农田土壤中重金属对抗生素抗性基因及细菌群落的影响

抗生素滥用及其诱导产生的抗生素抗性基因(ARGs)污染是环境领域研究的新兴热点,农田土壤成为ARGs的潜在储库,同时重金属的胁迫不仅对ARGs产生持续性选择压力,也显著影响土壤细菌群落结构和功能。本文重点综述了土壤中重金属对ARGs和细菌群落丰度、多样性的影响,进一步揭示重金属污染造成ARGs水平转移的风险,最后讨论了如今研究中的不足,并对抗生素与重金属的复合污染研究进行了展望,以期为重金属与ARGs防控政策的制定提供理论依据和科学支撑。     

天然水中优势菌胞外聚合物及其中主要成分对铅的吸附

研究了吉林省长春市南湖天然水环境中生物膜胞外聚合物及由其分离得到的胞外多糖和胞外蛋白对铅的吸附特性,讨论了时间、pH值、其它共存金属离子等对其吸附的影响;初步探讨了胞外多糖和胞外蛋白吸附铅的反应机理. 结果表明,3种吸附剂对铅的吸附量在pH=6时最大,分别为23.64、15.8和3.48 mg/g ;吸附体系均在6h以后达到吸附平衡;共存金属离子镉对铅的吸附有影响.胞外聚合物及其中的胞外多糖和胞外蛋白对铅的吸附过程符合Langmuir和Freundlich热力学方程.胞外聚合物中胞外多糖对铅的吸附所作贡献大于胞外蛋白.胞外蛋白的胺基、酰胺基,胞外多糖的羟基、酰胺基等是胞外聚合物吸附铅离子过程中起关键作用的化学基团.     

天然水优势菌胞外聚合物及主要成分对cd2+的吸附特征

利用原子吸收法,研究了长春市南湖天然水环境中生物膜优势菌种的胞外聚合物及其主要成分胞外多糖和胞外蛋白对Cd2 的吸附特性,讨论了时间、pH值、其它共存金属离子等对其吸附反应的影响。利用红外光谱分析法对吸附反应机理进行了初步探讨。结果表明,胞外聚合物、胞外多糖和胞外蛋白对Cd2 的吸附均在pH=6时吸附量最大;对Cd2 的吸附均在6 h以后达到平衡;共存金属离子如Pb2 对Cd2 的吸附有干扰。对Cd2 的吸附过程符合Langmu ir和Freund lich热力学方程。3种吸附剂对Cd2 的吸附能力为:胞外聚合物>胞外多糖>胞外蛋白。胞外蛋白的胺基、酰胺基,胞外多糖的羟基、酰胺基等在吸附Cd2 过程中是起关键作用的化学基团。     

革兰氏阳性电活性菌的电子传递及其应用

电活性菌将电子从胞内转移至胞外电子受体或者将胞外电子转移至胞内的过程为胞外电子传递,其在微生物群落间的电子传递及元素的地球化学循环过程中发挥重要作用。电活性菌的胞外电子传递研究前期主要集中于革兰氏阴性菌,由于革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的膜结构/厚度明显不同,因此二者的电子跨膜传递途径差异明显。革兰氏阳性菌因分布广泛且可在高温、低pH、高pH和高盐等环境中生存,其电活性和电子传递机制也逐渐引起关注。本文归纳总结了革兰氏阳性电活性菌的电子传递类型,基于厚壁菌门、放线菌门和绿弯菌门的分类阐述胞外电子传递的研究进展,分析了革兰氏阳性电活性菌在污染物降解、生物能源和工业制品合成等方面的应用,并展望了未来的发展方向。     

胞外DNA在生物膜构建中的作用研究进展

生物膜是指细菌为适应外界环境的变化而形成的特殊微生物聚合体,生物膜法是水的生化处理技术的重要分支,在环境工程领域具有重要的位置。本文综述了胞外DNA (extracellular DNA, eDNA)在生物膜形成过程中的作用,首先介绍胞外聚合物(extracellular polymeric substance, EPS)分类以及eDNA在EPS中的分布情况;其次阐述群体感应(quorum sensing, QS)系统调节eDNA在细菌中的释放;为说明eDNA在生物膜形成过程中的机理,本文采用了XDLVO理论揭示eDNA调节细菌的粘附和聚集性能,并探讨了eDNA与蛋白质(proteins, PN)及多聚糖(polysaccharides, PS)的结合行为;最后,对该领域未来的研究方向进行了展望。     

一种乳酸菌多糖对酸乳凝胶的影响机理

以乳酸菌菌株和由粘性乳酸菌分泌的胞外多糖为原料制备不同的酸乳凝胶, 并用电子显微镜和质构仪等手段对其微观结构和质构特性进行了观测. 发现在酸乳体系中, 中性乳酸菌多糖与乳酪蛋白是相斥的, 多糖对酸乳凝胶的影响主要是利用其自身分子形成的空间位垒, 干扰酪蛋白微球之间的相互链接方式, 从而动态影响酪蛋白微球立体网状结构的构建. 提出酸乳乳酸菌胞外多糖对酸乳凝胶结构的影响不仅与其分子大小及结构有关, 还与胞外多糖添加到酸乳体系中的方式、时间、速度、浓度有关. 进一步解释了酸乳制作中, 粘性发酵剂所能达到的效果不容易用直接添加增稠剂的方法替代的原因.     

乳酸菌胞外多糖结构解析的研究方法

乳酸菌胞外多糖具有免疫调节和抗肿瘤、改善食品质地和口感等多种独特的功能特性,其分子结构多样性是影响功能的主要因素之一。乳酸菌胞外多糖的结构解析是研究其功能性和构效关系的前提和基础。本文根据乳酸菌胞外多糖结构解析过程中的关键步骤,总结了乳酸菌胞外多糖的分离纯化、初级结构及高级结构解析技术方法的研究进展,讨论了化学分析、仪器分析以及计算机辅助技术等多元技术方法在乳酸菌胞外多糖结构解析领域的综合运用,并对乳酸菌胞外多糖的结构研究的发展前景进行了展望。     

NaClO原位清洗对膜生物反应器生物膜污染影响研究进展

膜生物反应器(MBR)的膜污染问题严重制约了该工艺进一步快速的商业化推广,全面认识NaClO原位氧化清洗对MBR生物膜污染的影响,对于开发新型膜清洗技术及MBR工程优化具有重要意义。本文从微生物胞外关键组分空间分布角度综述了NaClO原位清洗对生物膜污染及生物絮凝的影响,并探讨了生物絮体重构机制及强化生物絮凝的相关措施。最后,本文从减缓膜污染的角度,对该领域未来的研究方向进行了论述。     

电子穿梭体介导的微生物胞外电子传递:机制及应用

厌氧条件下微生物将电子传递给胞外电子受体的现象非常普遍,电子穿梭体(electron shuttle,ES)是介导胞外电子传递过程的重要途径之一,但其具体的机制尚未明晰。一部分微生物自身能分泌一些物质作为内生ES,另一部分微生物能利用天然存在或人工合成的某些物质作为外生ES,并将其携带的电子传递至微生物胞外电子受体。ES介导微生物胞外电子传递的基本过程为:氧化态电子穿梭体(ES_ox)接受电子变成还原态(ES_red),ES_red传递电子给胞外电子受体,自身再次氧化成ES_ox,从而循环往复。本文重点介绍不同种类ES及其电子穿梭机制,以及ES的分子扩散、氧化还原电势及电子转移能力对胞外电子传递过程的影响。ES介导的胞外电子传递过程直接影响污染物转化和微生物产电,因此在污染修复及生物能源等方面具有重要的应用前景。     

聚乙烯亚胺对重金属离子的吸附和应用

重金属离子的吸附和去除现阶段仍是水环境治理中的重要问题,寻找性能优异的吸附材料是修复重金属污染的关键。聚乙烯亚胺(PEI)由于其出色的阳离子特性被广泛应用于基因转染、造纸、催化、絮凝剂、染料固色剂、纤维改性、印染助剂、离子交换树脂等领域。作为新型吸附材料,PEI具有亲水性好、吸附容量大、配位速率快、选择性好、环境友好等优点,使其在金属离子检测与吸附去除方面有着大量的研究和应用。本文通过近年来国内外PEI吸附金属离子的研究,对其特性、吸附机理及改性应用进行简要综述,为拓展PEI应用前景及开发新型重金属离子检测与处理技术提供重要参考。     

蓝藻水华衍生的微囊藻毒素污染及其对水生生物的生态毒理学研究

富营养化导致的蓝藻水华频发,引发各种衍生物污染,严重时造成重大生态灾害事件,甚至危及人类健康。其中微囊藻毒素以其毒性大、分布广和结构稳定的特点,成为水环境中常见的潜在危害物质,它主要由微囊藻产生,是一类具有多种异构体的环状七肽物质。本文根据微囊藻毒素污染现状及其水生生态毒理学研究的最新研究进展,介绍了微囊藻毒素的理化性质及其产生、迁移和转化,在我国天然水体、水库源水和饮用水中的污染现状以及部分水产品中的微囊藻毒素累积情况,较全面地评述了微囊藻毒素的分子致毒机理以及对水生生态系统的重要组成成分--常见水生植物和鱼类的生态毒理学效应,并提出了该领域未来研究的主要方向。     

水环境中微塑料的样品采集与分析进展

微塑料在环境中难以降解,可在水体、沉积物等环境介质中长期存在,并在水生生物体内积累,成为人们高度关注的环境问题之一。有关水环境中微塑料的污染研究尚处于起步阶段,快速、高效、准确的检测技术是水环境中微塑料研究的重要环节,对于优化研究路线、分析研究结果、总结微塑料污染规律至关重要。本文结合国内外微塑料污染研究进展,介绍了微塑料污染现状,并通过对环境样品中微塑料的采样、预处理以及定性定量分析方法的系统比较,总结了现行各种检测方法的优缺点及各自应用范围,最后指出了进一步研究的方向。     

A review of ARGs in WWTPs: Sources,stressors and elimination

Antibiotic resistance genes (ARGs) in aquatic environments, which seriously endanger human health and ecological safety, have become a worldwide concern due to their easy diffusion and proliferation. Wastewater treatment plants (WWTPs), which receive resistant bacteria and ARGs from a wide variety of sources (i.e., livestock farms, hospitals, antibiotic manufactures, and households), are regarded as important emission sources of aquatic ARGs. This review presents a quantitative profile of the majority sources of ARGs in the influent of WWTPs and discusses the potential factors that affect the concentration distribution of ARGs. Specifically, a noteworthy existence of ARGs, which ranged from 1E + 05 to 1E + 11 copies/mL, was detected in livestock breeding wastewater, and household wastewater (caused by the unlimited utilization of antibiotics) was determined to be the predominant contributor of ARGs in WWTPs. We summarized the selective pressure on ARGs and determined the positive correlation of the concentration of ARGs and the existence of many containments, including antibiotics, heavy metals (Zn and Cu were frequently reported), quaternary ammonium compounds, etc. In the last section, physical, chemical, and biological treatments for the removal of ARGs and their effluent in WWTPs are discussed and prospective future studies are summarized.     

环境水体中酚类EDCs前处理技术及分析方法研究进展

环境内分泌干扰物(EDCs)是指干扰生物体内保持自身平衡和调节发育过程中天然激素的合成、分泌、运输、代谢、结合、反应、消除等生物过程的外源性化学物质,这类物质的存在会干扰人类和野生动物的内分泌系统,带来生殖障碍、发育异常、免疫功能减弱等问题。EDCs,尤其是使用最为广泛的酚类EDCs,在水环境中的污染特征研究已是当前科学界和公众共同关注的热点问题之一。环境样品基质非常复杂,使得痕量酚类EDCs的分析检测难度较大。该文对近年来环境水体中酚类EDCs的分析方法进行了综述,分别对样品前处理与检测分析技术进行了介绍,其中前处理技术包括样品萃取、样品净化和样品衍生化,检测分析技术包括化学分析和仪器分析。最后对酚类分析方法进行了展望。     

流动注射分析在环境水质重金属检测中的应用进展

重金属具有毒性大、不易被代谢、易被生物富集并有生物放大效应等特点,不但污染水环境,也严重威胁人类和水生生物的存在。近年来各类水环境中重金属污染日趋加剧,重金属的检测及处理方法有多种,而流动注射分析技术以其自动化程度高、分析速度快、精密度高、分析成本低等优点在水环境监测方面占有重要地位。介绍了流动注射在重金属检测方面的应用。     

Sample preparation,instrumental analysis,and natural distribution of complex organic pollutants in the wastewater from unconventional gas production

Large amounts of flowback and produced water (FPW) have been generated from hydraulic fracturing process for the production of unconventional gas such as shale gas. Complex organic pollutants are abundantly present in FPW with revealed toxicity to aquatic organisms and these contaminants may transfer into surrounding aquatic environment. Characterization and determination of complicated organic pollutants in FPW remains a challenge due to its complex composition and high salinity matrix. This review article covers the progress of recent 5 years regarding the sample preparation and instrumental analysis methods and thus summarizes the advantages and disadvantages of these methods for critical analysis of organic contaminants in FPW samples. Furthermore, the natural distribution of detected organic compounds and their transformation were reviewed and discussed to enhance the understanding of spatial and temporal behaviors of these organic pollutants in natural environment, paving the way for future development of pollution control policies and strategies. Enlightened by the studies of FPW contamination in the US, the investigations of FPW contamination in China continued to grow due to rapidly growing production of shale gas in China and resulted pollution.     

重金属蓄积对渔业水环境的胁迫

通过分析与讨论水环境中重金属的污染特征、在水生动植物体内的蓄积和对水生动植物的毒害作用,阐述了重金属污染水体对水生生物生长、发育和繁衍等生命活动的危害和影响。     

Dissimilarity of different cephalosporins on volatile fatty acids production and antibiotic resistance genes fates during sludge fermentation and underlying mechanisms

The distinct influences of cephalosporins (CEPs, i.e., cefamandole nafate and cefpirome sulfate) affiliated to different generations on the volatile fatty acids (VFAs) production and antibiotic resistance genes (ARGs) fates during waste activated sludge (WAS) fermentation were unveiled. The presence of CEPs mainly exhibited negative effects on the total VFAs production (5%–15% reduction), especially the cefamandole nafate, which is quite different to previous understanding. Further investigation revealed that the CEPs contributed to the solubilization and hydrolysis but inhibited the acidification process by affecting the functional microbial populations (i.e., Tissierella) and general microbial metabolic activities (i.e., pyruvate metabolism and VFAs biosynthesis). In addition, CEPs (especially the cefpirome sulfate) caused the propagation of ARGs (i.e., blaTEM, tetX and mexF) during WAS fermentation. CEPs enhanced the cell membrane permeability to promote the antibiotics mechanism of efflux pump and the horizontal transfer of ARGs. Also, the CEPs altered the regulatory systems (i.e., two component system) and microbial populations associated with ARGs, resulting in the proliferation of specific ARGs. Overall, the dissimilarity of different CEPs impacts on the WAS fermentation for VFAs production and ARGs variations enlightened the diverse environmental behaviors of anthropogenic pollutants and evoked the caution of ecological risks.     

Chemometrical approaches to evaluate analytical data from aquatic macrophytes and marine algae

The possibility of using aquatic macrophytes and algae as bioindicators of water pollution is investigated. The use of cluster analysis enables the treatment of the analytical data in a global way, revealing hidden clusters of similar behaviour between various biological species or sampling sites. A great number of species was collected from four rivers and fourteen coastal sites in Greece and were analysed for zinc, copper, cadmium, lead and manganese. The analytical data obtained were treated by hierarchical clustering, for marine algae and aquatic macrophytes separately.