我国温带森林立地系统中土壤镉抗性基因cadA的多样性及丰度研究

以土壤中重金属镉的细菌抗性基因cadA的多样性与丰度,间接反映目前我国森林立地环境中重金属镉生物有效态的影响水平.利用变性梯度凝胶电泳及实时荧光定量PCR技术,调查寒温带、中温带及暖温带等温带森林立地系统中土壤重金属污染水平.研究结果表明我国寒温带森林立地样品与中温带森林立地土壤的cadA基因的多样性与丰度水平较为接近,多样性指数均接近2.3,而暖温带森林立地土壤的重金属污染水平较低.     

Fe6+对土壤中Cu2+浓度动态变化的影响

为了探究高铁酸钾(Fe~(6+))对于Cu~(2+)在土壤垂直方向上迁移时浓度的影响,采用土柱实验,通过加入薄层示踪剂(Cu~(2+)、Fe~(6+)),以研究Cu~(2+)溶液在下渗过程中浓度的变化,以及Fe~(6+)对其下渗过程中浓度变化的影响;同时探求高铁酸钾(Fe~(6+))对铜污染土壤进行修复时的最佳使用量和最佳作用时间。实验结果表明,Fe~(6+)十分显著地提高了土壤对于Cu~(2+)的吸附作用,有效地控制了Cu~(2+)在土壤中的向下迁移,Fe~(6+)作用于铜污染土壤的最佳使用浓度为100 mg/L,最佳作用时间为5 h。     

铜对草鱼生长及肾脏中免疫相关基因表达的影响

为了探讨水体重金属铜对草鱼(Ctenopharyngodon idellus)的生长和免疫的毒性作用,分别将草鱼在不同质量浓度的Cu~(2+)溶液中暴露30、60和90 d,检测了草鱼的均重和增重率的变化,以及草鱼肾脏中6种免疫相关基因表达的变化.结果表明:与对照组相比,各质量浓度Cu~(2+)暴露均使草鱼在30、60和90 d后的均体质和增体质率下降;0.40和0.60 mg·L~(-1)质量浓度Cu~(2+)暴露60和90 d后,IL-1β,CCL4和TNF-α基因在草鱼肾脏中的表达量均极显著升高(P0.01),而IFN-γ和IgM基因在草鱼肾脏中的表达量均显著或极显著下降(P0.05或P0.01);Cu~(2+)暴露30、60和90 d后,草鱼肾脏中MT基因表达量均随着Cu~(2+)质量浓度的增加先升高后下降,在Cu~(2+)质量浓度为0.10 mg/L时达到最大值.综上,高质量浓度和长时间的Cu~(2+)暴露阻碍了草鱼的生长,引起了草鱼肾脏细胞的炎症反应,降低了草鱼的免疫功能.     

湘江四环素及抗性基因含量特征及其季节变化

采用高效液相色谱质谱法分析了湘江长沙河段水体及底泥中4种常见四环素类抗生素的含量特征及其季节变化,并采用实时荧光定量PCR研究了该水域相应的5种代表性抗生素抗性基因(tet A,tet C,tet G,tet M和tet X)的存在及丰度.结果表明,水体中四环素类抗生素的质量浓度均值在16.23~496.73ng·L-1之间,底泥中四环素类抗生素的质量分数为347.77~3 829.75ng·kg-1,易受季节变化影响.5种目标抗性基因在所有样品中均有检出,其中tet A和tet C的绝对拷贝数及相对丰度较高,为湘江长沙河段的优势抗性基因.相关性分析表明:冬季水体中的tet A和tet C含量与底泥中的含量显著相关,几种目标抗生素与抗性基因之间并不存在明显线性关系.     

城镇污水处理系统中4种抗生素抗性基因的沿程变化

为探究抗生素抗性基因(ARGs)在城镇污水处理系统中的沿程变化, 针对4种关注度较高的ARGs (sulII, ermB, tetC 和 blaPSE-1)和I型整合子的整合酶基因(intI1), 选取京津冀地区一座中小城镇的污水处理厂, 使用普通PCR和实时荧光定量PCR技术, 对各工艺单元的水样进行细胞内ARGs和 intI1的定性及定量检测分析。结果表明, 4种ARGs和intI1普遍存在于城镇污水处理系统中, 出水中ARGs和intI1的绝对丰度降低, 去除量在 1.26~2.30 logs之间。相关性分析表明, intI1和水质因子(pH, COD和NH₃-N)可能与4种ARGs的传播扩散有关。     

铅、镉、铜对4种入侵植物种子萌发及幼苗生长的影响

采用纸皿法以去离子水为对照,研究了不同质量浓度Pb~(2+)、Cd~(2+)和Cu~(2+)胁迫对4种入侵植物假酸浆(Nicandra physaloides)、屋根草(Crepis tectorum)、繁穗苋(Amaranthus paniculatus)和长毛月见草(Oenothera villosa)种子萌发及幼苗生长的影响,以为入侵植物在重金属污染土壤治理与修复中的利用提供新思路.结果表明:随着Pb~(2+)、Cd~(2+)和Cu~(2+)质量浓度的增大,4种入侵植物种子的发芽率、发芽指数、初生根长度、胚芽长度及幼苗的生物量呈下降趋势.其中,假酸浆种子的发芽率、发芽指数对Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)胁迫不敏感(P0.05);不同重金属胁迫对4种入侵植物幼苗生长指标的抑制作用明显强于种子萌发特性.采用模糊数学隶属函数法对4种入侵植物进行了耐重金属胁迫评价,耐Pb~(2+)的强弱顺序为:假酸浆屋根草长毛月见草繁穗苋;耐Cd~(2+)的强弱顺序为:假酸浆屋根草长毛月见草繁穗苋;耐Cu~(2+)的强弱顺序为:假酸浆屋根草长毛月见草繁穗苋.综合分析假酸浆种子对重金属Pb~(2+),Cd~(2+)和Cu~(2+)的耐性较强,在土壤重金属污染治理中具有较大的应用潜力.     

制药废水厂微生物群落和多种抗性基因相关性分析

为了研究多种生物处理工艺制药废水中微生物群落结构和抗性基因的分布特征、扩增情况及其相关性,采用Miseq高通量测序分析技术和荧光定量PCR技术对制药废水厂中活性污泥进行检测。荧光定量结果表明:sul1,sul2,tetO,tetQ,tetW,OXA-1和可移动遗传元件int1在制药废水厂中各个阶段均能被广泛地检测到,总抗性基因浓度范围为3.09×10~8～2.26×10~9 copies/g(干重),基因总浓度上升了7.3倍。Miseq测序结果表明:制药废水中主要优势菌门为Proteobacteria,Bacteroidetes,Firmicutes,Thermus和Gemmatimonadetes等门,其平均总相对丰度比例占到81.05%;冗余分析显示,Aeromicrobium与sul2呈较高程度的正相关性,可能是sul2在微生物群落中存在的可能的主要菌群;Rhodovulum和Rhodospirillaceae菌属与OXA-1和tetQ呈较高程度的正相关性,这些菌属是这些ARGs分布的主要菌属;Acinetobacter与tetO和tetW呈现较高程度的正相关性,可能是tetO和tetW在微生物群落中存在的可能的主要菌属。因此,相关抗性基因的增值和分布与相关特定菌属有关,可以通过控制相关菌属的丰度来消减工业废水厂中的抗性基因。     

吸附剂浓度效应下高岭土对Cu~(2+)的吸附特性

选取重金属Cu~(2+)为吸附质,土壤中典型的黏土矿物高岭土为吸附剂,研究了吸附剂浓度效应对重金属Cu~(2+)在高岭土上吸附特性的影响,通过平衡吸附试验对几种经典等温吸附模型以及吸附剂浓度效应模型进行了验证.试验结果表明,吸附等温线以及平衡吸附量qe随着吸附剂浓度CS的增大而降低;在三种经典的等温吸附模型中,Freundlich模型最适于描述重金属Cu~(2+)在高岭土上的吸附规律,但仍无法解释吸附剂浓度效应;高岭土吸附Cu~(2+)以物理吸附为主,反应极易进行且几乎不具有可逆性;在三种吸附剂浓度效应模型中,幂函数模型的拟合效果较为理想.     

固化重金属铜镉污染底泥渗透特性试验研究

采用固化剂对含复合重金属铜镉污染底泥进行固化处理,对其渗透特性进行了研究。结果表明:在渗透液pH相同的条件下,重金属渗出量随着养护龄期的增加而减少;在相同的养护龄期条件下,Cu~(2+)在酸性条件下的渗出量大于在中性条件下的渗出量;Cd~(2+)在C—S—H凝胶固化中与HCO_3~-作用生成难溶于酸的Cd(HCO_3)_2化合物,使其渗出量较少。研究了不同污染物掺量对渗透系数k与污染物渗出总量的影响,得到Cu~(2+)掺量的质量分数小于等于0.75%,Cd~(2+)掺量的质量分数小于等于0.225%时,试样渗透系数k与污染物渗出总量同污染物掺量呈正相关;Cu~(2+)掺量的质量分数大于0.75%,Cd~(2+)掺量的质量分数大于0.225%时,其渗透系数k随着污染物掺量的增加反而减小。并通过扫描电镜分析了不同的污染物浓度对试样微观结构的影响,随着重金属浓度的提高,结构表面形成蜂窝状的重金属水化产物。     

具有pH自调节能力的陶粒在污水除铜中的应用

重金属污水对生态环境和人类健康构成了严重威胁,其中含铜污水因污染严重、回收价值高而受到重视。以造纸白泥和粉煤灰为主要原料,经高温固相反应制备具有pH自调节能力的陶粒,将其作为吸附剂用于含铜污水的处理。采用静态吸附法及单因素变量法,分析原料配比、Cu~(2+)初始质量浓度、吸附时间、初始pH对吸附效果的影响;结合XRD、SEM及EDS探究陶粒的除铜机制。结果表明:陶粒的主要矿物相为钙长石、钙铝黄长石和硅灰石;在水溶液中部分矿物相发生非全等水解,从而自主释放OH~-形成碱性氛围;在污水除铜时,Cu~(2+)形成氢氧化物沉淀并被陶粒吸附。当初始Cu~(2+)溶液为20 mg/L、陶粒投加量为4 g/200 mL时,含铜污水经静态吸附10 h后,剩余Cu~(2+)质量浓度为0.36 mg/L,Cu~(2+)去除率达98.2%,吸附容量达0.998 6 mg/g。除铜后污水符合《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)中的一级标准0.5 mg/L。     

光谱分数阶微分与玉米叶片重金属铜含量的相关性分析

常用的整数阶一阶和二阶微分光谱曲线差异较大,而分数阶微分可实现光谱信息细化,能将整数阶微分容易忽略的信息充分利用起来,更能深度挖掘光谱中的潜在信息。以重金属铜胁迫的盆栽玉米为研究对象,在玉米叶片受不同浓度CuSO_4胁迫下,光谱反射率和Cu~(2+)含量的实验室测量数据基础上,对光谱反射率进行0~1内0.1阶的11个阶次微分处理,将各阶次的微分值与测得的玉米叶片中Cu~(2+)含量进行相关性分析;并对各阶次的微分光谱值进行0.01和0.05显著性水平的检验。分析结果表明,与常用的一阶微分相比,分数阶微分可以突显某些波段的光谱反射率与叶片中Cu~(2+)含量的相关性,扩大特征波段的选择空间。     

Cu2+对UV-nTiO2光催化降解抗生素的影响研究

Cu~(2+)是环境中常见二价金属离子,但其对光催化降解抗生素废水的影响有待探明。为此,构建UV-nTiO_2体系并探究Cu~(2+)共存下三类抗生素(磺胺类抗生素、氯霉素类抗生素及四环素类抗生素)的光催化降解特性。结果表明,Cu~(2+)可显著影响抗生素光催化降解且呈"低浓度促进,高浓度抑制"效应。当Cu~(2+)浓度介于0.001～0.03mol/L时,抗生素降解半衰期(T_(0.5))可降低15%～90%;当浓度介于0.01～0.1mol/L时,T_(0.5)可增大1.5～4倍。结果也表明,Cu~(2+)浓度和T_(0.5)之间的关系可通过正弦函数进行表征(R~20.905),且Cu~(2+)对抗生素光催化降解效率的影响和抗生素的结构特征显著相关(P 0.05)。     

海鲜菇菌糠对废水中重金属铜离子的吸附性能研究

为了探究以海鲜菇菌糠作为生物吸附剂时,对废水中重金属Cu~(2+)的吸附性能。本文通过单因素静态吸附实验确定了溶液初始pH值、铜离子初始浓度、吸附剂加入量、吸附时间及吸附剂粒径大小对菌糠吸附性能的影响,通过L9(34)正交试验确定了最佳的吸附条件。结果表明,最佳单因素条件为:溶液初始pH 5、Cu~(2+)初始浓度10 mg/L、吸附时间150 min、吸附剂加入量28 g/L,吸附率最大为72%;正交试验分析显示Cu~(2+)初始浓度、吸附时间、吸附剂加入量、pH为显著因素,优化后Cu~(2+)初始浓度为15 mg/L、pH 5.5、吸附时间150 min、加入量为32 g/L,吸附率可达78%。海鲜菇菌糠作为一种高效环保经济的生物吸附剂对废水中重金属铜离子有较强的吸附能力,可望用于废水处理。     

Cu~(2+)、Zn~(2+)对三疣梭子蟹幼蟹的急性毒性

以三疣梭子蟹幼蟹(体质量为:15.3±1.2 g)为实验动物,采用静水体外暴露法,开展了两种常见重金属离子(Cu~(2+)、Zn~(2+))的急性毒性和加和等毒性强度联合毒性实验。结果表明:(1)Cu~(2+)、Zn~(2+)对三疣梭子蟹幼蟹的96 h半致死质量浓度分别为3.934 mg/L和3.901 mg/L;三疣梭子蟹幼蟹对Cu~(2+)、Zn~(2+)的96 h安全质量浓度分别为0.039 34 mg/L和0.039 01 mg/L,表明两种重金属对梭子蟹幼蟹的毒性相近;(2)Cu~(2+)、Zn~(2+)离子在加和等毒性强度下对三疣梭子蟹幼蟹96 h联合毒性与其浓度配比相关,低毒性强度的Cu~(2+)对Zn~(2+)具有拮抗作用,低毒性强度的Zn~(2+)对Cu~(2+)具有协同作用,当Cu~(2+)、Zn~(2+)毒性强度相当时表现为相互独立作用。     

贡嘎山不同海拔土壤中抗生素抗性基因的多样性特征

抗生素抗性基因作为一种新型环境污染物,对生态环境安全和人类健康有严重的威胁。目前对抗生素抗性基因的研究大多是对城市土壤、污泥、农田土壤等受人为干扰较多的环境开展。然而,人为干扰少的土壤中抗性基因的背景值研究仍较为缺乏。针对贡嘎山不同海拔高度的土壤,采用高通量实时荧光定量PCR的方法,研究了其抗生素抗性基因和可移动遗传元件的多样性及丰度特征,并探究其与环境因子的相关性。结果发现:(1)贡嘎山海拔在2 948～3 651 m的7个土壤样品,共检测到132种不同的抗性基因和10种可移动遗传元件。每个样品中的抗性基因种数为46～89个,并随着海拔的升高呈增加趋势。抗性基因的相对拷贝数为0.019～0.043 copies/cell,且不随海拔高度呈规律性变化。7个土壤中检测到int I-1(clinic)和tnp A-02等可移动遗传元件,表明抗性基因的水平转移可能为这些土壤中抗性基因迁移的途径之一。(2) 7种土壤的抗性基因种类组成差异有统计学意义(P0.05),冗余分析表明NO_3~--N、NH_4~+-N、含水量、海拔和有机质等土壤理化性质的差异可能导致了不同土壤中抗性基因多样性的差异(解释率97.1%)。综上,受人为干扰较少的高原土壤中存在着多样性丰富的抗性基因,该研究为抗生素抗性基因的污染研究提供了基础参考数据。     

基于光谱参数和Cu2+吸收机理的玉米叶片铜污染预测研究

依据多个浓度梯度下Cu~(2+)胁迫的玉米盆栽实验,通过采用多种光谱特征参数、红边位置(REP)、红边一阶微分包围面积(FAR)和归一化植被指数(NDVI)等光谱参量;以及另五种植被指数(红边归一化植被指数NDVI_(705),改进红边比值植被指数mSR_(705),改进红边归一化植被指数mNDVI_(705),光化学植被指数PRI和结构不敏感色素指数SIPI);并结合Cu~(2+)的光谱吸收机理,同时基于玉米叶片的反射光谱和Cu~(2+)含量实验室实测数据,开展了玉米叶片光谱参数及植被指数与铜污染程度预测的相关性分析研究。实验结果表明:本文提到的大部分光谱参数及植被指数与叶片中Cu~(2+)含量具有一定的相关性;随着Cu~(2+)浓度增加,盆栽玉米在低于200μg/g浓度时仍可正常生长;而在高于浓度为200μg/g后生长受到抑制。玉米受Cu~(2+)污染时,在Cu~(2+)特征吸收峰810 nm处反射率有下降趋势,与无Cu~(2+)污染时反射率上升的趋势相反,说明Cu~(2+)光谱吸收机理可以用来区分和预测玉米是否受到Cu~(2+)污染。     

Cu~(2+)对微生物燃料电池产电性能的影响及其迁移转化过程

探讨了微生物燃料电池阳极中Cu~(2+)对其产电性能的影响以及Cu~(2+)的迁移转化过程。微生物燃料电池的阳极中加入质量浓度为5.54~88.64mg/L的Cu~(2+),使其最大功率密度增加到536.6mW/m2,此时Cu~(2+)去除率大于95%。大部分的Cu~(2+)(89.24%)被生物膜吸附或还原,6.15%的Cu~(2+)沉积在阳极室底部,3.12%的Cu~(2+)附着在石墨阳极表面,只有极少量Cu~(2+)(小于0.1%)迁移到了阴极,Cu~(2+)对微生物燃料电池的最低致毒质量浓度为22.16 mg/L。通过SEMEDS和XPS分析得出大部分Cu~(2+)(63.56%)在微生物燃料电池的生物膜表面被还原为Cu~+和Cu~0。这一发现将为去除和回收有机废水中的重金属提供新的思路。     

NaOH改性珍珠岩对重金属离子的吸附研究

以珍珠岩为吸附剂,经NaOH溶液改性后,进行Cd~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)的吸附实验,研究吸附剂碱改性对重金属离子的吸附性能.结果表明,碱改性后珍珠岩对Cd~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)的吸附去除率明显高于未改性的珍珠岩.在重金属离子溶液初始质量浓度为100 mg/L时,改性珍珠岩对Cd~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)的吸附率分别为54.15%,96.34%和48.69%;未改性珍珠岩对Cd~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)的吸附率分别为18.41%、29.31%和15.98%.碱改性吸附剂对3种重金属离子的吸附,以对Cu~(2+)的去除最佳,吸附去除容量大小为Cu~(2+)Zn~(2+)Cd~(2+).     

基于宏基因组测序技术分析连作对杨树人工林土壤微生物群落的影响

为了了解连作人工林土壤微生物群落的演变动态,以Ⅰ代和连作Ⅱ代杨树人工林为研究对象,提取土壤微生物基因组DNA并进行宏基因组测序分析,结合土壤酚酸含量测定,分析阐明连作杨树人工林土壤微生物群落演变动态及其与土壤酚酸类化感物质累积的相关性。结果表明:杨树人工林土壤中共检测到细菌域微生物类群8个门63属,其中芽孢杆菌属(Bacillus)为优势菌群,Ⅰ代和连作Ⅱ代林之间土壤微生物群落多样性和均匀性没有显著变化。连作Ⅱ代林土壤中9属微生物丰度显著升高(P0.05),7属微生物丰度显著下降(P0.05),连作对杨树人工林土壤微生物群落组成和丰度有显著影响(P0.05);参与DNA修复与蛋白重组,次生代谢物的合成、转运与代谢等代谢功能的基因丰度显著下降(P0.05)。连作Ⅱ代林土壤酚酸总量显著升高(P0.05),并与土壤微生物群落组成和丰度显著相关。     

沿黄稻区土壤菌群结构与生态功能研究

为了解沿黄稻区不同基质土壤的微生物组成,采集了河滩砂质土壤(sand soil, SS)和毗邻稻田土壤(paddy soil, PS).利用16S rRNA基因高通量测序技术揭示沿黄稻区土壤菌群的组成及其潜在的生态功能.Alpha多样性分析显示两种土壤的菌群丰富度和多样性指数无显著性差异.进一步的物种组成分析,发现unclassified＿f＿Micrococcaceae、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、norank＿f＿noorank＿o＿Vicinamibacterales、norank＿f＿Vicinamibacterales在SS和PS中广布,与土壤基质类型无关丰度,但芽孢杆菌属(Bacilllus)、硫杆菌属(Thiobacillus)在PS中的相对丰度显著高于SS.基于FAPROTAX数据库的功能热图分析显示PS(尤其是P2＿1、P3＿1)中芳香烃降解功能序列的相对丰度高于SS,结合菌群相对丰度结果推测类诺卡氏菌属(Nocardioides)、unclassified＿f＿Nocardioidaceae是该差异产生的关键.SS中光养微生物丰度显著高于PS,尤以卟...