砷污染土壤中毛球菌的分离及其砷还原特性

生物异化还原作用是地球化学循环中的重要部分,其对环境污染物具有良好的治理作用。从湖南省石门县的土壤中分离出1株厌氧砷还原菌,通过16S rRNA分析为毛球菌属,命名为Trichococcus sp.CC328。菌落圆形,无色透明,短杆状革兰阴性菌,最适生长条件为p H 9,Na Cl浓度12-16 g/L。当As(V)的初始浓度为63mg/L时,24 h时细胞数目最多(18×108个/m L),48 h时砷还原率为83%;当Fe(III)的初始浓度为30 mg/L,72 h时还原率为37%。本研究是首次发现具有砷和铁还原能力的毛球菌,为土壤中砷的生物转化提供参考。     

一株芽孢杆菌对含砷矿物中砷的还原作用

在自然环境中,砷通常吸附于铁氧化物、铝氧化物等金属氧化物矿物上,或与这些氧化物矿物形成共沉淀。厌氧条件下,微生物可能通过直接还原砷或者还原铁氧化物等载砷矿物从而影响砷的迁移转化。本研究筛选得到芽孢杆菌属的一株细菌DX-04,并研究了该菌株对不同形态砷酸盐的还原作用和还原途径。厌氧条件下,在12~24 h内菌株DX-04对溶解态砷的还原能力最强,溶解态砷对提高细菌生物量具有明显的促进作用。接种菌株DX-04的铁砷共沉淀培养基中液相As(III)浓度呈先升高后降低的趋势,砷发生还原与释放,进而发生二次沉淀再次被固持。当以载砷氧化铝矿物为载砷的模型矿物时,在DX-04菌株的还原作用下,吸附的As(V)首先从氢氧化铝矿物上释放到液相,进一步被还原为As(III)。微生物的这一作用能够引起含砷矿物中的砷向水体、沉积物环境中释放,成为人类健康的潜在威胁。     

pH值、碱类型及预停留时间对铁砷共沉淀物长期稳定性的影响

Fe（Ⅲ）-As（Ⅴ）共沉淀法作为一种经济的除砷方法,被广泛应用于处理有色冶金含砷废水。为防止处理后的含砷废渣二次污染,必须进一步研究其稳定性。本文通过室内模拟实验,研究了不同pH值、碱类型及在pH4条件下的预停留时间等对铁砷共沉淀物稳定性的影响。结果表明,在pH4条件下,共沉淀物稳定性最好;在pH4条件下延长预停留时间能增强砷的稳定程度;使用石灰或添加Ca^2＋明显增加了共沉淀物中砷的稳定性。     

不同价态铁元素对厌氧微生物降解2,4,6-三氯酚的影响

【目的】考察初始pH值为5.0?10.0时, 不同价态铁元素(Fe0、Fe2+和Fe3+)对厌氧微生物降解2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)的影响。【方法】采用间歇试验, 接种驯化3个月的厌氧污泥, 向其中分别投加Fe0、Fe2+和Fe3+, 测定体系中2,4,6-TCP浓度、pH值、铁离子浓度和微生物脱氢酶活性。【结果】“Fe0/Fe2+/Fe3+-微生物”体系对2,4,6-TCP的降解效率, 在初始pH值为中性偏酸性时, “Fe2+-微生物”体系>“Fe0-微生物”体系>“Fe3+-微生物”体系; 而当初始pH值为碱性时, “Fe0-微生物”体系>“Fe2+-微生物”体系>“Fe3+-微生物”体系; “Fe0/Fe2+/Fe3+-微生物”三种体系均有调节pH值的能力, 其中“Fe0-微生物”体系调节能力最强; 在不同初始pH值条件下不同价态铁元素对厌氧微生物活性的影响结果与其对2,4,6-TCP的影响规律基本相同。【结论】不同价态铁元素对厌氧微生物降解2,4,6-TCP的影响与初始pH值、体系实时pH值和铁元素价态及浓度等因素有关。     

高砷含水层参与腐殖酸-铁矿物转化的关键微生物群落及其对砷迁移转化的影响

【目的】探究不同腐殖酸浓度下参与含砷水铁矿转化的微生物类群组成和丰度变化及对砷释放的影响,预测原位高砷含水层中功能微生物群参与有机质—含砷铁矿物转化过程对砷转化释放的作用。【方法】对河套平原高砷地下水和同深度高砷沉积物中的铁还原功能群落进行富集培养,构建室内厌氧微宇宙体系,将富集菌群分别加入到实验室条件下合成的不同浓度腐殖酸(0、1.5、7、14 mg C/L)-含砷水铁矿体系中,通过体系中砷、铁形态及浓度的变化分析,结合高通量测序技术、X-射线衍射(X-ray diffractometer, XRD),探究不同条件下砷的释放固定和群落的演替。【结果】高砷地下水组(G组)和沉积物组(S组)富集得到的铁还原功能群落具有明显差异,G组中以Aeromonadaceae为特殊优势菌群,而S组中以Shewanellaceae为特殊优势菌群。微宇宙实验结果显示,S组的铁还原量相对较高且速率较快;G组与S组中液相砷形态存在明显差异,整个培养期内G组均以As(Ⅴ)为主,而S组中前期以As(Ⅴ)为主,当反应到达20 d时液相As(Ⅲ)高达3.4μmol/L,推测此时具有砷还原功能的群落占优势地位。当反应...     

接种AM真菌和施加铁可协同降低水稻砷累积

采用外源添加砷(As)的土培模拟试验探究了接种丛枝菌根真菌(AMF)异形根孢囊霉Rhizophagus irregularis和外源添加铁(Fe)对水稻Oryza sativa根表铁膜形成以及水稻累积砷的影响。结果表明,根表铁膜能够吸附大量的磷和砷。添加砷促进了根表铁膜的形成,而接种AMF后铁膜厚度显著降低。接种AMF改善了植物的磷营养状况,显著提高了水稻根系砷浓度,但降低了地上部砷浓度;砷污染情况下施加铁显著降低了接种处理水稻地上部的砷浓度。接种AMF+施加铁处理降低水稻地上部砷浓度的效果最大。这表明AMF+施加铁可协同抑制水稻地上部砷积累。该研究结果为在高砷背景值土壤中种植粮食作物并保障食品安全提供了一条可供选择的技术途径。     

外源二甲基砷在土壤中的转化

利用盆栽试验,研究了外源二甲基砷（DMA）进入土壤后的形态及其与土壤胶体结合态的变化.结果表明：土壤中的DMA主要转化为砷酸根［As(V)］,并伴有少量的一甲基砷（MMA）生成;当外源DMA添加浓度为30 mg·kg^-1时,DMA的转化率最高,其在培养时间为10、15、30、40 d时的转化率分别为6.71%、8.11%、11.33%、19.32%;随着外源DMA添加浓度的增加土壤中易溶性砷（AE-As）浓度呈逐渐增加的趋势,但随着培养时间的增加,AE-As浓度不断降低;与不加外源DMA的对照相比,添加不同量的DMA使土壤中铝型砷（Al-As）、铁型砷（Fe-As）、钙型砷（Ca-As）浓度均有所增加,DMA及其转化产物与土壤中铝、铁、钙的氧化物或氢氧化物间的吸附或固定可能是其主要原因.     

外源二甲基砷对油菜生长及土壤中砷生物有效性的影响

通过盆栽试验研究了土壤中添加外源二甲基砷(DMA)对油菜(Brassica campestris)生长及土壤中砷生物有效性的影响.结果表明:随着外源DMA添加量的增加,油菜的出苗率和生物量均在一定程度上表现出了低浓度促进而高浓度抑制的现象.当外源DMA添加量达到90 mg·kg-1时,第2季盆栽油菜的出苗率和生物量与对照相比分别下降了9.5%和57.0%,表明DMA对油菜生长的影响具有长期性;随着外源DMA浓度的增加,土壤中有效态砷及油菜体内的砷含量均表现出增加的趋势,相关性分析表明,该三者间具有极显著相关关系;添加入土壤中的DMA主要发生去甲基化作用,产物主要为As(V)及少量的As(Ⅲ),且随着外源DMA添加量的增加,As(V)和As(Ⅲ)的浓度均表现出增加的趋势.     

中国莲（Nelumbo nucifera）幼苗抗氧化系统对砷胁迫的响应

为了研究中国莲（Nelumbo nucifera）抗氧化系统对砷胁迫的响应,研究比较了两种不同价态无机砷As（Ⅲ）和砷As（V）对中国莲幼苗可溶性蛋白含量、丙二醛（MDA）含量以及抗氧化系统的影响。结果表明,中国莲幼苗中MDA和可溶性蛋白质含量随砷浓度的增加呈现先升高后降低的趋势。中国莲幼苗的MDA和蛋白质含量受As（V）的影响不如As（11]）敏感。抗氧化系统酶中,超氧化物歧化酶（SOD）对砷处理最敏感,当As（11I）浓度在2．5pmol／L和As（V）浓度在100μmol／L时,SOD酶活性显著高于对照组。过氧化物酶（POD）在As（Ⅲ）处理浓度为10umol／L时就出现显著上升,相对而言,过氧化氢酶（CAT）对As（V）比较敏感。实验结果表明,随着浓度的增加,砷对幼苗产生的氧化胁迫导致SOD、CAT和POD三种酶活性有所增加,以配合清除细胞内的活性氧自由基（ROS）,维持细胞代谢的稳定。本研究为进一步研究砷胁迫下莲的生理和生长变化、以及莲的培育和移植提供了部分基础数据。     

节杆菌FX8的分离筛选及其生物成矿除砷

【背景】砷（arsenic,As）是一种剧毒的类金属,水体砷污染问题日益突出,严重威胁人类健康,开发高效除砷方法迫在眉睫。【目的】吸附法是目前除砷应用最多的方法之一,对从铁矿表层土壤分离得到的一株铁氧化菌FX8进行研究,以期通过其氧化Fe （II）生成的铁矿物作为吸附剂而去除砷。【方法】通过形态学特征、生理生化特性、全基因组测序分析对菌株进行鉴定,采用邻菲罗啉分光光度法测定总Fe和Fe （II）,利用X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）和能量色散谱（energy dispersive spectrometer,EDS）对铁氧化物沉淀进行分析,采用高压液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱测定总As。【结果】菌株FX8为革兰氏阳性、好氧,其菌落为圆形、乳白色,扫描电镜（scanning electron microscope,SEM）镜检细胞为杆状,大小为（0.5-2.5）μm×（0.13-0.25）μm,可归为节杆菌属（Arthrobacter）。菌株FX8能够氧化Fe （II）并生成铁氧化物沉淀,该沉淀为一种无定形的Fe （III）矿物,其结晶性差且含有大量生物杂质,并且通过产生胞外酶氧化Fe （II）。菌株FX8在28℃、150 r/min条件下,在加As （III）和As （V）体系中,48 h内总Fe的去除率均为100%,而对应的总As去除率分别为99.54%和99.86%;在As （III）和As （V）体系中加入菌株FX8的胞外粗酶液,2 h内总Fe的去除率均为100%,相应的总As去除率为99.45%和100%。【结论】菌株FX8是一株铁氧化菌,利用其胞外粗酶液生物矿化铁除砷的效果优于菌株-砷共培养,本研究可为水体砷污染的高效生物修复提供新的生物材料及理论参考。     

砷对玉米生长、抗氧化系统及离子分布的影响

采用温室砂培试验,研究了不同浓度砷（As）处理对玉米郑单958幼苗生物量积累、光合色素含量、抗氧化系统、As及矿质离子吸收、分布的影响.结果表明：低浓度（＜2 mg·L^-1）的As刺激了玉米幼苗的生长,植株株高、主根长和生物量积累均显著增加;高浓度（＞4 mg·L^-1）As严重抑制了玉米幼苗生长.2 mg·L^-1As处理下,叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量均达到峰值;随As处理浓度增加,叶绿素含量逐渐下降;电镜观察发现,10 mg·L^-1 As处理下,叶片叶绿体结构遭到破坏,类囊体膜溶解.根系3种抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性均随As浓度增加而增大;叶片3种抗氧化酶活性在8 mg·L^-1出现峰值,且对As处理的敏感性表现为POD>CAT>SOD.MDA、可溶性糖和可溶性蛋白含量与As浓度呈正相关.高浓度的As明显抑制了P、K、Ca、Fe等元素的吸收.根系对As胁迫的反应比地上部更为敏感,因此根系生长发育指标更适合作为植物As毒害的指示指标.     

无机三价砷对黄花水龙无菌苗生理生化特性的影响

采用溶液培养法研究无机三价砷胁迫对黄花水龙[Ludwigia peploides (Kunth) P. H. Raven subsp. stipulacea (Ohwi) P. H. Raven.]无菌苗的影响, 通过将黄花水龙无菌苗在含不同浓度NaAsO₂(0、2.5、10、50、250和500 μmol/L)的1/10霍格兰溶液中培养24h, 测定叶绿素、丙二醛(MDA)、可溶性蛋白、可溶性糖以及抗氧化酶SOD、POD、CAT活性的变化, 以探讨无机三价砷胁迫对黄花水龙无菌苗光合特性及相关生理生化特征指标的影响。结果表明: 2.5 μmol/L As (Ⅲ)处理时, 叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量达到峰值, 随着处理浓度升高,叶绿素含量均有所下降; 处理组MDA含量均高于对照组, 且当处理浓度升高至500 μmol/L显著高于对照组。可溶性蛋白含量随着砷处理浓度的升高先升后降, 在As (Ⅲ)浓度为250 μmol/L时显著高于对照组, 当浓度高至500 μmol/L时可溶性蛋白含量有所降低; 可溶性糖含量随着砷浓度的升高先降后升, 抗氧化酶SOD、POD、CAT活性均在低砷处理浓度下逐渐升高并到显著差异水平, 但当浓度高于250 μmol/L后, 含量均呈下降趋势; 这表明在低浓度胁迫下, 黄花水龙自身会出现自我保护现象, 高浓度砷对黄花水龙表现出损伤效应。研究结果为进一步研究砷胁迫下黄花水龙生理和生长变化及其培育和移植提供了一定依据。     

渤海表层沉积物中砷的含量、形态、空间分布及风险评价

考察了渤海海域表层沉积物中砷的含量、分布及赋存形态，评估了沉积物中砷的生态风险，初步探讨了影响沉积物中砷分布的环境化学因子。结果表明，渤海海域表层沉积物中总砷浓度变化范围为9.77～20.60 mg·kg^-1,平均浓度为13.33±2.55 mg·kg^-1。表层沉积物中总砷的空间分布呈现出由近岸向中部逐渐递减趋势，具有西部高，东部低的特点；各个海区之间总砷含量差异显著，渤海湾和莱州湾海区表层沉积物中总砷含量相对较高。渤海表层沉积物中砷的主要形态为挥发性硫化物、碳酸盐或与无定型铁锰氧化物结合态；沉积物中砷具有一定的生态风险。渤海表层沉积物中砷含量与水体温度、磷浓度、溶解氧含量、pH、沉积物中铁含量和有机质含量呈显著的相关关系。水环境因子和沉积物的理化性质可能对沉积物中砷的分布具有重要影响。     

砷对小麦生长和光合作用特性的影响

研究了水培条件下砷对小麦根系和地上部分生长速率、光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)的影响.结果表明,随着营养液中砷浓度的提高,小麦根长生长量和地上部分生长量较对照减少;鲜重和砷的浓度呈显著负相关.在0～90mg/L 砷处理内,Pn、Gs、Tr都随砷的浓度的提高而降低;Ci呈先降低,后升高的变化.在As≤30 mg/L时Ci逐渐降低,气孔限制值Ls升高,使Pn下降,造成气孔性限制;而As>30 mg/L时,Ci升高,气孔限制值Ls下降,Pn降低,造成了非气孔性限制.叶片水分利用效率WUE和气孔限制值Ls在As≤30 mg/L时变化一致,都有所升高;但是当As>60 mg/L时,小麦趋于死亡,水分利用率降低.叶绿素含量在0～10mg/L As处理内,差异不显著,在较高砷浓度(As>30 mg/L)时叶绿素显著下降.这说明较低浓度的砷不会抑制小麦叶绿素的合成.砷主要是毒害小麦根系生长,造成植株体光合作用的气孔性限制和非气孔性限制出现,最终影响小麦的生长和发育.     

砷胁迫对桉树抗氧化酶活性的影响

通过水培实验,研究了砷胁迫对桉树根和叶的生物量,对砷、叶绿素和丙二醛(MDA)含量,以及对超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性的影响,讨论了桉树抗氧化酶系统在砷胁迫造成的氧化损伤中的作用。实验结果表明桉树叶的砷含量随砷胁迫浓度的增加而增加,根的砷含量高于叶。在低浓度砷(5 mg/L和10 mg/L)胁迫时,生物量及根和叶中MDA含量较对照无显著性差异,根中SOD、CAT和POD的活性增加,过氧化物的积累减缓。在高浓度砷(20 mg/L和30 mg/L)胁迫时,生物量和叶绿素的含量减少,SOD、CAT和POD活性降低,MDA含量显著性增加,桉树遭受较强的氧化损伤。结果表明,在低浓度砷胁迫时,抗氧化酶系统对砷胁迫造成的氧化损伤有较好的缓解作用;在高浓度砷胁迫时,大量过氧化物积累,抗氧化酶系统对氧化损伤的缓解作用大大降低。     

一株新的砷还原菌分离鉴定及其对天然矿物臭葱石的溶解作用

【目的】探究江汉平原土著砷还原微生物如何介导臭葱石的溶解和释放过程,以及硝酸盐和硫酸盐对该过程的影响。【方法】采集江汉平原高砷沉积物,利用多轮传代富集方法筛选出一株兼性厌氧砷还原菌;克隆其16S rRNA基因、砷还原酶基因(arsC)、硫代硫酸盐还原酶基因(phsA)、硝酸盐还原酶基因(nar)以获得其分类地位;分析该细菌的As(V)、NO3–、Fe(III)、S_2O_3~(2–)还原功能;利用microcosm技术分析该菌株催化臭葱石中不可溶砷和铁的溶解和释放作用及硝酸盐和硫酸盐对此过程的影响;采用X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等方法对细菌作用前后的矿物表面形貌进行分析。【结果】16S rRNA基因测序结果表明该细菌为柠檬酸杆菌属(Citrobacter sp.),故命名为Citrobacter sp. A11;在Citrobacter sp. A11作用下,0.45 mmol/L As(V)在4 d内被还原成As(III),2.0 mmol/L S_2O_3~(2–)在6 d内被还原成S~(2–),1.0 mmol/L Fe(III)在3 d内被还原成Fe(II),140.0 mg/L NO_3~–在28 h内被还原成NO_2~–;经过28 d该细菌的催化作用使得体系中不可溶砷和铁的释放量分别为33.68μmol/L、51.93μmol/L;硫酸根的加入使得砷和铁的释放量分别增长了41.04%和34.30%,硝酸根的加入则使砷和铁释放量分别降低了35.07%和53.46%。XRD、SEM-EDS分析表明,细菌作用后的臭葱石表面形貌发生明显改变,并出现细小且分散的溶解性颗粒。【结论】本次研究从江汉平原高砷沉积物中富集分离得到一株兼性厌氧砷还原细菌Citrobacter sp. A11,能有效还原As(V)、S_2O_3~(2–)、NO_3~–、Fe(III);砷还原细菌Citrobacter sp. A11能显著促进臭葱石中砷和铁的溶解和释放,硫酸根离子的存在会促进细菌介导臭葱石中固态砷、铁的释放,而硝酸根离子的存在则对此过程起明显抑制作用。     

铁氧化菌耐砷机制及其砷污染修复应用的研究进展

砷污染作为全球性环境问题已经引起了人们的高度重视。无机砷化合物可与铁氢氧化物络合通过共沉淀作用去除。因此,利用具有砷耐性的铁氧化菌氧化环境中的铁元素去除砷化合物具有潜在的应用前景。目前已有利用铁氧化菌去除环境中砷污染物的报道。用于砷污染修复的铁氧化菌必须有一定的砷耐性才能在含砷环境中行使功能。微生物是否具有砷耐性往往取决于基因,并且不同的菌株具有不同的生理特征,适宜不同砷污染环境的修复。本文通过对8株代表性的铁氧化菌砷耐性基因的总结,阐述其耐砷机制、研究概况及应用前景,以期为铁氧化菌用于除砷新技术的开发提供参考。     

砷在药用植物三七根部组织及其亚细胞分布特征

采用同步辐射X射线荧光分析(SRXRF)与亚细胞分布研究相结合的方法,从细胞组织微区及亚细胞分布层面首次揭示了药用植物三七(Panax notoginseng)受砷(As)的毒害作用。研究结果表明,三七根部的As元素多集中在表皮组织中,且有向维管束运转的趋势;细胞液是As主要富集的亚细胞组分,用20 mg·L~(-1)As处理的三七细胞液中As含量约为不加As的200倍;分析三七主根亚细胞组分的As含量与营养液As浓度的曲线拟合方程,确定了营养液As浓度直接影响细胞液组分的As含量;各组分所占比例从大到小表现为:细胞液细胞壁细胞质,20 mg·L~(-1)As处理的细胞液中砷含量约占三组分总量的65.78%,达到最高比例,细胞壁和细胞器中则始终维持较低的砷浓度。     

隐藏嗜酸菌Acidiphilium cryptum XTS的Cr(Ⅵ)还原特性及相关基因的差异表达

[目的]考察pH值、初始Cr(Ⅵ)浓度、Fe(Ⅲ)的加入及氧气含量对隐藏嗜酸菌Acidiphiliumcryptum XTS还原Cr(Ⅵ)的影响及其六价铬还原相关基因在不同培养条件下的差异表达.[方法]采用正交试验法L9(34)优选Cr(Ⅵ)还原最适条件;根据模式菌A.cryptum JF-5同源功能基因序列设计引物,对菌株XTS中的六价铬还原相关基因Acry_2099在不同培养条件下的基因差异表达进行分析.[结果]pH为2.9,初始Cr(Ⅵ)浓度为80 mg/L,Fe(Ⅲ)浓度为100 mg/L的条件是该菌株还原Cr(Ⅵ)的最优化配合比,在该条件下处理24 h,Cr(Ⅵ)的还原率达到67.48％;从菌株XTS中成功克隆了Acry 2099基因,其序列与模式菌A.cryptum JF-5的同源功能基因序列一致性达到了99.7％;在不同pH值、初始Cr(Ⅵ)浓度及氧气含量下Acry_2099基因表达上调情况与Cr(Ⅵ)还原速率呈一致趋势,证明Acry 2099很可能参与还原Cr(Ⅵ)的代谢途径.虽然加入Fe(Ⅲ)能促进Cr(Ⅵ)的还原,但是铁的加入对Acry 2099基因表达水平没有显著的影响.[结论]A.cryptumXTS对Cr(Ⅵ)的还原与pH值、初始Cr(Ⅵ)浓度、Fe(Ⅲ)的存在等因素有关,较低的pH和较高的初始Cr(Ⅵ)浓度对该菌还原Cr(Ⅵ)具有促进作用.     

活性污泥中Fe(Ⅲ)还原微生物的分离、鉴定及还原特性

采用平板分离法和柠檬酸铁还原实验法相结合,从城市污水处理厂活性污泥中分离获得Fe(Ⅲ)还原菌F7,经形态观察、生理生化和16S rDNA序列分析及同源性比对鉴定为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida).在不同柠檬酸铁浓度和不同pH条件下的实验表明,柠檬酸铁浓度为0.32g/L时,菌株生长情况较好,柠檬酸铁浓度为0.16g/L时,Fe(Ⅲ)异化还原比例较高;pH6.5时,菌株生长情况较好,Fe(Ⅲ)异化还原量较多.