生物炭对重金属钝化及抗性基因的影响

探究了玉米秸秆生物炭(CB)和水稻壳生物炭(HB)对猪粪厌氧消化过程中重金属钝化和抗性基因削减的影响,并解析了影响抗生素抗性基因(ARGs)迁转的主要因素.研究发现,添加CB和HB后,促进了Cr,Cu,Pb和Zn转化为更稳定的金属形态,且投加HB有更优的重金属钝化效果.添加CB和HB均能降低ARGs的丰度,胞外抗性基因(eARGs)的去除率较高,约为55.6~98.3%,具有更大比表面积的HB能吸附更多eARGs.胞内抗性基因(iARGs)的变化受生物炭影响较小,iARGs的削减主要与宿主菌的去除相关.微生物群落结构(λ=0.83,P<0.01)和MGEs(λ=0.60,P<0.05)是影响ARGs改变的主要因素.添加生物炭没有直接影响ARGs迁转(λ=0.29,P>0.05),投加生物炭可减轻消化系统中的重金属选择性压力,从而间接促进ARGs的去除.

基因工程改良植物重金属抗性与富集能力的研究进展

基于分子水平上对植物吸收、解毒、忍耐以及超富集重金属的几个关键步骤的认识 ,以及一些功能基因相继在细菌、酵母、植物和动物中被分离、鉴定 ,近年来 ,人们利用转基因技术提高植物重金属抗性和富集能力方面已获得进展 ,一些功能基因 (如gsh1,MerA和ArsC)及其工程植物已显示出植物修复产业化潜力。特别对转基因技术所采取的分子生物学途径、达到的效果以及存在的问题进行了详述 。

1株抗重金属铬细菌的分离、鉴定及抗性基因型的初步研究

从湖北省某重金属矿区土壤中分离到1株抗Cr6+(Ⅵ)的菌株,命名为MDS07。该菌株可以在含12mmol/L的Cr6+(Ⅵ)培养基上正常生长。经对该菌株进行形态观察和16S rDNA序列比对分析,确认该菌株为巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium。通过构建系统发育树,分析了该菌在系统发育中的地位。对MDS07进行了重金属抗性谱研究,结果表明该菌株对Cr、Zn、Ni等重金属具有较高的抗性。进一步研究发现,MDS07菌株同时含有chrB、czcD和nccA等基因,它们分别具有Cr、Zn、Ni等重金属抗性,表明MDS07菌株的重金属抗性是由抗性基因引起的。

转MT-like基因衣藻的重金属结合能力与抗性特征分析

通过对转MT -like基因衣藻和其野生品系的比较分析 ,发现转基因藻株对重金属镉和铜的结合能力及抗性均有大幅提高 .在重金属结合能力方面 ,低浓度 (5～10 μmol/L)的镉溶液中 ,转基因藻重金属结合量是野生株的 1.5倍左右 ,而相对高浓度 (30～ 5 0 μmol/L)的镉溶液中 ,由于重金属对藻细胞的毒害作用 ,使两者的差异不明显 .在重金属铜和镉的抗性方面 ,转基因藻表现出明显高于野生藻株的抗性特征 .用转基因藻去处理含铜的工业废水 ,结果发现转基因藻的处理效率可以提高 10 %以上 .这说明DNA重组技术对提高藻类的废水处理效率方面具有较大的潜力 .

小鼠金属硫蛋白基因在丝状体蓝藻中的表达及对重金属抗性的提高

应用蓝藻类金属硫蛋白启动子（ｓｍｔＯＰ）的金属诱导性，在丝状体蓝藻鱼腥藻（Ａｎａｂａｅｎａｓｐ．ＰＣＣ７１２０）中表达具有更高金属结合能力和对Ｃｄ２＋有选择特异性的小鼠金属硫蛋白基因（ｍＭＴⅠｃＤＮＡ）。构建穿梭表达载体ｐＫＴＭＲＥ并在大肠杆菌ＨＢ１０１中扩增，经三亲接合转移、链霉素筛选、ＤＮＡ和蛋白质印迹等方法鉴定得到稳定的转基因工程蓝藻。转基因蓝藻对金属离子吸附能力和较高重金属浓度下放氧活性测定表明，外源基因的表达提高了蓝藻对重金属离子的抗性，是野生蓝藻的１．５～２．０倍。

大连典型滩涂养殖区沉积物中抗生素协同重金属和环境因素对抗性基因分布的影响

集约化水产养殖区是水环境中抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的重要储存库。为探究养殖区抗生素、重金属和环境因素对ARGs分布的影响,以大连皮口典型滩涂养殖区为研究区域,利用实时定量PCR技术,于2016年3、6、9、11月考察了沉积物中15种ARGs和2种整合子的存在和丰度,以及抗生素、重金属和环境理化特征对ARGs的影响。结果表明:13种ARGs和2种整合子在滩涂养殖区沉积物中普遍存在,其浓度范围的对数[lg(copies/g)]为1.57~5.94,其中qnrA、qnrB、qnrS、sul1、sul2、floR和fexA是检出的优势ARGs;滩涂养殖区沉积物年季的pH、盐度、总氮、总磷、总氨氮和总有机碳含量分别为8.10~8.69、25.1~26.7、8.602~10.580、0.335~0.482、1.659~1.792、16.447~16.666 g/kg,铜、锌、铬、镉、铅和汞浓度范围分别为16.456~23.509、60.141~93.478、1.140~1.740、0.120~0.143、23.274~27.075、0.019~0.037 mg/kg;沉积物中共检出抗生素15种,氟喹诺酮类抗生素(FQs)是检出的最优势类型,其中6种FQs全部检出,检出总浓度范围为4.682~78.368 ng/g;皮尔森相关性分析显示,抗生素对ARGs的存在和分布起到直接或间接筛选作用,重金属Cu和Zn与ARGs的丰度呈极显著正相关(P<0.01),而pH、盐度、Cr和Pb与ARGs呈显著负相关(P<0.05或P<0.01);典范对应分析显示,抗生素协同重金属和环境因素的联合筛选是养殖区沉积物中ARGs存在和分布的关键因素。研究表明,抗生素抗性基因qnrS和sul1可作为示踪滩涂养殖环境中ARGs的污染指示基因。

紫羊茅重金属抗性和敏感品种中类金属硫蛋白基因的鉴定及表达初探

重金属对生命机体的作用具有双重性。一方面,作为多数辅酶的辅助因子对细胞的正常代谢必不可少;另一方面,当重金属超过一定的浓度时对细胞有较大的毒性。在长期的进化过程中,生物可能形成一种调节细胞内重金属浓度的机制。这种机制在动物和真菌中被认为同金属硫蛋白(metallothionein,MT)的作用密切相关。植物中也存在类似的与重金属结合的低分子量蛋白(heavy metal binding pep-tide)。最近对拟南芥菜和水稻中类金属硫蛋白(MT-like)基因的研究证实其作用与动物MT相似。紫羊茅品种“Merlin”是一种从锌铅矿区的重金属污染地采集的单子叶草种,对镉和铜的抗性都较高,分别达到50mg/L和30mg/L,而5mg/L Cd^(2+)或2mg/L Cu^(2+)便可抑制敏感品种“S59”的正常生长。

不同工艺对生猪屠宰废弃物中抗生素、重金属及其抗性基因去除效果分析

为了研究屠宰废弃物各处理工艺对抗生素、重金属、抗生素抗性基因和重金属抗性基因的去除效果,试验采用原子吸收光谱法、原子吸收分光光度法、液相色谱-串联质谱法和实时荧光定量PCR法分别检测屠宰废弃物中抗生素、重金属、抗生素抗性基因和重金属抗性基因在各屠宰废弃物处理环节中的变化情况。结果表明:堆肥可以有效地处理猪粪中抗生素、抗生素抗性基因和重金属抗性基因的残留;厌氧沼气池工艺可以有效降低屠宰废水中抗生素、抗生素抗性基因和重金属抗性基因的绝对含量,但抗生素抗性基因的平均相对丰度均呈上升趋势;潜流人工湿地工艺对屠宰废水中锌含量降低作用明显,对于低含量抗生素抗性基因和重金属抗性基因处理效果并不理想,反而会增加抗生素抗性基因和重金属抗性基因的绝对含量和平均相对丰度;氧化塘工艺可以有效降低屠宰废水中抗生素抗性基因和重金属抗性基因绝对含量,其中对于tetB、tetC、ermC、ermB和ermF基因去除效果较好,但sul1、sul2基因平均相对丰度上升趋势明显;表面流人工湿地工艺可以有效降低抗生素抗性基因和重金属抗性基因绝对含量。说明不同的处理工艺流程对于抗生素、重金属、抗生素抗性基因和重金属抗性基因处理效果不同,堆肥、表面流人工湿地工艺对于抗生素、重金属及其抗性基因去除效果较好,潜流人工湿地、氧化塘工艺对于抗生素抗性基因和重金属抗性基因存在累积风险的可能。

环境中重金属暴露对抗生素抗性基因演变影响研究进展

抗生素抗性基因(ARGs)已被列为环境新兴污染物,其污染散播和环境演变已成为生态环境领域的关注焦点和研究热点。重金属因其不可降解性,可在自然环境中稳定存在,具有长期生物可利用度,对ARGs会产生持续性选择性压力影响。综述了细菌在抗生素、重金属,以及二者协同作用条件下的不同抗性机制,重点探讨了重金属对ARGs存在丰度和水平转移等环境行为的过程影响。结果表明:多种重金属及其化合物会对ARGs的丰度和水平转移产生影响,根据重金属的种类以及浓度不同可能会产生不同的影响结果;重金属影响ARGs水平转移主要是通过影响细胞分泌胞外聚合物(EPS)、改变细胞膜通透性以及影响基因表达等方式,不同种类的重金属可通过不同的方式影响ARGs的水平转移。虽然目前关于重金属对ARGs环境行为的过程影响已有较多研究报道,但是针对重金属对ARGs影响的内在机制以及不同环境介质中重金属对ARGs丰度和水平转移的协同选择作用有待进一步的研究。

植物重金属抗性基因挖掘和作用机制研究进展

长期生长在重金属环境中的植物为了更好地适应土壤中重金属的胁迫,进化出一套调控机制来响应重金属的胁迫。主要从有关抗重金属品种发现、抗性基因的挖掘以及遗传机制等方面对近年来的研究展开评述。在抗性基因的挖掘中发现,植物间呈现出不同的抗重金属能力,该能力由基因转录的蛋白控制,这些抗性基因的利用在抗性品种的选育和污染土地的修复等方面具有重要价值。此外,对抗性基因的挖掘手段进行一定的展望。

畜牧场土壤中重金属与抗生素抗性基因的分布规律研究

为研究畜牧场土壤中重金属和抗生素抗性基因(ARGs)的空间分布特点,揭示二者之间的相关性,为后续特色黑土的修复治理提供基础理论依据。结合GIS优化布点,在黑龙江省大庆市杜尔伯特蒙古族自治县某畜牧场园区分别采集内部10 cm和50 cm深度的土壤。采用原子吸收光谱仪和原子荧光分光光度计检测8种重金属含量,用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对重金属进行污染评价;通过实时荧光定量PCR技术检测土壤中的28种ARGs,运用Pearson分析重金属与ARGs的相关性,同时对二者之间的相似性进行聚类分析。10 cm和50 cm土壤的单因子污染指数分析显示,As均属于重度污染等级(P i>3),其他7种元素属于安全等级(P i≤1),内梅罗综合污染指数均属于重度污染等级(P综>3)。28种ARGs污染分布差异较大,除β-内酰胺类ARGs随土壤深度的增加污染程度呈增大的趋势,其余都呈减小的趋势;50 cm土层中blaTEM的相对丰度较高,约为0.65拷贝数/16S rRNA基因拷贝数。相关性分析表明,杜蒙园区土壤中sul2与tetX、tetR、tetW、tetC和tet34分别与重金属Cr、As、Pb和Cd存在一定程度的相关性(P<0.05);重金属污染程度较重的As和Cr对ARGs的选择压力相似。畜牧场中重金属污染严重,ARGs污染水平亟待推行评价标准,为后续恢复受污染的特色黑土的生态功能提供依据。

微生物抗重金属毒性研究进展

不少重金属是微生物正常生长的必需元素 ,但是当重金属在菌体内浓度过高时 ,会对菌体产生毒性。微生物可通过细胞的表面富集与细胞膜成分的改变减小毒性的破坏 ,在重金属进一步的诱导下 ,菌体会产生由结构基因与调节基因组成的抗性基因 。

重金属介导的抗生素抗性基因接合转移研究进展

抗生素抗性基因(ARGs)在人类-动物-环境之间的跨界面传播和聚集已成为公共卫生和环境生态系统的主要问题,ARGs和携带这些基因的可移动遗传元件(MGEs)已被视为新出现的环境污染物。环境重金属介导的ARGs水平转移增加了ARGs在本土微生物中富集的潜在风险。目前,研究重金属及其它新污染物诱导的ARGs水平转移已成为环境及其相关学科领域的研究热点。该文综述了重金属作为共选择剂对环境中ARGs接合转移的影响,重点从分子生物学角度分析了重金属引起ARGs接合转移增加的相关机制。重金属介导的ARGs接合转移是ARGs丰度增加的主要原因,重金属引起的接合频率的变化主要与其浓度相关,与毒物兴奋效应一致。相关调控机制包括调节活性氧(ROS)的产生、启动SOS反应、增强细胞膜通透性以及影响接合转移相关基因的表达和ATP合成。阐明在污染环境中(复合)重金属以及重金属与抗生素协同,在不同环境条件下增强ARGs水平转移的机制是今后研究的关键方向,可为重金属介导的ARGs环境行为研究提供一定的参考。

重金属和抗生素抗性基因在土壤中的复合污染研究进展

抗生素滥用及其诱导产生的抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)污染己经引起人们的广泛关注。与此同时,环境中重金属的污染状况也呈加剧趋势,与抗生素抗性基因不同,重金属在自然环境中很难被降解,二者同时存在不仅维持和加强了环境中的微生物对重金属的原有抗性,同时增强了对抗生素抗性基因的抗性。目前,重金属污染地区的养殖业中动植物细菌传染病的抗生素治疗总是无效的,其原因可能是重金属离子和抗生素抗性基因的协同抗性在选择压力下得到增强。本文总结了我国抗生素抗性基因和重金属元素在土壤中的污染状况及其复合污染特征,综述了这2类物质在土壤中的协同选择机制和综合修复措施,以期为重金属和抗生素抗性基因带来的污染所致危害的减轻和未来复合污染相关研究的深入提供参考。

转金属硫蛋白突变体αα的烟草具有较高的重金属抗性

金属硫蛋白 (MT)有α、β两个结构域 ,其中α结构域优先结合Cd2 + 、Hg2 + ,以α结构域代替 β结构域而得到的αα突变体在大肠杆菌构建及表达后 ,体外实验证明其具有同天然MT相似的稳定性 ,但结合重金属的能力稍强于天然MT。将αα突变体转入植物表达载体 ,以CaMV 35S为启动子 ,利用根癌土壤杆菌 (Agrobacteriumtumefaciens(SmithetTownsend)Conn)介导的叶盘法转化烟草 (NicotianatabacumL .cv.NC89)。Southern、Western证明了外源基因在烟草内的整合与表达。重金属抗性结果证明 :转αα突变体烟草在含 30 0 μmol/LCdCl2 的培养基中可正常生长 ,转天然MT的烟草在含 2 0 0 μmol/LCdCl2 的培养基中生长 ,而野生型烟草只能在含 75 μmol/LCdCl2 的培养基中生长。Cd2 + 含量及分布实验证明 :转基因烟草同天然烟草相比 ,根部吸收了大部分的Cd2 + ,从而降低了叶部Cd2 + 含量。

环境微生物抗生素与重金属抗性研究进展

长期以来,因抗生素和重金属药物的过度使用,致使微生物产生耐药性,耐药细菌的蔓延已成为全人类的重大公共卫生安全议题。人们对微生物的抗生素抗性、重金属抗性进行了大量研究。综述了目前微生物抗生素抗性、重金属抗性以及抗生素与重金属协同抗性方面的研究进展,重点论述了微生物重金属抗性的分子机制。结合课题组相关研究进展对未来研究进行了展望,以期为现有抗性微生物所致危害的减轻和未来抗性相关研究的深入提供参考。

植物抗重金属逆性的研究概况

概述了植物抗重金属逆性的研究概况,介绍了重金属污染对高等植物生长、发育的影响,高等植物重金属抗性的分子机理和抗性相关基因的克隆与表达,以及如何利用抗重金属资源物种治理污染。

研究发现褪黑素可提高植物重金属镉抗性

近期,中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所研究员吴丽芳课题组在研究植物对重金属镉抗性调控机理方面取得进展。该研究发现一种重要生物激素褪黑素,可显著增加植物对重金属镉抗性,施用褪黑素的植物在含重金属土壤上的长势、产量等重要农艺性状得到显著提高。该成果为土壤重金属污染综合治理提供了新途径,相关研究结果发表于国际期刊Molecules。通过研究发现,植物中存在一系列褪黑素合成关键基因,这些基因表达水平和内源褪黑素合成受重金属镉胁迫后表达上调,褪黑素进一步激活内源过氧化物清除系统,特异性地增强APX和SOD两种抗氧化酶表达,从而提高抗逆能力。研究还发现褪黑素可显著促进植物根生长,增强植株逆境抗性。该研究对阐明新型植物激素-褪黑素在植物逆境调控上的作用具有重要意义。

转金属硫蛋白αα突变体基因的矮牵牛对铅的抗性及积累的研究

利用农杆菌介导的方法将MT及αα基因导入矮牵牛中 .转基因植株对铅 (Pb)的抗性及吸收能力明显高于对照 .转MT及αα基因的植株分别能在 15 0及 2 0 0 μmol/LPb中正常生长 ,而对照只能在 5 0 μmol/LPb中正常生长 .转MT及αα基因植株后代种子萌发与对照相比表现出明显的抗Pb优势 .Pb的吸收实验表明转MT、αα基因的植株对Pb的吸收分别比对照提高了 2 8%和 35 % .

水产养殖环境中抗生素与重金属耐药共选择机制研究

抗生素耐药性是公认的公共卫生挑战,它的出现不仅限制了用药的选择范围,同时耐药性的传播对人体健康存在着潜在的危害。而水产养殖中常用的另一类制剂是各种金属阳离子,它们可作为营养补充剂加入饲料中以支持和保护水产品生长。而许多种类的抗生素可与金属阳离子形成复合物,这可以降低或增强抗生素活性。重要的是,越来越多的证据表明重金属驱动了细菌抗生素耐药性的发展,由于重金属可以在环境中长期稳定存在,它作为一种选择压力在抗生素耐药性的共选择和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的传播中的作用也受到越来越多的关注。本文综述了水产养殖环境中重金属和抗生素的污染现状,重金属对抗生素活性和耐药性的影响,并总结了重金属和抗生素在细菌耐药产生过程中潜在的耐药共选择机制,最后讨论了现今研究中的不足,并对抗生素与重金属的复合污染研究进行了展望,阐明了今后水产养殖环境中耐药性综合防控治理的发展方向。