肠道微生物对蔬菜中铬生物可给性的影响及人体健康风险评价

为更加全面、准确评估蔬菜中重金属铬(Cr)生物可给性及对人体健康风险的影响,本文利用生物原理提取法(physiologically based extraction test,PBET)联合微生物生态系统(simulator of human intestinal microbial ecosystem,SHIME)模拟实验,系统分析了贵州某铅锌矿区4种常见蔬菜(辣椒、芥菜、小白菜和甘蓝)在不同食用条件(生和熟)下Cr的含量变化,探究在肠道微生物影响下蔬菜Cr在不同消化吸收阶段(胃、小肠和结肠)中生物可给性差异,并对比了各消化阶段的膳食暴露风险.结果表明,4种蔬菜样品中Cr的含量(干重)表现为小白菜(13.86±7.33)mg·kg^(−1)>芥菜(9.84±1.79)mg·kg^(−1)>甘蓝(9.53±1.60)mg·kg^(−1)>辣椒(5.28±2.48)mg·kg^(−1);虽煮熟处理可显著降低4种蔬菜样品中的Cr含量(降低范围54.98%—63.44%,P<0.05),但生熟蔬菜样品中Cr含量仍超过国家食品卫生标准中的标准限值(GB 2762—2017:0.5 mg∙kg^(−1)).此外,研究发现结肠阶段中Cr的生物可给性最高,分别为成人:(22.56%±9.23%)—(36.04%±11.45%);儿童:(19.74%±8.26%)—(34.53%±10.82%),分别是小肠阶段的1.10—6.00倍和1.05—5.77倍,且蔬菜高温处理后增加了结肠阶段Cr的生物可给性(6.11%—21.51%).对比各消化阶段的危害商指数(HQ)发现,基于结肠阶段生物可给性计算的HQ累计概率较高,相比小肠阶段提高了约6.17%—62.12%,表明结肠阶段中肠道微生物作用下可增加蔬菜中Cr的生物可给性和提高人体健康风险.因此,在未来开展人体健康风险评估时,需综合评估不同食用条件下食物中重金属在结肠阶段中生物可给性的健康风险,以期为我国膳食重金属暴露的人体健康风险评估提供更多科学参考.

硫酸铜对关键食物链环节毒性作用的微宇宙模拟研究

水体富营养化及重金属污染是全球水生态系统的2个主要问题,但在受重金属及较高浓度氮(N)、磷(P)复合污染的水体中,重金属对水体富营养化进程中不同关键食物链环节的影响至今未明。通过构建复合污染水体中生产者-初级消费者-次级消费者的微宇宙实验体系进行单向多级围隔试验,研究了不同浓度Cu^(2+)在高浓度N、P条件下对水体富营养化进程中系统内“斜生栅藻—隆线溞—斑马鱼”3个关键食物链环节的环境生物效应,分析不同试验阶段体系内藻密度(O_(484))与叶绿素a(Chl a)、水体COD_(Cr)值与浊度、隆线溞与斑马鱼的存活、摄食活动及死亡率等变化规律。结果表明:(1)高浓度N、P条件下,低浓度Cu^(2+)(0.01 mg·L^(-1))明显促进体系中藻的生长,而对隆线溞和斑马鱼均无明显影响,但围隔内隆线溞对藻的滤食消减使藻的数量始终处于较低水平(试验结束时藻密度为0.041)。(2)高浓度N、P条件下中浓度Cu^(2+)(0.04 mg·L^(-1))的存在对体系内斑马鱼尚未产生明显急性毒性,但对同体系中的隆线溞显示出较强生物毒性(死亡率达80%),尚未死亡的少量个体显示活动能力及滤食能力显著减弱,在高浓度N、P刺激下水生态系统形成斜生栅藻占绝对优势的重度富营养化现象(试验结束时Chl a达874.7μg·L^(-1))。(3)高浓度N、P条件下高浓度Cu^(2+)(0.16 mg·L^(-1))的存在,导致体系内隆线溞在试验开始后全部死亡,且斜生栅藻也受到一定毒害(O_(484)降为0.035),此时的斑马鱼尚未受明显毒害,且受到一定毒害作用的斜生栅藻在试验第5天时开始适应恢复并逐渐显现出水色浓绿的富营养化特征(试验结束时Chl a为378.04μg·L^(-1))。这说明在无毒害物质或少量毒害物质存在条件下,健全的水生生态系统能消纳高浓度N、P带来的胁迫而不易发生富营养化,但在受高浓度N、P复合污染的水体中,毒害物质的输入将是造成体系中敏感性关键性食物链环节(如初级消费者)断裂及生态系统崩溃、继而导致富营养化进程加剧的关键性因素,在水体环境生态治理与污染物环境风险评价中需要引起足够重视。

复合人工湿地对陆基水产养殖废水中氮磷的净化及其微生物群落特征

高密度陆基水产养殖外排废水中的氮(N)、磷(P)浓度往往远高于传统的塘库养殖而对周边环境带来更大的压力。为探究复合人工湿地系统对陆基水产养殖外排废水中N、P的净化效果及其微生物群落特征,本文以“高效生态浮床单元-垂直流人工湿地单元-沉水植物池单元”三级不同类型湿地单元构成的复合人工湿地系统为研究对象,研究不同干湿交替时间下该系统对模拟高密度陆基水产养殖外排废水中N、P的净化效果,并揭示系统内各湿地单元植物根系和填料中微生物群落的结构特征。结果表明,复合人工湿地系统在不同干湿交替时间下对NO_(3)^(-)-N、NO_(2)_(-)-N、NH_(4)^(+)-N、TN、TP的平均去除率分别为99.04%~99.43%、98.72%~100%、93.89%~95.26%、92.23%~98.60%、56.85%~77.50%。各湿地单元植物中不同类型植物分析结果表明,高效生态浮床单元中巨菌草的根系活力、POD酶活性、生物量均明显优于垂直流人工湿地单元中的美人蕉和沉水植物池单元中的狐尾藻(P<0.05),且植物中N、P含量呈现沿流向逐级减少的趋势,与各湿地单元排水中的污染物浓度所呈现的逐级降低的规律相一致。各湿地单元N、P去除途径的分析结果表明,一级单元微生物作用(74.42%)和一级、二级单元填料吸附(13.05%和38.70%)分别是N和P元素的主要归趋途径。各湿地单元植物根系和填料中微生物群落分析结果表明,植物根系及填料微生物的共同优势菌门主要有Proteobacteria、Chloroflexi、Actinobacteria、Bacteroidetes。属水平上各级湿地单元存在的优势菌属存在明显差异,其中生态浮床单元优势菌属相对丰度最高,主要有Chloronema、unclassified_p__Chloroflexi、Candidatus_Competibacter等。基于FAPROTAX数据库功能预测结果表明,各湿地单元植物根系和填料中化能异养型(12.43%~27.19%)和好氧化能异养型(10.11%~26.46%)细菌功能群占优势,且氮循环相关功能的发现表明细菌在复合人工湿地系统除氮过程中起着关键作用。以上结果说明,经不同类型湿地单元功能菌群与湿地植物的协同作用,可使该系统对高密度陆基水产养殖外排废水中的特征污染物N、P具有较好的生态净化效果。

氧环境改变对陆基循环水养殖鱼粪碳、氮、磷释放特征及细菌群落的影响

为探究氧环境改变对陆基循环水养殖系统(RAS)中鲈鱼粪氮(N)、磷(P)、溶解性有机质(DOM)释放特征及鱼粪细菌群落多样性的影响,采用室内模拟的方法,分析氧环境(好氧、厌氧)改变对鱼粪及其上覆水理化性质及鱼粪细菌群落特征的影响,并揭示其间的相关关系。结果表明,第1~16天,厌氧处理上覆水中NH_(4)^(+)-N、TP、COD和TOC质量浓度明显高于好氧处理,在第16~33天,NH_(4)^(+)-N质量浓度持续增加、TP质量浓度低于好氧处理组、COD和TOC质量浓度降低但仍高于好氧处理。三维荧光光谱表明,氧环境改变下上覆水DOM主要成分是蛋白质、腐殖质类物质,但厌氧条件下各组分含量均较高。细菌群落分析表明,不同处理鱼粪细菌群落相对丰度存在差异,优势菌门为Proteobacteria、Firmicutes、Actinobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi,相对丰度均大于5%;厌氧处理组优势菌属为Acinetobacter、Clostridium_sensu_stricto_13、Propioniciclava、Ornithinibacter,好氧处理组优势菌属为Acinetobacte、Kurthia、Comamonas、Propioniciclava。细菌群落聚类特征与环境因子相关性表明,随反应时间增加,氧环境改变下细菌群落结构趋于相似;厌氧处理下DOM(C1、C2、C4)、反应时间、COD、TOC、鱼粪TN、鱼粪TP、NO_(3)^(−)-N是影响细菌属的关键环境因子,好氧处理下仅有部分细菌属与反应时间、EC、DOM(C1、C2、C4)、NH_(4)^(+)-N具有显著相关性(P<0.05)。厌氧处理能够显著影响鱼粪及上覆水的理化性质,促进氮、磷及有机质释放,并在一定程度上影响细菌群落结构和多样性,其次是好氧处理。