基于群体感应的生物膜技术在土壤污染修复中的应用与展望

生物膜修复技术凭借其高效性、安全性和经济性,已被广泛应用于土壤中难降解污染物的去除。其中,群体感应效应在生物膜修复过程中起着至关重要的作用。群体感应是微生物普遍存在的细胞间通讯形式,有助于生物膜内不同细菌种内/种间的信息交流,使微生物能够在“群体水平”上相互协作,能够调控生物膜胞外聚合物的生成以及对污染物的吸附固定与降解。本文在简要介绍生物膜和群体感应的功能和作用基础上,结合近年来群体感应调控生物膜形成以及对污染物的降解基础上,综述了群体感应在生物膜修复技术中的应用,最后对生物膜群体感应系统在污染土壤修复中的工程化设计进行了展望。

降解菌Pseudomonas sp. AT2对莠去津胁迫下水稻生长的影响机制

农田土壤中残留的莠去津易对后茬敏感作物造成药害,利用功能微生物调控作物中残留莠去津降解是缓解其药害的有效方式。本研究分析了水稻根际微生物群落及土壤中莠去津降解基因对莠去津胁迫的响应,并从水稻根际土壤中分离出一株莠去津降解菌Pseudomonas sp.AT2,通过盆栽试验探究了莠去津胁迫下菌株AT2对水稻生长及莠去津降解的影响机制。结果表明:莠去津胁迫可显著改变水稻根际细菌的群落结构,并提高根际土壤中莠去津降解基因TrzN、AtzB和AtzC的丰度。莠去津胁迫下,接种降解菌AT2组水稻的株高、根长、干重和叶绿素含量均显著增加,MDA的积累减少,说明AT2可缓解水稻的氧化胁迫损伤;接种降解菌AT2处理组土壤和水稻中莠去津含量分别比对照降低了14.9%和47.1%~57.5%,说明AT2促进了土壤及水稻中莠去津的降解。另外,莠去津胁迫下,接种AT2还可诱导水稻中莠去津降解基因的上调表达,表达量为未接菌对照组的1.3~2.7倍。研究表明,根际接种降解菌株能激活水稻体内降解基因的表达,促进“土壤-水稻”体系中莠去津的降解,缓解环境中残留莠去津对水稻的毒害作用。

土壤中抗生素抗性基因的环境行为与阻控研究进展

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的传播威胁着生态环境安全和人体健康,已成为一个全球性的问题。土壤中抗生素抗性基因的分布、来源、扩散传播以及消减技术已成为一个研究热点。本文在简要介绍自然环境和受人类活动干扰土壤中抗生素抗性基因分布水平的基础上,分析了土壤中抗生素抗性基因的主要来源,剖析了抗生素抗性基因由土壤向其他环境介质(水、植物)传播的规律及其影响因素,如土壤理化性质、农艺调控和环境中污染物等。进而探讨了环境中各种生物和非生物因素对土壤中抗生素抗性基因持久性的影响和环境中抗生素抗性基因的消减技术,包括好氧堆肥、厌氧发酵、水处理工艺等。最后,提出遵循“大健康(One Health)”准则,以跨学科的方法控制抗生素抗性基因在环境中的传播,以更全面地将抗生素抗性基因对人类的健康风险降低至最低水平。

不同温度玉米秸秆生物炭对萘的吸附动力学特征与机理

通过批平衡实验,研究不同剂量热解温度(300、400、500、600℃,记作C300、C400、C500、C600)玉米秸秆生物炭对萘的吸附动力学特征与机理。同一热解温度下生物炭投加剂量为10 mg时对萘的平衡吸附量大于50 mg。热解温度对生物炭吸附萘的影响也不同,投加剂量为10 mg时,萘的平衡吸附量为C400>C300>C600>C500;剂量为50 mg时,C300、C400和C600的平衡吸附量相近,而C500的平衡吸附量最低。生物炭对萘的吸附动力学数据随时间的变化可以用假二级动力学方程很好地拟合,表明生物炭对萘的吸附是复杂的,并不是单一的单层吸附。用颗粒内扩散模型和Boyd模型分析,发现液膜扩散以及颗粒内扩散均影响吸附过程,且液膜扩散为限速因素。

基于广泛靶向代谢组学的葡萄种子代谢物鉴定与比较分析

【目的】葡萄种子因富含多种代谢产物而具有较高生物活性。全面鉴定葡萄种子中代谢物组分,比较分析不同品种间代谢物差异,探讨葡萄种子代谢物与果皮颜色和品种起源之间的关系,为深入开发和利用葡萄种子提供参考依据。【方法】以紫红色欧美种葡萄‘巨峰’、浅红色欧亚种葡萄‘魏可’和黄绿色欧亚种葡萄‘黄意大利’成熟期种子为材料,利用超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)进行广泛靶向代谢组学分析,采用多元统计学等方法鉴定和比较代谢物。【结果】代谢组学数据质量好,组内样品重复性较好,组间样品存在差异。3个葡萄品种种子中共检测到514个代谢物,包括氨基酸、脂类等6类初生代谢物和原花青素、白藜芦醇等20类次生代谢物。不同品种间代谢物种类相似,但含量差异显著。大多数代谢物的相对含量在深色品种‘巨峰’种子中较高,在浅色品种‘魏可’种子中次之,在无色品种‘黄意大利’种子中较低,表明葡萄种子代谢物含量可能与果皮颜色呈正相关。‘魏可’和‘黄意大利’种子代谢物的相对含量较为相近,而均与‘巨峰’种子代谢物的相对含量差异较大,表明葡萄种子代谢物含量可能与品种起源有关。不同葡萄品种间的差异代谢物主要涉及苯丙烷生物合成、花青素合成和脂类代谢等途径。差异代谢物中酚类物质较多,且差异倍数最大的代谢物以类黄酮为主。葡萄种子中酚类和脂类物质种类非常丰富,除了单体黄烷-3-醇及其聚合物外,黄酮和黄酮醇等酚类物质的相对含量也较高;白藜芦醇在3个品种间没有显著差异;溶血磷脂酰胆碱等甘油磷脂含量较高,亚麻酸含量较低,不同品种间脂类物质的相对含量差异较小。【结论】不同葡萄品种种子中代谢物种类类似,但含量与果皮颜色和品种起源有关。酚类和脂类物质是葡萄种子代谢物的重要组分,可作为食品等加工行业的良好来源。

沙培体系下植物和生物质炭对胞外DNA残留的影响

为了研究植物和生物质炭对抗性DNA在土壤中残留变化的影响,采用沙培生菜盆栽实验,以小牛胸腺DNA为模拟抗性DNA,测定在栽培生菜和添加玉米秸秆炭处理中DNA的含量随时间的变化。结果表明:沙培期间,所有处理(对照、生菜栽培、添加玉米秸秆炭、生菜玉米秸秆炭联合处理)中,DNA的含量均呈先快速下降,之后趋于平稳的趋势。相比对照,种植生菜使DNA在快速减少后小幅增加,仅添加生物质炭的处理在培养期间DNA含量均低于对照。植物可能通过根系影响微生物量增加DNA,玉米秸秆炭可能通过吸附作用减小DNA的含量,种植生菜或添加玉米秸秆炭减缓DNA降解速率的机制可能不同。该结果为抗性DNA和抗性基因在土壤植物中迁移和传播阻控研究提供了采样时间的依据,有利于科学评价抗性基因迁移风险,但植物和玉米秸秆炭对DNA变化的影响和机制需进一步研究。

5-氨基乙酰丙酸处理对葡萄果实品质及相关基因表达的影响

[目的]本文旨在探讨5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)处理对葡萄果实可溶性糖和花色苷含量以及相关基因表达的影响,为5-ALA在鲜食葡萄生产中应用提供理论依据。[方法]以16个鲜食葡萄品种为试材,在膨大期果实表面喷施100 mg·L^(-1)5-ALA溶液,以清水处理为对照,测定果实发育过程中外观色泽指数、可溶性固形物、可溶性糖、花色苷含量等生理指标及相关基因表达水平的变化。[结果]5-ALA处理能诱导‘巨玫瑰’等大多数葡萄品种提前转色,果实色泽指数增加,果肉中可溶性固形物和可溶性糖含量显著增加,果皮中总花色苷含量以及锦葵色素等花色苷组分含量显著增加。基因表达分析结果显示,5-ALA处理能促进大多数葡萄品种果肉中酸性转化酶(AI)和中性转化酶(NI)基因表达水平增加,抑制蔗糖转运蛋白(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因的表达,进而提高葡萄果肉可溶性糖含量;并且5-ALA处理的不同葡萄品种果皮中查尔酮合酶(CHS)、UDP-葡萄糖类黄酮-3-O-葡萄糖转化酶(UFGT)、无色花青素双加氧酶(LDOX)等基因表达水平增加,进而促进葡萄果皮花色苷积累。[结论]外源喷施100 mg·L^(-1)5-ALA不仅能促进果肉中糖分积累,提高果实内在品质,还能促进果皮中花色苷积累,改善果实外在品质。

不同载体材料固定Sphingobium sp.PHE3对溶液中菲的降解研究

为探究不同载体材料对微生物降解菲的影响,以蒙脱石、针铁矿、玉米秸秆炭为载体,采用吸附挂膜法对菲降解菌株(革兰氏阴性菌鞘脂菌PHE3)进行固定化,并应用固定化微生物降解溶液中的菲。根据扫描电镜结果,该菌株在玉米秸秆炭载体表面附着生长数量最多,形态最优。添加蒙脱石和玉米秸秆炭显著(P<0.05)提高了微生物对菲的降解率,加快了菲的微生物降解速率,同时促进了细菌胞外聚合物(EPS)中多糖和蛋白质产量的增加,但添加针铁矿对菲的微生物降解和EPS的产生促进作用较弱。此外,鞘脂菌PHE3在形成生物膜的过程中可能有群体感应现象发生,能够分泌信号分子C_(8)-HSL和C_(12)-HSL,可能在一定程度上调控EPS的生成和污染物的降解。

土壤提取液中酰基高丝氨酸内酯的气相色谱-质谱检测方法优化

建立并优化了利用气相色谱-质谱（Gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）检测酰基高丝氨酸内酯（Acyl-homoserine lactones,AHLs）的分析方法。通过优化升温程序,采用选择离子检测（m/z 143）,可同时检测7种AHLs（C4、C6、C7、C8、C10、C12和C14）,检出限分别为1.50、2.00、1.50、2.00、2.00、2.50和2.50μg l-1,在2.0 mg l-1浓度范围内均呈线性关系（R2〉0.997）。加标回收率实验表明,采用乙酸乙酯萃取,水中7种AHLs的回收率均在54%~97%之间;不同比例的土水体系中,砖红壤和黄棕壤提取液中AHLs的回收率均在56%~108%之间。不同介质中AHLs回收率与其Log P值（P：AHLs在正丁醇和水溶液中的分配比）及水溶解度对数均显著相关,表明采用乙酸乙酯萃取水和土壤提取液中的AHLs时,回收率主要与AHLs的Log P值和水溶解度有关。采用该方法对土壤提取液中AHLs进行测定发现砖红壤和黄棕壤提取液中7种AHLs的浓度分别为3.8~8.7μg l-1和4.2~9.8μg l-1。因此,不仅对于水溶液,土壤提取液等复杂介质中的AHLs也可以采用乙酸乙酯萃取后GC-MS进行分析测定。

信号分子N-酰基高丝氨酸内酯分析方法研究进展

细菌能自发产生、释放特定的信号分子,并感知其浓度变化,调节微生物的群体行为,这一调控系统称为群体感应。革兰氏阴性菌的群体感应一般由N-酰基高丝氨酸内酯(Acylhomoserine lactones,AHLs)这类信号分子介导。在简要总结AHLs分子及其衍生物结构的基础上,结合近年来国内外研究进展,对AHLs的提取、鉴定和检测等分析测试方法进行了综述,旨在为建立土壤中AHLs的检测方法以及深入研究AHLs信号分子在土壤中的环境行为奠定基础。

土壤中10种多溴联苯醚的加速溶剂-固相萃取净化方法优化研究

建立了土壤中10种多溴联苯醚（PBDEs）的加速溶剂萃取-固相萃取净化-气相色谱分析测定方法。采用加速溶剂萃取（ASE）技术对土壤中10种PBDEs进行提取,并对4种萃取体系（正己烷、正己烷-丙酮（4∶1,V/V）、正己烷-丙酮（1∶1,V/V）、正己烷-二氯甲烷（1∶1,V/V））进行优化;采用固相萃取（SPE）技术对样品进行净化,制备了10种不同填料的SPE柱,通过洗脱实验和加标回收率实验对各SPE柱的净化性能进行对比筛选。最终优化条件为正己烷-丙酮（4∶1,V/V）体系提取,酸性硅胶柱净化。在优化条件下,10种PBDEs的回收率为74.4%~125.2%,相对标准偏差为4.4%~14.4%,方法检出限为0.04~0.22 ng/m L。本方法简单、快速、净化效果较好、重现性和回收率良好,可用于土壤样品中PBDEs的分析。

碳纳米管负载双金属复合材料对水中2,2',4,4'-四溴联苯醚的去除机制

采用浸溃法制备了碳纳米管负载镍镧(Ni-La)/镍钴(Ni-Co)双金属复合材料Ni-La/CNT_s和Ni-Co/CNTs,采用投射电子显微镜(TEM)和X射线粉末衍射仪(XRD)对样品的结构特征和组成进行了表征。并通过吸附实验探讨了Ni-La/CNTs和Ni-Co/CNTs对水中2,2',4,4'.四溴联苯醚(BDE-47)的去除性能和去除机制。结果表明:Ni-La/CNTs和Ni-Co/CNTs表面负载了Ni-La或Ni-Co双金属粒子,主要是金属氧化物,并没有检测到明显的金属单质信号。Ni-La/CNTs和Ni-Co/CNTs对BDE-47均具有良好的去除性能;增大BDE-47的初始浓度,2种材料对BDE-47的吸附速率减小,而吸附量增大。准二级动力学方程能够较好的拟合BDE-47在Ni-La/CNTs和Ni-Co/CNTs上的吸附动力学过程,吸附速率常数大小顺序为:k_(CNTs)>K_(Ni-La/CNTs)>K_(Ni-Co/CNTs。CNTs对BDE-47的去除机制是吸附作用;而Ni-La/CNTs和Ni-Co/CNTs2种双金属复合材料对BDE.47的去除过程中,除了吸附作用占主要作用外,同时还存在一定的降解作用。Ni-La/CNTs和Ni-Co/CNTs重复使用4次后,对水中BDE-47的去除率仍超过80%,表明2种复合材料具有较好的重复使用性能。