合成微生物的环境风险防控与检测技术研究进展

合成微生物(基因改造、修饰和重建的微生物)在生物制造、疾病诊疗、环境修复等领域展现出巨大应用潜力。与此同时,合成微生物的规模化应用可能存在环境生物安全风险问题,造成物种入侵、多样性丧失和生态系统破坏等不可预计的后果。为此,本文总结了合成微生物环境释放后潜在的生物安全风险,围绕合成生物学建立的环境防御与检测技术展开讨论,并对未来如何更好地避免工程微生物的环境风险问题提出展望。经梳理发现:①合成微生物释放引发的环境风险主要包括危害环境生物安全、水平基因转移及生态位占据和破坏等,这主要与合成微生物改造后的特性及携带的外源片段有关。②通过营养缺陷型或环境敏感型微生物、基因线路、使用非天然元件、限制质粒异源复制等技术可避免合成微生物在环境中的存活或核酸扩散,针对不同微生物的特性可采取相应策略。③分子标记、生物传感、快速核酸检测等针对合成微生物的特异性检测方法,以及微生物条形码与高通量测序等通用性检测技术可用于合成微生物的环境追踪。鉴于此,提出今后重点研究方向:一是升级高效、稳定型生物封存策略以应对微生物的快速进化;二是分析合成微生物的环境生存能力及分级预估其潜在风险;三是研究合成微生物与环境生物的互作机制及其对环境生物的影响;四是开发环境消减技术建立以确保合成微生物失控释放后的高效清除。

磷肥对镉铅铜锌复合污染土壤的钝化修复

为探寻不同磷肥及施用量对复合重金属污染土壤的钝化效果,选取安徽铜陵某矿区周边重金属复合污染的水稻土进行室内培养试验,研究了在磷酸氢二铵(DAP)、磷酸二氢钾(MPP)、磷酸三钙(TCP)和钙镁磷肥(CMP)这4种磷肥和5种施磷量条件下,土壤重金属镉(Cd)、铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)钝化特征随时间的变化。结果表明,添加4种磷肥均使土壤pH出现不同程度的升高,升高幅度从大到小依次为DAP,CMP,TCP,MPP。4种磷肥均能一定程度上钝化土壤中的Cd,Pb,且随着时间和施磷量的增加,整体钝化效果增加。在12周,施磷量为8 g/kg时,DAP,MPP,TCP和CMP对Cd的钝化效率分别达到了42.77%,41.74%,30.37%,28.31%,对Pb的钝化效率分别达到了48.55%,60.57%,37.58%,35.03%,磷肥对Cd,Pb的钝化效果主要是弱酸提取态和可还原态向残渣态转化。水溶性磷肥在复合污染土壤中对Cu,Zn具有活化风险,而枸溶性磷肥在相同施磷水平上对复合污染土壤中Pb,Cd的钝化效果相比于水溶性磷肥较差。因此磷肥适用于Pb,Cd污染土壤修复,且稳定性较好,用于修复Cu,Zn污染土壤效果较差。