合成生物学在环境有害物监测及生物控制中的应用

随着合成生物学各项技术的日益完善和遗传元件的逐渐丰富,合成生物学在环境污染物处理领域已崭露头角。如何简单快速、灵敏准确地对污染物进行原位动态监测和分析,同时避免重组工程菌可能造成的社会风险和与之相伴的生物安全问题,已经成为合成生物学面临的新的重要挑战。结合目前全细胞微生物传感器和生物控制系统取得的进展,重点介绍了合成生物学在环境有害物监测和生物控制中的应用,并探讨了其未来的发展方向。     

珠江佛山与广州交界河段潮水河水质水量监测与评价

受潮汐的影响,潮水河中污染物的迁移和变化规律极其复杂。针对这一问题,开展如何布设合理的监测断面,制定合乎潮汐规律的潮水河水质水量同步监测方案等方面的研究,更好地为摸清潮水河段的污染物输入量以及河流的水质状况服务。通过对佛山与广州交界潮水河段水质水量的同步监测发现:该区域日化学需氧量输入量为288.8t,日氨氮输入量为88.8t;采用代表时段法计算出污染物的输入量及采用单项指标法评价潮水河水体现状比较可靠、合理;纳污量超过河段环境容量是导致水质不断恶化的原因;加强交界河段上游地区面污染治理,建立重点取水水源地水质自动监测站,对水源地水质状况实时监测,是保证不同季节取水安全的有效措施。     

微核技术监测环境污染研究

人类的生存离不开自然环境,而人类的活动又影响着环境。工业生产中“三废”的大量排放以及农业生产中有毒农药的大量使用,严重地污染人类赖以生存的自然环境,有的污杂物将使生物和人产生致畸、致癌、致突变作用,因而监测和防治环境污染,已成为当务之急。在多种监测方法中,生物学方法的优越性就在于能直接监测污染物对生物危害程度的生物效应。微核技术监测法就是近十年来建立起来的一种新的监测法。     

东莞市东部工业园水生态环境质量评价

对东莞市东部工业园水系的浮游藻类、浮游动物、底栖生物和水质物理化学指标进行调查和评价.3个断面共监测到浮游藻类6门56属71种;浮游动物3个门共14种;底栖动物5种.利用叶绿素a、藻类数量单项指标、生物多样性指数和水质的理化指标对水系各断面水质进行综合评价,结果显示:东引运河横沥断面和企石排污口断面水体属于中度污染,而常平排污口断面污染严重且存在较强的非营养型污染:河流沉积物污染较水体污染严重;对水体的理化污染监测分析结果与生态评价相吻合,生态评价具有较好的准确性和灵敏性.因此,工业园区的建设与运营应严格做好废水的处理工作,有效保护工业园区水系的生态环境.     

黑河干流纤毛虫群落组成及其对水质的响应

为了解淡水纤毛虫群落对河流水质变化的响应及将淡水纤毛虫群落特征作为评价水质的一个重要参数,于2013年2月至2014年1月,选取黑河干流流域作为研究区域,分不同季节采集水样对其纤毛虫群落组成和理化指标进行分析。结果表明:从上游地区到下游地区,水中总氮含量(TN)、化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)和溶氧量(DO)差异显著,总磷含量TP与pH值相对稳定。水质条件的改变使得河流中纤毛虫群落多样性指数、丰富度指数与均匀度指数显著下降(P0.05),而污生指数显著上升(P0.05)。这表明纤毛虫群落的组成变化能够敏感地表征水质的变化情况。冗余分析显示,黑河干流纤毛虫群落的变化很好地响应了河流水质的变化情况,根据生物学指标,将黑河干流水质评价为轻度至中度污染,显示出生物学评价在河流水质评价方面存在相当的潜力。     

鳜塘浮游生物DNA序列多样性、水质和疾病的关系

应用RAPD技术研究了鳜塘水生生态系统中浮游生物群落α-多样性,分析了浮游生物群落DNA序列丰富度与水质和疾病发生之间的关系,探讨了池塘养殖密度和短周期、小密度、高投饵量养殖方式对浮游生物群落DNA序列丰富度及水质的影响.结果表明：1)鳜塘浮游生物群落DNA序列丰富度与水质综合指数呈显著负相关关系(P<0.01); 2)池塘高密度养殖会造成浮游生物丰富度降低和水质综合指数升高;3)短周期、小密度、高投饵量的养殖模式对环境的损伤较大;4)浮游生物群落DNA指纹01矩阵和水质理化因子样品聚类分析表明,发病塘在水质理化因子和浮游生物群落上具有相似性,为鳜疾病预报模型的建立奠定了基础.     

天鹅洲故道水生态研究进展

20世纪90年代初, 湖北长江天鹅洲故道水质良好, 鱼类资源丰富, 被认为是建立长江豚类半自然保护区和四大家鱼种质资源生态库的理想场所, 而对之开展了水生态研究, 之后由于成功实现了长江江豚的迁地保护而受到越来越多的关注。学者们从水质和沉积物等环境因素, 浮游植物、浮游动物、底栖动物和高等水生植物等生物因素, 水体初级生产力、渔产潜力和鱼类等资源因素多角度开展了天鹅洲故道水生态研究。天鹅洲故道水质呈恶化趋势。浮游植物数量增加了2个数量级, 且从单细胞个体转变为多细胞群体, 同时带有胶被的蓝藻在种类和密度上占有绝对优势; 浮游动物优势种呈小型化趋势; 底栖动物密度有所下降; 高等水生植物呈逐渐衰退趋势。鱼类资源量呈下降趋势。根据水质化学和生物学评价结果, 结合天鹅洲故道受人类活动的影响, 本文指出故道与长江阻隔、渔业活动和环境污染是天鹅洲故道水生态面临的主要问题, 其通过水质、饵料和栖息地等方面影响长江江豚的可持续性生存。同时, 提出5个方面的建议: 首先, 实施通江工程, 恢复故道水文特征, 提高故道理化环境异质性; 其次, 控制外源和内源营养负荷, 提高故道水体水质; 然后, 持续监测水质、沉积物和水生生物状况, 建立故道水生态数据库; 再次, 实施生态修复工程, 提高水生生物多样性; 最后, 规范渔业活动, 优化故道渔业资源, 为保护天鹅洲故道水环境质量和水生态健康, 维持江豚可持续生存提供依据。     

芦苇群落水体质量与芦苇转录本的相关性

芦苇 （Phragmites australis） 是广生态幅多年生水生植物,在全球分布极广。芦苇能够适应并生长在极端环境,如盐碱地、重金属污染地等,这种巨大的环境忍耐能力使得芦苇成为研究植物环境适应性的模式物种,并逐渐成为植物学和生态学等领域的研究热点。目前,北京自然和人工湿地中大量栽植芦苇,其主要功能是净化水体、稳定水体自净能力。为深入了解水体质量对芦苇转录本的影响及二者之间的相关性,首先对北京及河北白洋淀共计32个采样点的8项水质指标进行了检测。结果表明,32个采样点的水体整体处于污染状态,主要污染物为总氮 （TN） 和生物需氧量 （BOD）,并且水质均略偏碱性,且具有高氮 （N）、高磷 （P）、高BOD和高化学需氧量 （COD） 等特征。主成分分析 （PCA） 表明8项水质指标间具有相关性,可被降至3个维度,第一维度是 BOD/COD/高锰酸盐指数 （COD_Mn）;第二维度是 TN/氨氮 （NH₃-N）/总磷 （TP）;第三维度是 pH/溶解氧 （DO）。对水质指标与芦苇叶片 RNA-seq 转录本进行皮尔森系数相关性分析,筛选出247个与水质指标相关的转录本。其中,232个基因 （93.9%） 的转录水平与水质指标呈现正相关性。经实验室单一因子或双因子验证确定了 PB.4621.1 （编码 GMP 合酶） 和 PB.12079.1 （编码 LEA14蛋白） 两个基因更适合用于监测水体中的氮和磷水平。研究为后续芦苇监测水质技术的开发与利用奠定了理论基础。     

树叶S含量与大气SO_2污染关系初探

树木是多年生植物,其生活周期长,对周围环境能持续地发生较大影响。在环境保护方面,树木通过叶片气孔吸收积累污染物质,净化环境。虽然,其吸收积累量与空气污染物浓度不成严格的比例关系,但它们之间仍具有一定的相关性。研究它们之间关系,分析树叶中污染物含量用作了解大气污染的手段;目前国内报道尚不多。本文就树叶中 S 含量与大气 SO_2浓度相互关系进行初步探讨,为开展环境质量生物学监测和评价提供依据。     

安康水库表层浮游藻类群落结构及其与环境因子的关系

为了解安康水库表层水质与浮游藻类群落现状以及浮游藻类群落结构与环境因子之间的关系,于2012年1—12月对水库表层水进行每月一次的采样,分别对浮游藻类分布状况和理化因子进行分析.利用Shannon指数(H)和Pielou均匀度指数(J)分析浮游藻类群落特征,根据理化指标和综合营养状态指数(TSI)评价水体营养状态.共检测到浮游藻类7门110属,丰度为0.11×10⁴～2.08×10⁴ cells·L^-1.藻类组成、污染指示种分布情况、多样性分析和TSI显示安康水库表层属于中污染水质,处于中营养状态.此外,高密度投饵水产养殖及生活污水直接排放入库对水质产生负面影响,支流岚河的水质状况也较差.典范对应分析(CCA)结果显示,测定的8个环境因子中,不同季节影响浮游藻类群落组成及分布的环境因子不同,且氮是影响浮游藻类组成的主要营养盐因子.理化指标分析显示,安康水库表层水大体满足Ⅱ类水标准,水质良好.但部分采样点的总氮出现差于Ⅱ类水标准的现象,表明安康水库水质有变差的趋势.     

苏州河浮游植物群落恢复的生境条件研究

于2005年4月至2006年5月期间对苏州河浮游植物群落及理化因子进行研究,分析了苏州河浮游植物现状及水质现状,并分析两者之间的关系,得出水温、总磷、总氮、COD_cr等理化因子对浮游植物群落有显著影响,且其影响均存在临界值,分别为水温15℃、总磷0.6mg·L^-1、总氮10mg·L^-1、COD_cr20mg·L^-1.即在苏州河的浮游植物群落恢复中,当理化因子小于其相对浮游植物群落的临界值时,小球藻的出现频率低、密度百分比低,梅尼小环藻出现频率高、密度百分比高;而当理化因子大于其相对浮游植物群落的临界值时,小球藻的出现频率高,密度百分比高,梅尼小环藻出现频率低,密度百分比低.因此在对苏州河进行生态恢复时,应考虑到各理化因子对浮游植物影响的临界值,综合权衡各方面因素,确定水质恢复应达到的目标.     

中国河流水生生物群落结构特征探讨

中国学者自20世纪50年代起开展了局部河流或河段鱼类饵料生物资源的调查工作,自20世纪70年代末起又从生物学角度监测和评价了若干河流的水质,国家环保局也于1986年规定在全国20个城市推广水环境的生物监测,并建议监测种生物群落1。这些工作为在流域及更大范围内开展河流生态学研究积累了资料。但由于技术力量薄弱和经费严重不足,河流生物监测工作在我国还没有很好地进行,至今仍缺乏对我国河流水生生物群落结构特征的全面了解。       

杭州西湖浮游藻类变化规律与水质的关系

于2006～2007年对杭州西湖浮游藻类的种类及个体丰度进行初步研究,并依据<水和废水监测分析方法>对其水质现状进行了生物学评价.综合生物和理化指标数据,对杭州西湖的水质作一总体评估,并对西湖水中的物种多样性保护及水质的可持续利用提出了建议.共鉴定浮游藻类179种,其中蓝藻25种,隐藻1种,金藻3种,甲藻3种,黄藻5种,裸藻23种,硅藻41种和绿藻78种.分析了杭州西湖浮游藻类的组成和分布的特点,揭示出西湖浮游藻类的种类组成与西湖水质变化之间的关系.结果表明:藻类的组成和分布与水质变化规律基本吻合,西湖水质较整治前有明显的改善,一些清水藻类的物种逐步增多.     

气候变化条件下全氟化合物对海岸带可持续发展的影响及管控策略

海岸带生态系统为人类提供了食物、水等丰富的物质以及文化、休闲等生态系统服务。但由于全氟化合物等污染物的排放和气候变化的影响,海岸带地区环境日益恶化、资源枯竭、极端气候灾害加剧。这些问题直接导致了海岸带水质下降、近海生物多样性减少、生物群落结构变化,海岸带生态系统可持续发展受到影响。全氟化合物在自然环境中难以降解,会沿食物链在生物体内累积和放大进而对人类健康造成风险。随着氟化工产业在我国的快速发展、新型全氟化合物的不断更替以及气候变化的加剧,全氟化合物对海岸带生态的影响面临着极大的不确定性。为了更好地服务海岸带生态系统的可持续发展,目前仍需要加快完善立法保障,在全国范围内对全氟化合物进行监测;将海洋与陆地作为一个有机整体,统筹陆地影响和海岸带管控,严格控制污染物的排放。     

松花江流域大型底栖动物群落结构与水质评价

【目的】松花江流域是中国最早的工业基地之一,其水生态环境遭到严重破坏,环境保护工作面临巨大挑战。开展松花江流域水质评价及典型生物类群多样性状况调查,可为松花江流域生态系统的保护和修复提供依据。【方法】于2016年7月调查整个松花江流域近岸的大型底栖动物群落组成和测定水质理化指标,开展其水质理化特征评价和生物指数评价,并探讨底栖动物群落分布与水环境因子间的关系。【结果】理化指标评价结果显示,南源松花江水质状况最差,处于中度污染;北源松花江处于轻度污染;梧桐河水质最好,处于良好状态。松花江流域3个河段的底栖动物群落结构存在空间差异性。另外,梧桐河的物种多样性最高,北源松花江次之,南源松花江最低。溶解氧和营养元素K的浓度是驱动底栖动物群落组成发生显著性差异的主要环境因子。生物指数评价结果显示,3个河段水质均处于轻度污染状态。【结论】松花江流域水质处于轻度到中度污染状态。有机污染是松花江流域面临的主要水质环境问题,对松花江流域底栖动物群落结构产生了显著影响。因此,控制有机质的输入是维持松花江流域水生态系统平衡的重要举措之一。     

海洋石油污染物的微生物降解与生物修复

石油是海洋环境的主要污染物 ,已经对海洋及近岸环境造成了严重的危害。微生物降解是海洋石油污染去除的主要途径。海洋石油污染物的微生物降解受石油组分与理化性质、环境条件以及微生物群落组成等多方面因素的制约 ,N和P营养的缺乏是海洋石油污染物生物降解的主要限制因子。在生物降解研究基础上发展起来的生物修复技术在海洋石油污染治理中发展潜力巨大 ,并且取得了一系列成果。介绍了海洋中石油污染物的来源、转化过程、降解机理、影响生物降解因素及生物修复技术等方面内容 ,强调了生物修复技术在治理海洋石油污染环境中的优势和重要性 ,指出目前生物修复技术存在的问题。     

过水性湖泊自净能力的动态变化

通过对过水性湖泊骆马湖1991—2003年出、入湖口附近主要水质指标监测资料的分析,研究了湖泊湿地自净能力的变化情况。结果表明:1991—2003年,各采样点水质指标无显著变化,但出、入湖口水质差异显著,表明骆马湖目前尚有较强的自净能力;各采样点间主要水质指标的变异系数逐渐减小,表明湖泊对水体总氮、溶解氧、挥发酚、非离子氨、砷等主要富营养化物质和污染物的净化能力不断减小,湿地生态系统的自净能力显著下降。总氮、溶解氧及部分外源污染物指标在不同采样点间的变异系数可作为湿地生态系统自净能力与健康状况的重要参考指标。     

安徽省某酸性矿山废水坑湖中细菌群落的垂向分布特征及其影响因素

【目的】探究酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)坑湖中细菌群落沿垂向不同水深的分布规律及与环境因子之间的相互作用。【方法】采用16SrRNA基因高通量测序技术,对安徽省某AMD坑湖中6条采样垂线不同水深深度的细菌群落进行调查,同时测定水质理化指标,使用统计学软件分析细菌和地化参数间的联系。【结果】AMD坑湖中水质特征及细菌群落结构出现明显分层现象,自上而下溶解氧降低而pH和多种金属离子浓度增加,微生物群落结构发生变化,多样性和部分物种的丰度增大。细菌群落组成上,表层水域以Proteobacteria (Alpha、Gammaproteobacteria)和Acidobacteria占据主导地位;中下层水域则由Firmicutes、Acidobacteria、Actinobacteria、Gammaproteobacteria和Patescibacteria等共同主导。统计分析结果表明,TN、DO、ORP、pH、Fe、Mn、Al和Zn与嗜酸细菌丰度显著相关,是细菌空间分布的主要限制因素。【结论】AMD坑湖中水质理化特征和细菌群落分布在垂向空间上存在显著差异,群落的...     

层次分析法对南水北调中线水源区的水质评价

层次分析法(AHP)是一种多指标多因素综合评价法,其理论内容深刻而表现形式简单,包括递阶层次结构模型、判断矩阵的建立及其求值、一致性检验和综合指数计算等运算过程.在南水北调中线水源区3个采样点进行了2a的水体浮游植物和9项理化指标的检测,并应用层次分析法通过季节4因素和6项理化指标对水质进行综合评价.结果表明:层次分析综合指数PI在3采样点有差异并且变化灵敏,渠首 (陶岔S1 ) PI=0.5697,水质属于污染;库心 (小太平洋S2 ) PI=0.3619,水质属于尚清洁;丹江入库上游 (大石桥S3 ), PI=0.7755,水质属于中污染;AHP分析结果与实际基本相符.根据结果分析认为:层次分析法做为综合评价法对水质评价有重要性,值得推广应用;丹江口水库是重要的水资源,但目前水质状况并不理想,因此做好水源区的长期生态监测,加强理论和技术研究,改善水质,极为重要.     

喀斯特高原峡谷石漠化治理过程中土壤理化性质的变化

采用时序研究法,对2006—2013年喀斯特高原峡谷石漠化治理过程中5种石漠化阶段的土壤理化性质进行动态监测,研究土壤理化性质的时空演变规律,为石漠化的进一步治理提供科学依据。结果表明:随着治理时间增加,土壤理化性质整体上得到改善,主要体现在土壤毛管孔隙度、总孔隙度、田间-毛管持水量、渗透速率、pH值、全K、速效K及全P含量增加;随着时间增加,土壤理化性质表现出前期(2006—2010年)平稳、波动甚至恶化,后期(2010—2013年)大幅改善的非线性变化特点,说明一方面土壤质量对植物群落结构优化和小气候改善的响应存在滞后效应,另一方面也受到2009—2010年西南大旱的影响;空间尺度上,无石漠化环境土壤理化性质表现最好,其余4种石漠化阶段之间的理化性质多年均值差异不明显,说明经过长期治理,不同石漠化阶段之间的土壤理化性质差异缩小,同时"空间指示时间"手段在此并不适用;潜在-轻度石漠化环境部分土壤理化指标表现不佳,应成为今后石漠化防治的工作重点。