农田生态系统中除草剂阿特拉津的环境行为及其模型研究进展

阿特拉津是世界范围内广泛使用的除草剂,在曾经使用阿特拉津的国家的地下水、河流和湖泊中已经检测到阿特拉津的残留,长期暴露在该有机污染物的环境中,势必对动物的生殖与繁衍及人体的健康产生不良影响。介绍了阿特拉津国内外的研究情况,着重评述了阿特拉津的吸附机制与影响因素、化学降解、生物降解、生态毒理学评价以及模型对其环境行为的描述,目的旨在帮助理解田间阿特拉津迁移机制及其如何污染地下水。农田生态系统中阿特拉津的迁移规律决定其环境行为,它是进行环境和健康风险评价的基础,目前应用较多的迁移模型是经典的对流-扩散方程,该模型已广泛运用于水-土系统中化学物质的迁移,且室内模拟的实验结果能较好解释田间现象,因此,开展阿特拉津在稳定流场饱和/非饱和室内土柱中的混合置换实验及批量平衡吸附实验,可获得反映阿特拉津迁移的穿透曲线特性及阿特拉津吸附性能的分配系数,结合数学模型拟合阿特拉津在土壤中非平衡迁移曲线,用拟合参数预测不同深度土壤中阿特拉津浓度变化和累积淋溶量动态规律,应该是今后研究工作的重点。     

基于XGBoost模型的土壤中阿特拉津降解预测

利用自动机器学习方法建立预测土壤中除草剂阿特拉津降解效率的最佳模型,可评估土壤中阿特拉津的残存风险。本研究收集了49篇已发表文献中的494对数据,选择土壤pH、有机质含量、饱和导水率、土壤湿度、阿特拉津初始浓度、培养时间和接菌量7个因素作为输入特征,以阿特拉津在土壤中的一级反应速率常数作为输出特征,建立了6种预测土壤中阿特拉津降解效率的模型。通过线性回归和相关评价指标对模型性能进行综合分析。结果表明：XGBoost模型在预测一级反应速率常数(k)方面性能表现最佳。基于预测模型获得各因素的特征重要性排名,依次为土壤湿度>培养时间>pH>有机质>阿特拉津初始浓度>饱和导水率>接菌量;应用SHAP解释各特征与土壤中阿特拉津降解能力间的潜在联系以及各特征贡献度发现,时间对k有负贡献,而饱和导水率则对k有正贡献。土壤湿度、阿特拉津初始浓度、pH、接菌量和有机质含量的高值普遍分布在SHAP=0两侧,说明它们对土壤中阿特拉津降解存在复杂贡献。XGBoost模型结合SHAP方法在预测k性能和可解释性方面具有较高的准确性。通过机器学习方法,充分挖掘历史试验数据的价值,...     

阿特拉津工业废水降解菌株的分离和生物处理

阿特拉津(Atrazine)是一种三嗪类除草剂,商品名莠去津,主要用于玉米、高粱和甘蔗地的杂草防除.研究表明,阿特拉津是一种内分泌干扰剂,它能干扰激素的调节功能,引起人和两栖动物的生殖缺陷,诱发肿瘤和癌症,其生态毒理风险不容忽视[1-3].     

工业废水中阿特拉津降解细菌的遗传和生理多样性

【目的】通过遗传学和生理学实验,揭示分离自工业废水的阿特拉津降解细菌具有遗传和生理多样性,为阐明阿特拉津生物降解的分子机理和阿特拉津降解细菌在污染环境生物修复中的应用提供新见解。【方法】用普通PCR方法检测菌株的阿特拉津降解基因,分析其降解基因组成;用基因组重复序列PCR技术(rep-PCR)分析降解菌株的基因组类型;用Western blot方法检测菌株阿特拉津降解途径的第一个酶三嗪水解酶(TrzN);用不同氮源(阿特拉津、莠灭净、扑草净、西玛津、氰草净、阿特拉通和氰尿酸)和碳源(蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、乳糖、柠檬酸钠、乙酸钠和琥珀酸钠)培养降解菌株,通过检测培养液的OD600值,证明菌株能够利用的氮源和碳源种类。【结果】对分离自工业废水的27个阿特拉津降解菌株所进行的阿特拉津降解基因PCR检测表明,其降解基因组成分别为trzN-atzBC、trzN-atzABC和atzADEF;通过rep-PCR实验将27个阿特拉津降解菌株分为7个群;Western blot结果表明,27个菌株中有24个含有三嗪水解酶TrzN;氮源利用实验表明,2个菌株能够利用所有7种氮源生长,其余25个菌株只能利用其中的2-6种;碳源利用实验表明,10个菌株能够利用所有7种碳源生长,其余17个菌株只能利用其中的3-6种。【结论】分离自某工业废水的27株阿特拉津降解功能菌存在相当广泛的遗传和生理学上的多样性,trzN-atzABC降解基因组成为首次发现。     

阿特拉津降解菌株AD111的分离鉴定及其降解特性

【背景】玉豆轮作过程中,玉米田中长残留除草剂阿特拉津易对下茬大豆作物产生不良影响。【目的】从黑龙江省安达市的农田土筛选一株能适应该土壤环境生长的阿特拉津降解菌并研究其降解特性。【方法】利用富集培养法,分离、筛选一株阿特拉津高效降解菌并结合外观形态、生理生化及16SrRNA基因序列测定对其进行鉴定,通过单一变量法设置不同的碳源、pH、温度和阿特拉津浓度,研究降解菌株最佳发酵及降解条件。【结果】得到一株在BSM-G中能够以阿特拉津为唯一氮源生长的高效阿特拉津降解菌AD111,鉴定为马德普拉塔无色小杆菌(Achromobacter marplatensis)。菌株AD111降解阿特拉津的最适温度为35℃,最适pH为8.0,最佳碳源为蔗糖,24 h内对浓度为50 mg/L的阿特拉津降解率达到99.7%,对300 mg/L的阿特拉津降解率达到81.9%。【结论】降解菌AD111具有较好的环境适应及阿特拉津降解能力,为解决黑龙江偏碱土壤中阿特拉津残留提供了良好的候选菌株。     

抗阿特拉津转基因大豆植株后代的遗传分析

本试验用阿特拉津溶液涂抹、荧光诱导动力学检测、分子杂交等方法对抗阿特拉津转基因大豆植株的后代进行了鉴定,在第二代及第三代中检测到了抗性基因的存在,表明从龙葵中得到的此抗阿特拉津 psbA 基因不仅能导人大豆叶绿体基因组中获得表达,而且可以遗传到后代。     

阿特拉津降解菌株DNS32的降解特性及分类鉴定与降解途径研究

【目的】研究阿特拉津降解菌株DNS32的菌种分类、降解特性及降解途径,丰富阿特拉津降解菌菌种资源。【方法】在长期施用阿特拉津的东北地区寒地黑土中筛选出一株以阿特拉津为唯一氮源生长的降解菌株DNS32,测定其基本降解特性,通过16S rRNA序列分析进行分类鉴定,并利用阿特拉津降解基因PCR扩增技术及降解产物生成量的测定,进一步揭示其降解途径。【结果】实验结果发现DNS32菌株具有较好的降解能力,且在相对较低温度下也具有一定的降解能力。16S rRNA序列分析结果表明DNS32与鲁氏不动杆菌(Acinetobacter lwoffii)16S rRNA序列同源性高达99%。成功地扩增降解基因trzN、atzB及atzC,实验结果表明DNS32遵循Arthrobacter aurescens TC1的降解模式,可将阿特拉津降解为氰尿酸,降解产物的生成量测定也证明了这一点。【结论】实验结果丰富了阿特拉津降解菌菌种资源,为不动杆菌属的阿特拉津降解菌研究提供了参考。     

阿特拉津降解菌ATR3的分离鉴定与土壤修复

阿特拉津因效率高、价格低廉,是我国玉米田施用最广泛的除草剂之一,但其结构稳定,残留时间长,因此对生态环境和人类健康造成了一定的危害。从长期受阿特拉津污染的玉米田土壤中筛选并鉴定阿特拉津降解菌,明确其在不同类型土壤中的去除能力。对分离出的阿特拉津降解菌ATR3进行生理生化分析和16S rRNA序列鉴定,确定菌株ATR3为节杆菌属（Arthrobacter sp.）。该菌株以阿特拉津为唯一氮源,培养48 h后对1 000 mg/L阿特拉津的去除率达到97%以上。敏感作物盆栽试验结果表明,阿特拉津在棕壤上去除最快,褐土次之,黑土最慢,说明阿特拉津在土壤中的去除过程与土壤本身的理化性质呈相关关系。同时,该菌株处理14 d后,能明显恢复玉米的各项生物学指标,说明该菌株对阿特拉津污染土壤具有良好的修复能力。为阿特拉津降解菌剂的推广利用提供参考。     

大豆异黄酮通过刺激BEX2/BNIP3/NIX通路激活线粒体自噬保护SH-SY5Y神经元

阿特拉津是一种广泛使用的除草剂,可诱导黑质多巴胺能神经元变性,损害线粒体功能,导致帕金森病样综合征。尽管环境暴露的风险很高,但很少有研究预防阿特拉津神经毒性的药物和方法。黄酮类化合物具有良好的生物活性,如抗炎、抗氧化和细胞保护作用。异黄酮是大豆中含量最丰富的天然黄酮类化合物,具有多种有益的生物活性,包括线粒体保护作用。     

一株阿特拉津降解菌的分离鉴定及降解特性

从农药厂废水处理池的活性污泥中分离到一株阿特拉津降解菌X-4, 根据其生理生化特性和16S rRNA基因序列相似性分析, 将其初步鉴定为节杆菌属(Arthrobacter sp.)。该菌能以阿特拉津为唯一碳氮源生长, 42 h内对100 mg/L的阿特拉津降解效果为95.7%, 降解阿特拉津的最适温度为30 °C, pH为7.0。该菌对多种重金属离子都存在抗性, 显示了其在去除阿特拉津和重金属复合污染方面的应用潜力。对其降解基因的初步研究显示, 该菌含有trzN、atzB和atzC 3个阿特拉津降解相关基因。     

基于土地利用变化的细河流域景观生态风险评估

以辽宁省细河流域为研究对象,利用1985、1995年和2005年3个时期的Landsat TM及2015年Landsat OLI遥感数据,进行了细河流域土地利用解译,定量分析了流域近30年来土地利用动态变化特征;根据景观生态学理论引入景观生态风险评价模型,将研究区划分为340个生态风险评价单元,基于地统计学和空间自相关方法,对1985—2015年细河流域景观生态风险时空分布特征及空间关联格局进行了评价。结果表明:(1)自1985年以来,研究区的6种土地利用类型皆发生了变化,其中建设用地由于林地和耕地的大量转入增加最明显。(2)1985—2015年流域高、较高和中生态风险区面积增加,且向流域南部转移;低、较低生态风险区面积减少,且向流域北部集聚;流域整体生态风险呈增高趋势。(3)研究区各时期景观生态风险呈现正的空间相关性,在空间上趋于集聚。人类活动干扰导致景观破碎,是影响该区域景观生态风险最重要的原因。     

水体阿特拉津残留对水葱生物量及生理特性的影响

利用营养液水培法, 研究了5个阿特拉津(atrazine)浓度(1、2、4、8和16 mg·L^-1)下水葱(Scirpus tabernaemontani)鲜重、叶片相对含水量(RWC)、丙二醛(MDA)含量、过氧化物酶(POD)活性、根系活力和叶绿素含量等的变化。结果表明, 水葱在阿特拉津胁迫下, 鲜重、RWC、叶绿素含量均有不同程度的下降, 根系活力和POD活性降低, 同时MDA含量上升, 膜脂过氧化程度加剧。由于阿特拉津的降解, 这种不良影响随处理时间的延长而减弱。但其对叶绿素含量的影响具持久性; 培养60天内, 叶绿素含量仍显著低于正常水平。阿特拉津浓度越高, 对水葱的植物毒性越高, 当浓度高于8 mg·L^-1时, 水葱的生长和生理活动受到显著影响(p < 0.05); 低于1 mg·L^-1时, 与对照无显著差异。     

转基因植物检测技术的研究进展

现代植物基因工程使转基因植物及其产品越来越多地进入人们的生活,转基因植物安全性在世界范围内引起了广泛关注,对转基因植物检测技术的需求也越来越紧迫。就转基因植物检测技术的研究进展进行综述,重点介绍以基因和蛋白为目标的检测技术,包括PCR、ELISA和基因芯片技术的最新进展,并对不同方法的优缺点进行对比。此外,提出对特定代谢产物的检测是转基因植物检测的重要组成部分,是以后检测技术的发展趋势之一。最后,以差异蛋白为检测目标,结合研究工作提出基于双向电泳技术的转基因植物检测方法及其产品溯源方案。     

Removal of prioritary pesticides contamining r'mel ground water by using organic waste residues

This study evaluated pesticide contamination of R'mel ground water located in northwest Morocco. The study area is densely populated and thriving, with intensive agriculture. Various techniques, including stir bar sorptive extraction (SBSE) and gas chromatography with mass spectroscopy detection (GC-MS), were used for the quantitative determination of 13 pesticides including alachlor, aldrin, atrazine, chlorpyrifos, chlorfenvinphos, dieldrin, alpha-endosulfan, endrin, hexachlorobenzene, beta-HCH, gamma-HCH (lindane), simazine and trifluralin. The survey results showed that contamination by pesticide residues is widespread in the area. With the exception of atrazine, the average concentrations were all below the regulatory limits established by the European Union. The potential of ten natural organic substances to eliminate pesticides included in the European Water Framework Directive was evaluated. The absorbents with the highest removal efficiency were date and olives stones and, to a Lesser degree, Raphanus raphanistrum and Cistus ladaniferus. The adsorption tests gave very satisfying results and pointed to the possible application of these supports as ecoLogical remediation techniques to prevent pesticide pollution of aquatic ecosystems.     

Test of direct and indirect effects of agrochemicals on the survival of fecal indicator bacteria

Water bodies often receive agrochemicals and animal waste carrying fecal indicator bacteria (FIB) and zoonotic pathogens, but we know little about the effects of agrochemicals on these microbes. We assessed the direct effects of the pesticides atrazine, malathion, and chlorothalonil and inorganic fertilizer on Escherichia coli and enterococcal survival in simplified microcosms held in the dark. E. coli strain composition in sediments and water column were positively correlated, but none of the agrochemicals had significant direct effects on E. coli strain composition or on densities of culturable FIBs. In a companion study, microcosms with nondisinfected pond water and sediments were exposed to or shielded from sunlight to examine the potential indirect effects of atrazine and inorganic fertilizer on E. coli. The herbicide atrazine had no effect on E. coli in dark-exposed microcosms containing natural microbial and algal communities. However, in light-exposed microcosms, atrazine significantly lowered E. coli densities in the water column and significantly increased densities in the sediment compared to controls. This effect appears to be mediated by the effects of atrazine on algae, given that atrazine significantly reduced phytoplankton, which was a positive and negative predictor of E. coli densities in the water column and sediment, respectively. These data suggest that atrazine does not directly affect the survival of FIB, rather that it indirectly alters the distribution and abundance of E. coli by altering phytoplankton and periphyton communities. These results improve our understanding of the influence of agricultural practices on FIB densities in water bodies impacted by agricultural runoff.     

Disposition of Atrazine Metabolites Following Uptake and Degradation of Atrazine in Switchgrass

Extensive use of the agricultural herbicide atrazine has led to contamination of numerous ground and surface water bodies. Research has shown that it can have a variety of negative impacts on numerous non-target organisms in the environment. Phytoremediation is one strategy that has been studied to remove atrazine contamination. This paper investigates the hypothesis that switchgrass (Panicum virgatum) can exude metabolites of atrazine after uptake and degradation, which has been suggested by prior research. Pots planted with switchgrass were treated with a 4 ppm solution of atrazine spiked with [¹⁴C]atrazine. After 4 days, switchgrass plants were transplanted to new pots with fresh sand. Four days later, the pots were sacrificed, and sand and plant samples were extracted. Plant and sand samples were analyzed for the presence of atrazine and its major metabolites. The percentage of radiotracer remaining as the parent atrazine was observed to decrease over the course of the study while the percentages of the metabolites were observed to increase. The presence of the metabolite cyanuric acid in a switchgrass phytoremediation system is reported for the first time.     

莱州湾地区防治海水入侵灾害的农田生态工程试验研究

针对莱州湾地区面临的干旱缺水、海水入侵严重、土地生产力下降的严峻现状,在莱州和寿光两地进行了以良种选育、结构调整、轮作套种、地膜覆盖、节水灌溉、改土培肥和林农间作等技术为主的农田生态工程试验示范研究,取得了显着生态效益和经济效益。为防治海水入侵灾害,实现农业可持续发展,建立了可供借鉴的典型样板.     

高潜水位煤矿区生态风险识别与评价

生态风险评价是生态环境保护与管理的重要研究内容,并广泛运用于流域与较大范围的区域尺度的研究。以区域生态风险评价理论为基础,结合高潜水位煤矿区生态环境以及煤炭开采对生态系统造成的危害的特点,通过分析风险源、风险受体、生态终点以及暴露—响应过程,对高潜水位煤矿区生态风险的识别与评价方法进行了研究,构建了典型高潜水位煤矿区的生态风险识别与评价概念模型与空间分析框架,分析了煤矿区生态风险识别的主要技术手段与方法,并构建了以缓冲为主要手段的综合生态风险评价方法。选择山东东滩煤矿作为研究对象,针对研究区内存在的采煤塌陷、洪涝、污染、景观及社会等生态风险类型,定量评价其空间差异,并提出相应的风险防范措施。案例分析结果表明,研究区综合生态风险重度、中度、一般、轻度分别占到研究区的4.70%,64.00%,24.09%,7.20%。生态风险较高的区域主要位于矿区中西部,为煤矸石山、裸露煤炭堆积与发电厂分布区域;中度风险是研究区主要的风险类型。从降低生态风险保障矿区生态安全角度,在未来矿区规划与生态治理过程中,提出了具体的应对措施,包括:(1)注重源头控制;(2)建立高生态风险区域阻隔带;(3)加强污染的监测与控制;(4)采用边开采边治理技术。建议加强生态风险高区域的阻隔,建立生态缓冲带,减缓对整个矿区的综合影响,构建东滩煤矿生态风险防范的空间结构。     

光和噪声污染胁迫下城市生态斑块鸟类风险评价

为应对城市生态斑块光污染、噪声污染范围快速扩张和强度增加对鸟类带来的生态风险,探讨了将微观鸟类风险阈值与宏观光污染、噪声污染分布数据结合进行生态风险评价的全链条研究方法,具体包括：探究微观层面光、声污染胁迫下鸟类生态风险阈值,分别获得光污染对黄雀和栗鹀寤寐节律及声污染对画眉鸟退避行为的生态风险阈值,并提出由实验室环境中获得的鸟类光污染强度风险阈值推算室外夜间混合光环境中鸟类光污染强度风险阈值的方法;同时获取宏观光、声环境分布数据,其中光环境分布数据基于Luojia 1-01和Jilin 1-7B夜光遥感影像获得,声环境分布数据通过软件模拟、实测校核、ArcGIS属性赋予等系列操作获得;结合微观鸟类风险阈值和宏观光、声环境分布数据开展生态风险评价,以典型城市生态斑块为实例分析光污染和噪声污染胁迫下鸟类生态风险分布特征;搭建生态风险评价平台并进行鸟类生态风险可视化展现。该生态风险评价方法可为城市宏观区域光、声污染生态风险的快速评价提供科学规范的研究和技术范例。