛋白结晶技术及分子生物学手段,对关键酶(OMH)进行分子构建,表达、纯化、结晶的筛选,应用X-ray衍射技术对关键酶的晶体进行衍射,获得晶体的衍射数据,进行关键酶的三维结构解析。Curvibacter sp.PAE-UM菌株中的OMH蛋白在大肠杆菌中得到表达,经多种方法纯化后筛选获得了纯度大于95%的蛋白,并经试剂盒筛选获得高质量的蛋白质晶体。在上海光源同步辐射(SSRF)BL~(-1)9U线站收集数据,通过X射线衍射实验收集到分辨率达到2.00的衍射数据,并使用软件HKL2000进行了数据处理与修正,该OMH的结构解析为2.00。后续将通过该关键酶的三维结构的解析进一步阐明该菌降解PAEs的分子机理。     

重金属协同选择环境细菌抗生素抗性及其机制研究进展

抗生素的长期滥用,引起环境细菌耐药性不断增强,加速了抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)在环境中的传播扩散。在重金属污染的环境中,细菌不仅具备重金属抗性,并且具备多种抗生素抗性,抗生素抗性基因的污染水平也随之升高。在介绍重金属与抗生素抗性最新研究进展的基础上,阐述了环境细菌的抗生素抗性、重金属抗性及其相关抗性机制,并着重论述重金属和抗生素协同选择环境细菌耐药性及其机制。     

农田Cd和Hg污染的来源解析与风险评价研究

以天津某郊区农田为研究对象,调查了土壤及农产品中Cd和Hg的污染状况,运用指数法评估其污染风险,利用GIS空间模型和同位素比值法分析了Cd和Hg的空间分布特征和污染来源,并筛选出生物富集低且经济效益可观的作物种类,为通过种植结构调整降低农田重金属污染风险提供依据。结果表明,研究区内部分农田受到了Cd和Hg的污染,安全土壤点位分别占19%和46%,污染土壤中有较多点位属于警戒(36%和17%)和轻污染(26%和19%),处于重度污染的小于10%,该区域种植的农产品中Cd和Hg超标率分别为17%和37%。基于GIS的空间分布显示:Cd主要以点源形式进入土壤,移动性较大;Hg以面源污染为主,以残渣态为主要形态。运用同位素比值分析法得出:研究区内土壤Cd污染主要来自工业废弃物及灌溉水,农产品中Cd污染主要来源于土壤;土壤Hg污染主要来自大气降尘、有机肥及灌溉水,农产品中Hg的污染来源主要有土壤和大气降尘。不同农作物对重金属的富集能力不同,瓜果类蔬菜对Cd和Hg的富集系数最低,果实中这两种重金属含量均在安全水平以内。研究表明,利用不同植物吸收重金属有效性的差异,通过种植结构的调整,可以在微污染农田中生产出安全农产品,为控制农田重金属污染风险提供了一条可行之路。     

海河干流柱芯不同粒径沉积物中有机质和磷形态分布研究

采用欧洲标准测试委员会制定的SMT法(标准测试方法)对海河干流不同粒径级柱芯沉积物中各种形态的磷进行分级提取和测定,并在此基础上讨论不同深度、不同粒径沉积物中磷形态分布特征.结果表明,在邢家圈和张家嘴两采样点,海河沉积物颗粒组成以细砂、极细砂为主,占总量的40%～60%.沉积物中总磷含量在560～1100μgP·g-1之间.在所有不同粒径沉积物中钙结合态磷(HCl-P)含量最高,占总磷的60%～80%,可交换态磷(Ex-P)含量极微,占总磷的2%～3%,不同粒径下各形态磷含量的高低顺序为:钙结合态磷(HCl-P)>有机磷(OP)>铁铝氧化物结合态磷(NaOH-P)>可交换态磷(Ex-P);张家嘴采样点表层沉积物中磷形态含量高于其他沉积深度磷含量,表明近年来,沉积的磷主要以人为输入为主;钙磷含量随粒径变化复杂,其他各形态磷的含量均随沉积物粒径变小而增高.此外,对各形态磷之间以及各形态磷与沉积物理化性质之间的相关性进行了讨论.     

微生物与有机肥混合剂修复石油污染土壤的研究

采用含有4种菌的菌剂与多种有机肥联合修复石油污染土壤,通过盆栽实验对不同浓度菌剂处理土壤中的石油烃降解率、16种多环芳烃(PAHs)浓度、脱氢酶活性、pH、阳离子交换量和微生物多样性等变化进行了研究。结果表明,腐植酸、诺沃肥和生物有机钙等有机肥和菌剂(4%处理)的加入使土壤盐碱环境得到明显改善,土壤pH稳定于6.9,阳离子交换量为201.94cmol·kg-1;对比4个不同浓度菌剂处理的效果,4%菌剂处理与有机肥联合作用修复效果最显著,石油烃降解率可达到73%,大部分所测PAHs浓度显著降低,其中萘、蒽、苯并(a)芘和苯并(g,h,i)芘降解率分别达到了65.5%、57.7%、74.7%和55.5%,土壤微生物数量增加,多样性更为丰富。     

柠檬酸对纳米氧化铁诱导水稻根表铁膜形成及对水稻铁吸收转运的影响

本研究利用水培模拟实验探讨了柠檬酸对纳米氧化铁(NPs,γFe_2O_3)诱导水稻根表铁膜的影响,同时研究了其对铁(Fe)在植株体内吸收转运的影响。结果表明,低浓度柠檬酸包被和未包被处理NPs能够显著增加水稻根生物量,但对水稻地上部生物量影响不显著。NPs能够诱导根表铁膜形成,然而铁膜量随着柠檬酸浓度增加而下降,可能是由于柠檬酸降低NPs的Fe2+释放量造成的;但是2.10 mg·L~(-1)柠檬酸包被NPs能显著提高根表铁膜量。根表铁膜主要以无定型为主(除柠檬酸包被处理外),晶格态仅占铁膜总量的24.88%~48.12%;其中,由于根表铁膜的晶格构造与NPs类似,可能晶格态铁膜主要来源于NPs的直接吸附沉淀。柠檬酸的加入显著降低Fe在根表和根中累积,但是增加了Fe在地上部的累积;然而,柠檬酸包被NPs处理能够增加Fe在根表和植株地上部的累积,但降低Fe在根系中的累积。2.10 mg·L~(-1)柠檬酸(包被和未包被NPs处理)能够减弱Fe从根表向根内的转移,但是增强了Fe从根向地上部的转移。不同NPs处理条件下,Fe在水稻植株不同部位均存在富集现象,根表和地上部的富集系数显著高于根内。     

微塑料对小麦种子发芽及幼苗生长的影响

为探究微塑料对农作物种子发芽及幼苗生长的影响,选取农业生态系统中普遍存在的3种微塑料[乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)]和小麦种子为实验对象进行种子发芽实验。结果表明:在试验微塑料浓度内,三种微塑料均在低中浓度(500 mg·L~(-1))对小麦种子发芽率有抑制作用,抑制率范围为2.86%～20%,而相较于对照组,在高浓度(1000 mg·L~(-1))时对种子发芽率具有一定的促进。微塑料对小麦种子活力指数抑制作用由强到弱依次为LLDPEEVAPMMA,EVA和LLDPE在低浓度时对种子平均发芽时间促进高于高浓度,且PMMA对小麦种子生长特征无显著影响。微塑料对小麦苗长、根长和干质量均没有显著影响,仅有LLDPE在10 mg·L~(-1)时明显抑制小麦芽长。     

鲫鱼脑AChE活性对水体中石油污染土壤和孔雀石绿的响应

在室内模拟条件下.通过20 d的暴露实验,研究了鲫鱼(Carassius aurtus)幼体脑乙酰胆碱酯酶(AChE)活性对水体中存在的石油污染土壤以及孔雀石绿污染的响应.结果表明,水体中低浓度石油污染土壤或孔雀石绿存在时,均会导致鲫鱼脑AChE的活性的增加.随着水体中石油污染土壤数量的增加,AChE活性的变化趋势是先快速升高,降低后又有显著升高.在较低暴露水平(1.000和5.000 g·L-1)下,AChE活性显著高于对照组;当暴露水平大于5.000 g·L-1后,其AChE活性开始降低,于20.000 g·L-1暴露水平时降到对照水平,然后开始升高.50.000 g·L-1的石油污染土壤作用下,AChE活性最强,是对照组的1.6倍.水体中的石油污染土壤对鲫鱼脑AChE活性总体表现为诱导作用.相反,鲫鱼脑AChE的活性随孔雀石绿浓度的升高的变化趋势表现为,先缓慢升高,然后快速降低.当暴露浓度为0.023 mg·L-1时.AChE活性最大,但激活率仅为13%,与对照组相比没有显著差异.从0.058 mg·L-1开始,AChE活性开始降低;到0.116 mg·L-1时.AChE活性降到最低,为对照组的79%.总体来说,在所设置的浓度范围内,孔雀石绿对鲫鱼脑AChE的影响不大.从变化趋势上看,水体中孔雀石绿污染对鲫鱼脑AChE活性的抑制效果大于诱导.总之,鲫鱼脑AChE对水体中石油污染土壤较敏感,是较适宜的生物标志物.     

疏浚深度和光照对海河表层沉积物氮磷释放的实验研究

采用混合均匀的海河表层底泥并以自来水为上覆水进行室内沉积物氮、磷静态释放模拟实验,研究了疏浚深度和光照对沉积物总磷和氨氮释放的影响.结果表明,实验期间(2007年7月20日至2008年1月8日),无论光照与否,与未疏浚相比,完全疏浚能使上覆水总磷平均浓度从0.27～0.41 mg·L-1显著降低至0.02～0.03 mg·L-1(P<0.05),但疏浚深度对上覆水氨氮浓度无显著性影响(P>0.05).与避光组相比,光照可使部分疏浚组和未疏浚组上覆水总磷平均浓度分别降低0.05和0.26 mg·L-1,但对沉积物氨氮释放的影响不明显(光照组氨氮浓度略高于避光组).其余水质指标监测结果表明,光照组的水温、电导率均值比避光组分别高约0.3℃和20μS,光照组和避光组的pH值无显著差别.此外无论光照与否,电导率均随疏浚深度的增加逐渐降低,pH值变化与疏浚深度关系不大.     

金属硫蛋白作为重金属污染生物标志物的研究进展

金属硫蛋白(MT)是一类普遍存在于生物体内的低分子量、富含半胱氨酸、热稳定性、可诱导型非酶蛋白,具有维持生物体内金属含量动态平衡和重金属解毒作用双重机制.大量研究表明,MT可作为重金属污染的生物标志物,用来预测生物体受重金属暴露的状况和重金属污染的压力,且对制定预防性的管理措施、及时监控环境污染皆具有重要的现实意义.本文根据国内外文献资料查阅及综合分析,主要阐述了金属硫蛋白的基本结构、多态性、生理功能及其作为生物标志物在环境污染检测与诊断方面的研究与应用.并展望其今后研究方向.