水稻根际芽孢杆菌抗砷胁迫作用及其微生物机制

砷甲基化过程作为微生物的砷抗性机制改变砷的毒性和移动性，对土壤砷污染控制有重要意义。砷抗性根际促生菌对砷胁迫下水稻生长产生积极影响，然而水稻根际菌的砷甲基化效率及其影响水稻砷胁迫的机制研究还较为缺乏。从砷污染稻田根际土中筛选出一株砷甲基化功能芽孢杆菌Bacillus sp. LH14，探究该菌株的砷甲基化效率、砷抗性和促生相关特性，和菌株接种对土壤砷形态、水稻生长和根际微生物相互作用的影响。结果表明，菌株LH14具有砷甲基化和挥发能力，34 h内将三价无机砷转化为甲基砷的效率为54.9%，主要形态为二甲基砷和三甲基砷。LH14接种显著提高了土壤中砷甲基转移基因(arsM)丰度，增加土壤溶液甲基砷浓度，表明LH14参与了土壤砷形态转化。LH14能在砷胁迫下产生吲哚-3-乙酸(IAA)，菌株浸染显著增加高砷条件下种子萌发率、根和芽长及生物量。接种LH14对砷污染土壤中水稻植株生长有促进作用，可能与根际有益菌(例如Burkholderiaceae和Gemmatimonadaceae)相对丰度增加有关。所以，水稻根际存在砷甲基化功能植物促生菌，接种该菌改变水稻根际砷形态，并能产生植物激素和富集根际有益菌从而直接和间接地促进水稻生长，有利于缓解水稻砷胁迫，为砷甲基化功能菌应用于砷污染土壤修复和缓解植物砷胁迫提供理论支撑。     

磷影响下根际无机砷的形态分布及其对水稻生长的影响

两种有代表性的紫色土的水稻盆栽试验结果表明 ,磷的加入可减轻受砷污染的红紫泥中砷对水稻的毒害 ;但磷的加入会加剧受砷污染的红棕紫泥中砷对水稻的毒害。根际无机砷的形态分布研究表明 :试验土壤上 ,根际砷各形态都比非根际高 ,砷在根际呈富集状态 ;在根际环境的作用下 ,红紫泥中 ,磷的加入加剧了砷由有效态砷 (Al As、Fe As)向相对无效态砷 (O As)转化 ,砷对水稻的毒性减弱 ;红棕紫泥中 ,磷的加入加剧了砷由相对无效态砷Fe As和Al As向有效态砷Ca As和A As(表示水溶态砷及松结合态砷 )的转化 ,砷对水稻的毒性增强     

落干过程对土壤-水稻系统镉和砷形态及有效性的影响

通过盆栽试验,在水稻分蘖盛期土壤水分落干过程的第0、3、5、7天进行连续性取样,研究干湿交替的落干（“氧化”）过程中镉、砷在土壤-水稻系统中的迁移转化动态规律。结果表明：落干过程中水稻各部位镉含量随着落干天数的延长而增加,落干后第5天水稻根内和茎叶镉含量较落干0 d处理分别提高了109%和183%(P<0.05);而水稻根内砷含量随着落干天数的延长先减少后增加,与落干0d处理相比,落干后第3天减少了41.96mg·kg–1(P<0.05);茎叶砷含量则随着落干天数的延长而降低,落干后第5天和第7天茎叶砷含量较落干0 d处理分别减少了12%和18%(P<0.05)。落干后第5天处理根表铁膜镉、砷和铁含量分别较落干0 d提高了97%、16%和16%(P<0.05)。随着土壤含水量的降低,土壤Eh逐渐升高、pH逐渐降低、土壤可溶性有机碳增高和有效铁含量降低,促进了土壤中残渣态镉向酸提取态和可还原态镉转化,有效态镉（DTPA法）含量升高,土壤中砷向可氧化态转化,降低有效砷的含量。通过拟合分析可知,当土壤含水率为33.6%左右时,生物可利用的镉和砷含量可同步保持在相对较低...     

磷影响下根际无机砷的形态分布及其对水稻生长的影响

两种有代表性的紫色土的水稻盆裁试验结果表明，磷的加入可减轻受砷污染的红紫泥中砷对水稻的毒害；但磷的加入会加剧受砷污染的红棕紫泥中砷对水稻的毒害。根际无机砷的形态分布研究表明：试验土壤上，根际砷各形态都比非根际高，砷在根际呈富集状态；在根际环境的作用下，红紫泥中，磷的加入加剧了砷由有效态砷（Al-As、Fe-As）向相对无效态砷（O－As）转化，砷对水稻的毒性减弱；红棕紫泥中，磷的加入加剧了砷由相对无效态砷Fe-As和Al-As向有效态砷Ca-As和A-As（表示水溶态砷及松结态砷）的转化，砷对水稻的毒性增强。     

不同品种水稻对砷的吸收转运及其健康风险研究

为了比较不同品种水稻砷的积累特点,筛选可食用部分低砷积累水稻品种,研究通过盆栽试验,分析了江苏省常见的11个水稻品种根、茎、叶、谷壳和籽粒中的砷含量、砷的转运系数和根表铁膜厚度及其对砷固持的影响,并预估了不同品种水稻籽粒砷的健康风险。结果表明,不同品种水稻各部位的砷含量差异显著(P <0.05),泰瑞丰5号籽粒中的砷含量最高,而镇稻16号籽粒中的砷含量最低,后者大约是前者的一半。砷在水稻相邻部位的转运系数存在品种间差异(P <0.05),砷在水稻叶与籽粒间的转运系数最大的水稻品种是泰瑞丰5号,最小的是镇稻16号。根表铁膜量在不同品种间差异显著(P <0.05),其中淮稻6号的铁膜量是武运粳23的2.17倍。根表铁膜量与铁膜中的砷含量及水稻根叶中的砷含量均呈显著正相关关系(P <0.05)。不同水稻品种间的目标风险指数(THQ)也存在显著差异,其中泰瑞丰5号的THQ值最高,而镇稻16号的THQ值最低,两者相差0.99倍。研究表明,镇稻16号由于较低的砷吸收和转运能力,在中低砷污染土壤上种植风险较小,而泰瑞丰5号风险最大。     

不同基因型水稻根际硅、铁、锰的分布状况及其与植株抗渍性的关系

本文研究了抗渍性强弱不同的水稻品种在渍水还原条件下的生长情况及其与根际Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ等元素的分布状况的关系。结果表明，不同基因型水稻对铁、锰毒害的耐（抗）性存在明显差异，表现为远诱１号〉科长８９－１１３〉科长８９－１１２，水溶态Ｓｉ、Ｆｅ在根际土壤中的含量显著低于非根际土，而无定形态Ｆｅ、Ｍｎ含量则呈根际高于非根际土的趋势。从植物基因型来看，远诱１号根际水溶态和无定形态Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ均明显高于     

华南地区不同品系水稻积累砷特征及其影响因素

选用华南地区较为常见的杂交稻、优质常规稻2个水稻品系,16个水稻品种,通过土壤盆栽试验,待其成熟收获后,分析水稻根表、根部、秸秆、糙米中砷含量及相关影响元素的含量,旨在研究不同水稻品系（种）对砷吸收、转运和积累规律以及其影响因素,为低积累、高耐性水稻品系（品种）的选择及相应的农业措施提供科学的理论依据。结果表明,砷在水稻中的分布情况为根表〉根部〉秸秆〉糙米;供试的糙米中砷含量为0.18~0.47mg.kg-1,均符合国家卫生标准（GB4810—1994）。水稻根表铁锰膜中砷含量随根表中铁、锰的增加而富集,相关分析表明,根表铁锰膜形成可以有效降低糙米砷积累,而秸秆磷可以有效降低秸秆中砷的积累。杂交稻各部位的砷含量及转移系数均高于常规稻,且秸秆和糙米砷含量差异达到显著水平;天优122的糙米砷积累能力高于其他品种,美香占2号低于其他品种。     

复合改良剂对镉砷化学形态及在水稻中累积转运的调控

为治理镉砷污染农田土壤,选取湘南某矿区镉砷复合污染稻田土壤,以水稻盆栽实验研究了复合改良剂HZB(羟基磷灰石+沸石+改性秸秆炭)对土壤中镉(Cd)、砷(As)赋存形态以及水稻累积转运Cd和As的影响。结果表明,施用HZB能提高土壤p H 0.19~0.79个单位,阳离子交换量增加22.1%~60.4%;施用HZB使活性较大的酸提取态Cd含量降低了6.5%~22.9%,促进了Cd向难溶态的转变,可使有机结合态Cd增加2.5%~56.5%;施用HZB促进活性As向难溶型的钙型As转化,钙型As含量增加2.8%~53.3%,也可使交换态As含量降低7.0%~39.5%,但当施用量超过4.0 g kg-1时则会增加交换态As含量。水稻根系对Cd的富集系数在0.65~1.21之间,对As的富集系数在0.033~0.049之间,富集Cd的能力大于As;谷壳对Cd的转运能力最大,而根系对As的转运能力最大;施用HZB有降低水稻根系富集Cd和As的能力。施用0.5~2.0 g kg-1的HZB能降低水稻地上各部位中Cd和As含量;在2 g kg-1施用水平,水稻糙米中Cd和As含量均低于0.2 mg kg-1,达到国家食品污染物限量标准。     

复合污染土壤中水稻根际元素特性及效应研究

【目的】以广东大宝山重金属复合污染农田为生长介质,通过研究水稻不同部位生长量、 金属含量、 对金属的富集系数,及其与根际、 非根际土金属含量、 形态变化的相关关系,探讨根际效应可能对水稻体内金属积累转运以及生物量的影响。【方法】选取了广东大宝山稻田重金属复合污染(As、 Pb、 Fe、 Cu、 Zn)土壤及当地常见的20个水稻品种进行根际袋试验,即将根际袋内的土视为根际土,根际袋外的土视为非根际土,将供试水稻品种种植于根际袋土壤中60天后收获,测定水稻各部位的生长量、 不同金属的含量,根际土和非根际土中各金属有效态的含量。【结果】Fe、 Cu、 Pb、 Zn、 As在根部的富集系数均大于其在茎叶的富集系数,各金属在茎叶和根部的富集能力排序分别为Zn Cu As ≈ Pb ≈ Fe和Fe Zn As Cu Pb。根际土和非根际土中各种金属有效态含量均为Fe Cu Pb Zn As。研究还发现,有效态Fe、 Cu和Zn浓度对整株干重的影响显著,作用强弱顺序为Cu Zn Fe,对水稻生长影响作用显著的三种有效态金属Fe、 Cu和Zn均为植物生长所必需的元素。供试土壤中有效态Cu浓度对水稻的生长所起的作用最强。根际土有效态Fe浓度对根系Fe的积累作用效果显著,有效态As浓度显著抑制了根系Fe的积累,且有效态As浓度的作用强于有效态Fe。【结论】根际土中有效态Fe对株高、 根干重、 茎叶干重和整株干重均起着抑制作用,有效态Cu对水稻生长起到了促进作用。根际土有效态As和非根际土有效态Zn对根部Fe的积累起到了抑制作用,根际土有效态Fe和非根际土有效态Cu则起到了促进作用。非根际土有效态Fe和有效态Zn对水稻根长的增加均起到了促进作用。     

水稻土中砷的环境化学行为及铁对砷形态影响研究进展

在水淹缺氧环境下,界面微环境中水稻土铁矿物的还原以及根表铁膜的生成是引起砷释放还原和促进砷被吸附的过程,识别铁对砷的作用机制是有效降低水稻对土壤砷吸收的方法。本文综述了水稻土中铁对砷的作用机制的国内外研究现状,并从水稻通气组织、土壤溶液氧化还原电位、铁矿物类型、有机质和阴离子种类等5个方面讨论水稻土中铁对砷的化学行为的影响,并展望了今后的研究方向,以期为水稻土砷污染防治及抑制水稻对砷的吸收提供参考。     

土壤中砷的生物转化及砷与抗生素抗性的关联

砷是一种广泛存在于自然环境中毒性较强的类金属元素,农田生态系统中的植物(尤其水稻)很容易吸收积累土壤环境中的砷。植物中的砷沿食物链向高等动物传递,威胁人类健康。除土壤本身的理化性质外,土壤中砷的生物转化也强烈影响砷的生物有效性。目前研究发现异化砷酸盐(As(V))呼吸性还原、细胞质As(V)还原、亚砷酸盐(As(III))氧化、As(III)甲基化和有机砷的去甲基化在土壤砷的生物地球化学过程中起重要作用。随着分析化学和分子生物学技术的进步,最新研究发现土壤生物也参与了砷糖、砷糖磷脂、砷甜菜碱、砷代草丁膦、硫代砷等有机砷的合成,其中三价一甲基砷和砷代草丁膦可作为新型抗生素,但其合成机制及生态学功能有待进一步研究。本文还详细介绍了为适应复合污染环境微生物通过自身的进化对抗生素和重金属形成的四种共选择抗性机制:共抗性,交叉抗性、共调控和生物膜感应,特别提出了土壤中砷污染与抗生素抗性相关联这一新的研究方向。最后对砷生物转化和砷与抗生素共抗机制的未来研究方向做了展望。     

土壤中砷的来源及迁移释放影响因素研究进展

砷是一种高致癌风险的类金属,自然环境中高砷(As)含量可对人类和生态系统构成直接的健康威胁。研究自然环境中砷的来源、存在形式及影响因素有助于进一步理解环境中砷的迁移转化规律,降低人体摄入砷的风险。对文献的分析表明,铁锰氧化物矿物的还原性溶解、黄铁矿及其他硫化物矿物的氧化溶解、铝氢氧化物表面的砷还原、有机质抑制砷吸附以及Eh降低和pH升高是造成砷向环境迁移的主要原因。本文综述了环境中砷的来源及其向环境迁移的多种影响因素,分析了这些因素与砷之间的作用机制,以期为加强砷污染治理提供科学依据。     

Enumeration and characterization of arsenate-resistant bacteria in arsenic free soils

The numbers of arsenate-resistant bacteria present in four different soils were determined. Counts were typically in the order of 10⁶ arsenate-resistant colony forming units g⁻¹ of soil, accounting from 7 to 50% of the total viable count. Arsenate-resistant bacteria obtained from woodland soil and leaf litter were further characterized. 16S rRNA sequence analysis revealed that these bacterial isolates represented six bacterial groups including the Proteobacteria, Bacteroidetes, and Firmicutes. Almost all of these isolates were bacteria that have not previously been shown to tolerate arsenic. Some of these bacteria were capable of growth when exposed to high levels of arsenate (over 250 mM), although arsenite tolerance was much lower. These results support the suggestion that arsenate-resistant bacteria are common in natural environments and may play an important role in arsenic cycling in soils.     

施用含洛克沙胂鸡粪对蔬菜生长及砷累积的影响

为了明确鸡粪中的洛克沙胂对蔬菜生长及砷累积的影响,通过盆栽试验,以施用不含洛克沙胂的鸡粪为对照,考察菜心、萝卜、生菜及茼蒿4种蔬菜施用含洛克沙胂鸡粪后不同收获时期的生物量及砷累积量。结果显示,4种蔬菜的生物量、地上部砷含量及全株砷的吸收总量均随着生长时间的延长而提高,但根系砷含量却随着生长时间的延长而降低;在相同的采收时期,与对照相比,施用含洛克沙胂的鸡粪对菜心、生菜及茼蒿地上部及根系的生物量有降低作用,而对萝卜地上部及根系生物量则有一定提高作用,但不存在显著性差异;与对照相比,施用含洛克沙胂鸡粪对4种蔬菜地上部砷含量、根系砷含量及全株砷的总吸收量均有提高或者显著提高的作用;在最终收获期含洛克沙胂鸡粪处理4种蔬菜地上部砷含量分别较对照提高10.53%、5.56%、11.11%及11.11%,地下部砷含量分别提高52.94%、46.67%、39.22%及28.00%,全株砷的总吸收量分别提高7.07%、30.88%、15.25%及5.57%。结果表明,鸡粪中的洛克沙胂对蔬菜生长具有一定影响,但对不同品种蔬菜有不同的体现,且鸡粪中的洛克沙胂均能提高蔬菜各部位的砷吸收及累积,食用同等量最终收获期的4种蔬菜(可食用部位),含洛克沙胂鸡粪处理可比对照分别增加10.53%、46.67%、11.11%和11.11%砷摄入量。该结果为禽畜粪中洛克沙胂对蔬菜生长的影响提供数据支持,对以含洛克沙胂的禽畜粪作为肥料的农作物食用安全性提供一定科学依据。     

Modeling of arsenic immobilization by zero valent iron

Ground waters in geothermal regions contain arsenic concentrations that exceed the recommended drinking water standards. In addition, when these regions have agricultural activities, the waters also contain high levels of nitrates and phosphates. These contaminants can be removed from the water with the use of filters containing zero valent iron (ZVI). The objective of this study was to model the removal of arsenate (As(V)) and arsenite (As(III)) by ZVI and to model the effect of competing ions (phosphate and nitrate) on arsenate removal. Arsenic immobilization by ZVI columns was simulated by the HM-1D chemical transport and speciation model and an one-dimensional analytical solution model. Laboratory column studies were conducted in order to obtain representative experimental data for simulation with both models. Arsenic speciation and the presence of competing ions greatly affect arsenic removal by ZVI. Most arsenic is precipitated/co-precipitated on ZVI and on the corrosion products formed on ZVI. The simulations suggested that As(V) process parameters are higher than the As(III) parameters and that they are affected by the presence of nitrates and phosphates in the system. Such models can be used to design treatment units by incorporating the impact of nitrates and phosphates in the removal of arsenic by ZVI as well as the impact of temperature on the process.     

各形态和浓度砷对生菜生长的影响试验

用营养液模拟土壤溶液栽培本地生菜,分别加入不同化学形态及不同浓度的砷,观察其对生菜生长量的影响,结果发现ＤＭＡ、Ａｓ（ Ⅲ） 毒性强于ＭＭＡ、Ａｓ（ Ⅴ） ;随有效砷浓度增加,生菜产量下降;砷对生菜鲜重和干重、地上和地下部分的影响存在差异;当培养液砷浓度超过受试植株的承受阈值时,生菜即表现为急性中毒死亡。     

Three Filter Beds for Arsenite and Chromate Removal

Abstract

Arsenic (As) and chromium (Cr) are two of the most toxic pollutants introduced into natural waters from a variety of sources, and they cause various adverse effects on living bodies when their concentrations exceed permissible limits. Laboratory experiments have been conducted to investigate the sorption of As and Cr on carbon steel and removal of trace elements from drinking water with a household filtration process. The affinity of As and Cr species for iron/iron carbide (Fe/Fe₃C) sites is the key factor in controlling the removal of the elements. The method is based on the use of powder carbon steel, powdered block carbon, and ball ceramic in the ion‐sorption columns as a cleaning process. The presence of carbon steel in a system that contains As³⁺ and Cr⁶⁺ might have a potential effect.     

磷对土壤As(V)固定与活化的影响

P和As的化学性质相近,在土壤中存在竞争吸附的关系,因而土壤中P浓度增加可能会影响As的固定和活化。本文通过等温吸附和浸提实验,模拟施P对黄棕壤中As固定和活化的影响。实验结果表明,提高溶液P浓度能够减少土壤对As的吸持能力,并增加As从土壤中的解吸量。在P浓度较低的情况下,这种影响尤其显著,As的解吸量与P浓度成极显著的线性相关关系。因此,不能忽视施用P肥对土壤As活化和迁移的影响。持续增加溶液的P浓度时,这种影响的程度逐渐减弱,可能与土壤中存在不同类型的吸附位有关。     

土壤矿物质吸附砷的研究进展

砷是一种有毒的重金属元素,由于自然和人为的原因,世界上的许多国家存在砷污染问题,因此有关砷污染的研究与控制日益受到人们的关注。本文介绍了土壤砷污染的产生原因及污染状况,重点集中在探讨土壤中的各种矿物质对砷吸附行为的作用机理。这些矿物质包括铁铝氧化物和氢氧化物、锰氧化物、黏土矿物和碳酸盐类。关于砷在各类矿物质上的吸附机理,普遍接受的观点认为:砷氧阴离子与矿物质的表面发生了配位体交换过程并通过共价键的作用,形成了表面配位体。表面配位体以内层双齿双核鳌合形式为主,受矿物质的种类、pH值和氧化还原电位等因素的影响,外层吸附和其他鳌合状态可能存在。砷在土壤矿物质上的吸附效果强烈依赖于体系的pH值,这与吸附的理论模型和数学计算结果相一致。矿物质的种类、组成、结晶状态和表面积等影响了砷的吸附过程和吸附效果。土壤中存在的各种阴阳离子通过与砷阴离子竞争吸附位而影响砷在矿物质上的吸附。     

化学工业污水灌溉对土壤中砷分布的影响——以开封市化肥河为例

对开封市郊区化肥河沿岸及全郊区土壤进行典型采样调查 ,研究了化肥厂含砷废水灌溉对土壤中砷含量的影响。结果表明 :(1 )不同灌溉方式下砷在土壤中的含量变化规律是重污灌区水浇地和菜地高于污灌混灌区耕地和菜地 ;(2 )土壤中砷含量沿化肥河以排污口为界向下游逐渐增加 ,垂直于河流流向因距河远近、不同土地利用方式也表现出明显的规律性变化特征。