土壤重金属生物毒性研究进展

世界范围内土壤重金属污染不断加重,由污染所带来的问题以及如何治理污染已经受到人们越来越多的关注.土壤重金属将对土壤生物产生影响,而土壤生物在重金属的胁迫下也会产生不同的响应.综述了国内外近年来土壤重金属生物毒性的研究进展,介绍了土壤重金属污染对陆地生态系统中植物、动物和微生物生长的影响;土壤重金属生物毒性的影响因素;土壤重金属生物毒性的研究方法;土壤重金属生物毒性的预测模型,最后提出了问题和展望.     

土壤生态系统中抗生素抗性基因与星球健康:进展与展望

土壤-植物系统是抗生素抗性基因(简称抗性基因)从环境向人类传播扩散的一个重要途径,是环境抗性基因人群暴露的主要来源.通过对土壤-植物系统中抗性基因的研究,可以明确抗性基因在土壤生物中的分布及其传递,分析抗性基因食物链传递的风险及其规律,从而为控制抗性基因污染提供理论依据,保障人类健康.同时,其对于维护星球健康也具有重要的价值.本文总结了土壤(包括土壤动物肠道)和植物微生物组中抗性组的重要研究进展,强调了抗性基因流在土壤-植物系统中的流动给土壤生态系统带来的环境风险,最后提出了通过管理土壤-植物系统中的抗性基因流以保障星球健康的方案,并对未来研究进行了展望.     

微生物与重金属间的相互作用及其应用研究

从多方面阐述了微生物与重金属二者间相互作用,指出微生物在生长代谢过程中能淋滤、吸收和转化重金属,对重金属有一定的抗性和解毒作用;但是,一定浓度的重金属对微生物过程及其种群具有较大的毒性。影响微生物在环境介质中的活动,矿业工程生产工艺已充分利用微生物能淋滤,吸收和转化重金属等特性来处理低品位难浸矿石,环境保护领域也积极利用微生物对重金属的抗性和解毒作用来实现工业废弃物的处理以及被重金属污染土壤的修复。利用微生物的生物量及其活性可以评价环境中不同介质的重金属污染水平。     

食细菌线虫对热或铜胁迫下土壤功能稳定性的影响

在室内模拟重金属铜的持续胁迫或者短期加热(18 h,40℃)的瞬时胁迫条件下,以大麦叶粉短期分解过程代表土壤功能,研究了土壤食细菌线虫对土壤生态功能稳定性(抗性和恢复力)的影响.结果表明,在未施加任何胁迫对照处理中和铜胁迫条件下,食细菌线虫在一定程度上有促进土壤微生物活性的趋势.在施加铜胁迫后第15天,接种食细菌线虫导致土壤基础呼吸显著增加,并且接种食细菌线虫处理的土壤功能抗性显著高于未接种线虫处理.而在热胁迫条件下,接种食细菌线虫对土壤基础呼吸和土壤微生物活性没有显著影响,且接种食细菌线虫处理的土壤功能抗性低于未接种线虫处理.在两种胁迫条件下,接种食细菌线虫反而降低了土壤功能的恢复力.     

生物耐铜的分子机理及铜污染环境的生物联合修复

铜是动植物和人类必需的微量元素,缺乏或过多都将产生不良影响。随着社会经济的发展,人类活动对环境的干扰日益加剧,工业和农业生产活动常可导致土壤铜污染,铜已成为土壤重金属污染的主要元素之一。总结了铜在植物体内的自发内稳态调节机制,在细菌和真菌体内的吸收、分布、解毒和调节因子,同时以蚯蚓为例简要阐述了土壤动物对铜的解毒机理;从分子生物学角度对重金属铜在生物体内的代谢机理及生物对环境中过量铜的联合修复研究进展进行了综述,以期为铜污染环境的植物、微生物和动物联合修复的分子机理研究提供借鉴。     

土壤污染的生态毒理诊断研究进展

土壤生态毒理学是污染土壤生态风险评价以及土壤污染控制的理论依据,土壤环境中有毒物质的生态毒理效应及其分子机制的研究是土壤生态毒理学的核心内容.土壤污染生态毒理诊断集合了土壤污染的全部信息,提供了土壤的整体毒性效应.因此,开展土壤污染生态毒理诊断研究有重要的理论意义和现实意义.本文在参考国内外土壤污染生态毒理诊断研究成果的基础上,介绍了常用土壤污染生态毒理效应诊断方法和指标,并探讨了不同方法的利弊.传统毒理诊断方法往往只能表征胁迫的程度,不能解释损伤和响应发生分子机理.污染土壤毒性评估的生物标记物和土壤污染分子诊断技术,可深入探讨外源胁迫下生物的解毒机制.本文对其进行了较为系统的介绍,并对未来的研究趋势进行展望.     

土壤中抗生素的环境风险及污染土壤的生物修复技术

抗生素的广泛使用导致其在环境中普遍存在,所引发的抗性基因问题已对全球公共卫生构成重大威胁。土壤是环境中抗生素的重要汇,抗生素暴露会对土壤生物带来危害,甚至会间接对人体健康造成潜在风险,因此需采取有效手段修复抗生素污染的土壤。文中综述了抗生素对土壤植物表型生长指标、土壤动物生理特征及群落分布、微生物群落组成与功能的影响,以及抗生素抗性基因在土壤生物间的传播风险等;总结了利用耐受土壤植物、动物、微生物以及其互作关系修复抗生素污染土壤的潜力与前景,指出了已有土壤中抗生素环境风险和生物修复研究中尚存在的问题,展望了未来的研究方向。     

重金属污染生态学研究现状与展望

重金属污染生态学的研究迄今已有近 5 0 a的历史 ,在土壤重金属元素背景值和环境标准的制定、重金属在环境中的迁移转化、重金属污染治理、元素分析测定方法和规范、对生物体的毒性及生物体的响应等方面取得了很多研究成果 ,出版了很多专著。在对重金属污染生态学研究进行简要回顾的基础上 ,以重金属在生物体内的行为特征 (吸收、迁移、富集、毒害、解毒和抗性等 )为主线 ,从微观和宏观水平 ,系统综述了目前该领域的研究现状 ,分析了尚存在的一些问题 ,最后从生物对重金属污染适应的分子机理、治理方法和技术的创新性、复合污染下环境标准制定的科学化以及重金属污染条件下全球生物进化的趋势预测等方面作了研究展望     

微生物胞外多糖的合成及其在重金属修复中的作用机制与应用

重金属的生物不可降解性使其在环境中长期存在,导致严重的环境污染,对人类健康和生态系统构成威胁。与传统的物化修复技术相比,微生物修复具有成本低廉、环境友好和高效等特点。在面对重金属胁迫或营养不均衡时,微生物会被激发以分泌合成胞外多糖(exopolysaccharides, EPS)。由此可见,EPS的产生是微生物对抗重金属胁迫的重要策略之一。EPS不仅能保护微生物在低温、高温、高盐等极端环境或受毒性化合物胁迫的条件下存活,并且在细胞内外进行信息和物质的交流与传递,既作为保护屏障限制重金属离子进入细胞,又作为介质进行交流。EPS结构中含有多个带负电荷的官能团,能够与重金属离子发生络合、离子交换、氧化还原等反应,从而降低重金属的生物有效性并减轻其毒性。微生物EPS在重金属胁迫环境中的修复具有重要意义。然而,目前缺乏关于微生物EPS合成过程、与重金属互作机制及其在重金属胁迫环境中应用现状的系统综述。本文概述了微生物EPS及其分类,详细阐述了细菌EPS胞内及胞外的生物合成机制,并探讨了微生物EPS与重金属互作机制,以及微生物EPS修复水、土环境中重金属污染方面的研究进展。最后,展望了EPS合成及其在重金属修复中的作用机制研究,可为微生物EPS进一步应用于环境重金属污染修复提供支持。     

根系分泌物在重金属污染土壤生态修复中的作用机制研究进展

我国土壤重金属污染问题日益突出.作为一种绿色、安全的生物修复技术,植物修复技术备受关注.根系分泌物作为植物-土壤-微生物三者物质交换与信息传递的重要载体,是植物响应外界胁迫的重要生理生态指征,在植物修复过程中发挥关键作用.研究表明,根系分泌物能够有效调控根际微环境,提升植物抗逆能力,影响重金属在根际微域中的环境行为.传...     

重金属胁迫下的微生物代谢组学研究进展

微生物的代谢活动易受到环境变化的影响,当环境中存在重金属污染时微生物会通过调节代谢降低自身所受的重金属的毒害。本文通过微生物代谢组学研究探讨重金属胁迫下微生物代谢活动的响应情况,介绍了微生物代谢组学的相关技术和方法,对其应用进行说明;基于重金属对微生物细胞的毒害作用,对重金属胁迫下微生物代谢组学的相关内容进行综述,发现在重金属胁迫下,微生物可以通过增加代谢活动进而产生更多的代谢物质来响应重金属的胁迫,其中微生物产生的胞外聚合物、草酸和柠檬酸等代谢物在微生物响应重金属胁迫中具有重要作用。微生物通过产生相应代谢物不仅使自身可以在重金属胁迫下生存,这些代谢物还可以使环境中重金属有所减少,这对于利用微生物资源修复重金属污染具有重要意义。     

植物内生细菌修复重金属污染土壤作用机制研究进展

内生细菌生活在植物组织内部,长期以来与宿主植物形成了紧密的共生关系。内生细菌在重金属吸收、耐受和解毒方面具有优良的特性,为修复重金属污染土壤提供了有效的新方案。综述了内生细菌强化植物修复重金属污染土壤的作用机制,包括内生细菌通过产生植物生长调节激素,分泌ACC脱氨酶和几丁质酶等,促进宿主植物在重金属胁迫条件下的生长;通过改变重金属的生物有效性/毒性,减轻植物重金属毒害;通过与植物形成联合修复体,加强植物抗重金属毒性的能力。分析了近几年超富集植物内生细菌多样性及其影响因素,探讨了联合修复过程中影响内生细菌强化修复效果的主要因素,包括内生细菌的来源、活性和环境胁迫等各种生物因素和非生物因素,并对内生细菌与植物联合修复的研究方向进行展望,涉及内生细菌自身存活原因和如何耐受重金属的机制研究,植物内生细菌的行为动力学和代谢,以及内生细菌、植物及土壤之间的生态互作效应等,以期推动内生细菌大规模应用于植物修复重金属污染土壤。     

丛枝菌根真菌在寄主植物抵御生物和非生物胁迫中的作用

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi,AMF)是生态系统中普遍存在的土壤微生物,能与绝大多数植物形成共生关系,它在寄主植物抵御生物和非生物胁迫中所起的作用逐渐引起国内外学者的关注.论文综述了丛枝菌根真菌在植物抵御非生物胁迫(重金属污染、有机污染、盐胁迫和干旱胁迫)以及生物胁迫(致病菌和线虫侵染)中的作用,并在此基础上提出了未来该领域值得进一步研究的方向.     

农田土壤重金属污染的陆地生物配体模型研究进展

矿产开采和冶炼、工业"三废"排放等原因导致我国农田土壤重金属污染比较严重。如何科学准确地预测和评价土壤重金属的生物有效性及其生物毒性,是近年来人们关注的热点问题之一。陆地生物配体模型(Terrestrial Biotic Ligand Model,t-BLM)是一种能够预测土壤中重金属生物有效性的机理性模型,模型假设环境中的金属进入到生物体内与一些生物位点结合形成金属-生物配体络合物(BL),当BL达到一定浓度时才会对生物产生毒性,由此判断重金属的生物有效性。本文在综述我国农田土壤重金属污染来源及现状的基础上,讨论了土壤重金属的生物有效性及其生物毒性的研究方法,重点介绍了t-BLM的基本原理,基于植物、土壤动物和微生物为受试生物的t-BLM预测和评价土壤重金属生物有效性及生物毒性的研究进展,提出了t-BLM理论和应用上存在的一些不足。     

Interactions between invasive plants and heavy metal stresses: a review

入侵植物与重金属胁迫的相互作用研究进展 全球变化改变了植物群落的分布格局,包括入侵植物,而人为污染可能降低本地植物对入侵植物的抗性。因此,本文总结了近几十年本地植物、入侵植物和植物-土壤生态系统中重金属生物地球化学行为的研究,以加深我们对入侵植物与环境胁迫因子相互作用的认识。我们的研究结合已有文献报道表明：(i)入侵物种对环境胁迫的影响具有异质性, (ii)影响的大小是多变的, (iii)即使在同一影响类型内,影响类型也具有多向性。然而,入侵植物暴露在重金属环境中表现出更强的自我保护机制,对重金属的生物可利用性和毒性有正向或负向的影响。另一方面,由于入侵植物普遍具有较高的耐受性,加之本地植物暴露于有毒重金属污染时具有“逃逸行为”,重金属胁迫环境更有利于植物的成功入侵。但是,对于入侵植物的重金属等元素组成是否与污染地区的本地植物不同,目前尚无共识。因此,在全球范围内对外来入侵植物与本土植物的植物体内、凋落物和土壤污染物含量进行定量比较是今后研究的一个重要方向。     

胡杨根际细菌提高木本植物对重金属胁迫的耐受性

胡杨是我国西北荒漠地区特有的、对多种非生物逆境具有高抗逆性的树种,但其相关微生物的生态和生理功能研究还比较缺乏.本文从新疆沙雅地区原始胡杨林根际土壤中分离出重金属抗性细菌共72株.其中具有单一重金属(Cu²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺或Zn²⁺)抗性的细菌菌株50株,有三重以上重金属抗性的菌株9株.将其中5株多重重金属抗性细菌接种至生根的竹柳插条,进行重金属胁迫下的盆栽培养.结果表明: 在铜或锌胁迫下,5株多重重金属抗性细菌对竹柳的生长抑制有不同程度的缓解,其中假单胞菌Z30和贪铜菌N8菌对铜和锌两种胁迫下竹柳生物量的增长与不接菌对照相比均达到显著差异水平.说明在非重金属污染区生长的胡杨根际存在多样性的重金属抗性细菌,其中一些多重重金属抗性菌对改善重金属胁迫下植物的生长有显著作用,具有应用于木本植物-微生物联合修复环境重金属污染的价值.     

植物根系分泌物对土壤污染修复的作用及影响机理

生物修复是一种经济环保的土壤修复技术。根系分泌物是利用生物修复污染土壤过程中的关键物质,也是植物与土壤微生物进行物质交换和信息传递的重要载体,在植物响应污染物胁迫中扮演重要角色。研究植物根系分泌物对土壤污染修复的作用和影响机理,是深入理解植物和微生物环境适应机制的重要途径,对促进生物修复污染土壤有重要指导意义。从污染物胁迫对根系分泌物的影响、根系分泌物对土壤污染物环境行为的影响、根系分泌物在调控污染土壤中根际微生物群落结构和多样性中发挥的作用等几个方面综述了根系分泌物对土壤污染修复的影响及内在机制。研究结果表明,根系分泌物在降低重金属对植物的毒性、加速有机污染物降解等方面有非常重要的作用。根系分泌物对土壤微生物的丰度和多样性均有显著影响,其与根际微生物互作在土壤污染物的消减中发挥了重要的调控作用。在此基础上,提出了以往研究中的不足,并对污染物胁迫下根系分泌物未来研究的方向和趋势进行了展望。     

铜污染土壤的生物修复研究进展

随着工业化与农业化进程的加快,土壤重金属污染问题日益突出。铜(Cu)既是生命体生长发育的必需微量元素,也是重金属污染物之一。土壤中过量的Cu不仅会对植物产生毒害,而且能够通过食物链的富集作用,对人类健康造成严重威胁。生物修复技术作为治理重金属污染土壤的一种新型技术受到广泛关注。文中对生物修复的主要技术如植物修复、微生物修复、植物-微生物联合修复、动物修复等在治理Cu污染土壤方面的研究进展进行综述,以期为重金属污染土壤有效治理和可持续农业的发展提供理论依据。     

合成生物学改造微生物及生物被膜用于重金属污染检测与修复

随着工业化进程不断加快,重金属污染日益加剧,尤其是水体的重金属污染,已严重威胁人类健康,迫切需要进行有效的污染修复.相比传统物理和化学修复,生物修复具有绿色环保和可持续性的特点.因为微生物生长繁殖迅速、生物被膜具有动态可调节和环境适应性好等特点,使其能更好耐受胁迫环境,在环境修复中有重要作用.合成生物学改造微生物及生物...     

食真菌线虫对热或铜胁迫下土壤生态功能稳定性的影响

在模拟胁迫条件下(施加 CuSO₄ 的持续胁迫或加热40 ℃的瞬时胁迫),以大麦叶粉短期分解过程代表土壤功能,采用室内培养试验研究了土壤食真菌线虫(Aphelenchus avenae)与微生物的相互作用对土壤生态功能稳定性(抗性和恢复力)的影响.结果表明：无论施加胁迫与否,食真菌线虫的活动都有促进土壤微生物活性的趋势,尤其是在施加铜胁迫后第8 天开始到培养期结束,接种食真菌线虫导致土壤基础呼吸显著增加(P<0.05),但加热胁迫后食真菌线虫对土壤基础呼吸的促进作用仅在第8天有显著差异(P<0.05),反映了食真菌线虫对土壤微生物活性的影响程度与胁迫类型有关.在两种胁迫条件下,接种食真菌线虫对土壤功能的抗性没有影响,但都能促进胁迫条件下土壤功能的恢复.培养后期,两种胁迫条件下接种食真菌线虫处理真菌生物量低于未接种线虫处理,表明胁迫条件下食真菌线虫对真菌的取食可能限制甚至抑制了真菌生长,导致真菌对细菌的竞争压力减少,从而使细菌获得更大的生长优势,间接促进了细菌的生长.