十溴联苯醚环境修复技术的研究进展

介绍了溴代阻燃剂十溴联苯醚(BDE-209)环境修复技术的研究进展。从光降解、零价铁降解、生物降解3个方面对BDE-209的降解机理和降解后的产物进行了介绍。BDE-209经光照、厌氧微生物、零价铁的脱溴作用后,降解成低溴代联苯醚产物;好氧微生物利用低溴代联苯醚作为生长碳源,将其在酶的作用下开环降解,进入三羧酸循环或彻底分解成CO2和H2O。提出应采用多种方法协同作用,更有效地降解多溴联苯醚化合物。

多溴联苯醚降解的代谢途径

添加型阻燃剂多溴联苯醚(PBDEs)由于具有优异的阻燃性能,已被广泛应用于各种消费品中。PBDEs具有低水溶性,会强烈吸附有机物,导致PBDEs在环境介质和食物链中大量富积,对人类和动物都造成巨大危害。对多溴联苯醚生物降解、光降解和零价铁降解过程中的代谢途径和代谢过程中所需的酶进行综述,为多溴联苯醚的修复提供理论基础。

环境中一溴联苯醚(4-BDE)的来源和降解

一溴联苯醚(4-BDE)为多溴联苯醚脱溴后的最终产物,是重要的环境持久性有机污染物。分析4-BDE成因及其环境降解机制是进行4-BDE植物修复机制研究以及建立其类似物植物修复方法的理论基础。环境介质中4-BDE主要由高溴代联苯醚经光解和生物代谢降解产生。4-BDE经过复杂的代谢机制被光氧化形成联苯醚、羟基联苯醚、苯酚、苯、羧酸以及具有腐殖酸类化合物等多种光解产物。4-BDE经厌氧微生物作用后,降解产物主要有联苯醚和溴离子。好氧微生物可利用4-BDE作为生长碳源,在酶的作用下开环并彻底降解为CO2和H2O。

4-BDE胁迫对毛白杨组培苗不定根发生的影响

为了解一溴代联苯醚(4-monobrominated diphenyl ether,4-BDE)的植物修复机制,本文研究了不同浓度4-BDE处理对毛白杨组培苗不定根的形态、分化状况、细胞组织学以及部分生理特性的影响.发现一定浓度的4-BDE处理对毛白杨组培苗不定根的分化表现出先抑制后促进的效应,说明4-BDE可能具有一定的植物生长素生物效应.在4-BDE的诱导处理下,组培苗不定根的颜色变深,300 mg·L^(-1)时根呈黑褐色且受到明显的伸长抑制,但并未坏死.与对照苗相比,4-BDE诱导处理的毛白杨组培苗不定根的显微结构发生明显变化,表现为根皮层细胞内含物增多,皮层细胞排列变紧密.高浓度30 mg·L^(-1)4-BDE处理23 d的组培苗不定根丙二醛(MDA)含量显著高于处理47 d和58 d的(P<0.05);相同处理时间30 mg·L^(-1)4-BDE处理的过氧化物酶(POD)活性显著高于对照组(P<0.05).随着处理时间的延长,3 mg·L^(-1)4-BDE处理的组培苗不定根的MDA含量呈现先上升后下降的趋势,POD活性呈逐渐上升的趋势.以上结果初步显示,毛白杨组培苗不定根对4-BDE胁迫具有一定的适应能力.

不同植物组培苗对多氯联苯的移除效果研究

多氯联苯(polychlorinated biphenyls,PCBs)是有机污染物的一种,容易在人体和动物体内富集放大,严重影响了人类的健康。在众多修复方式中,植物修复具有成本低、无二次污染等优势,已成为多氯联苯修复的主要研究方向。利用不同植物组培苗污染物暴露体系,对荻、油菜、毛白杨、藏川杨、刺槐移除Aroclor1254进行了研究。气相色谱定量分析发现培养45 d荻组培苗对Aroclor1254的单位生物量的移除率为11.214μg/g;培养30 d油菜组培苗对Aroclor1254单位生物量的移除率为11.032μg/g;培养35 d毛白杨组培苗对Aroclor1254单位生物量的移除率为41.807μg/g;培养35 d藏川杨组培苗对Aroclor1254单位生物量的移除率为38.655μg/g;培养45 d刺槐组培苗对Aroclor1254单位生物量的移除率为73.478μg/g。Aroclor1254暴露条件下刺槐根毛发育好于其他4种植物,表现出较好的适应性和较好的移除效果。

植物组织培养基中多氯联苯的抽提方法

利用恒温磁力搅拌器以及震荡方法对琼脂培养基(MS)样品中持久性有机污染物Aroclor1254提取方法进行了研究。将等量样品培养基中分别加入等体积的正己烷,利用恒温磁力搅拌器进行搅拌处理和振荡器的震荡处理,分别在15、30、45、60、75、90 min,6个时间点检测正己烷中Aroclor1254的含量。发现通过磁力搅拌器进行处理的样品在15 min后的提取浓度基本稳定,与通过震荡器震荡处理的样品90 min时的提取浓度基本持平,无显著性差异,搅拌所用的时间明显短于震荡的时间。

紫叶挪威槭再生体系建立

以紫叶挪威槭2年生枝条水培后展开1-2片小叶的萌发芽为试验材料,采用无菌条件下组织培养的方法,研究了紫叶挪威槭外植体材料不同的消毒方法和时间,不同的不定芽和不定根分化培养基对再生体系建立的影响,以期低污染、高效的建立紫叶挪威槭的再生体系。结果表明：萌发芽经2%洗涤灵溶液洗涤,无菌水冲洗,去除残留,70%乙醇处理30s,无菌水冲洗5-6次,1%次氯酸钠消毒液处理20min,无菌水冲洗5-6次,接种到不定芽分化培养基MS＋0.05mg/L NAA＋1.0mg/L 6-BA＋0.3g/L CH（水解酪蛋白）＋2.0g/L PVP＋30g/L蔗糖（pH5.5）诱导并产生不定芽。不定芽继代至不定根分化培养基MS＋0.4mg/L IBA＋0.05mg/L NAA＋0.3g/L CH＋2.0g/L PVP＋25g/L蔗糖（pH 5.5）诱导形成不定根,建立了紫叶挪威槭的植株再生体系。

4-BDE对毛白杨组培苗的显微结构和一些生理指标的影响

本文研究了4-BDE处理对毛白杨组培苗的形态结构以及生理生化特性的影响。结果表明,在低浓度4-BDE处理下,组培苗叶片颜色变浅,随4-BDE处理浓度增加,新叶出现失绿白化现象。与对照苗相比,4-BDE处理的显微结构发生了明显改变,根的表皮细胞损伤现象严重,细胞形态变小;叶肉组织遭到破坏,海绵组织破坏程度高于栅栏组织;但茎的结构与正常苗无显著差异。30 mg·L-1 4-BDE处理23 d的白化叶片比叶重显著低于对照,其他各处理均无显著差异。叶片中叶绿素含量随4-BDE浓度的升高而下降,与4-BDE存在显著的浓度抑制关系。30 mg·L-1 4-BDE处理23 d的毛白杨丙二醛含量则显著低于处理47和58 d的。随着4-BDE处理时间的增加,过氧化物酶活性显著下降,而脯氨酸含量呈先降低再升高的趋势。以上结果初步显示,毛白杨组培苗对低于30 mg·L-1 4-BDE的污染具有一定的修复能力。

多氯联苯促进毛白杨不定根分化的效应

多氯联苯是一种典型的持久性有机污染物。研究表明多氯联苯具有毒物兴奋效应,但其影响植物生长发育的机制尚不清楚。以毛白杨(Populous tomentosa)组培苗为材料,探讨3mg·L^-1Aroclor1254对不定根分化、植物激素水平、与生长素相关的P009g125900、P006g142600和P002g2227003因表达、与细胞分裂素相关的P005g2489和P005g2376基因表达的影响。结果显示,Aroclor1254可促进毛白杨组培苗不定根分化,缩短不定根初根时间与分化率达100%的时间,提高不定根数目:在不定根诱导期,用Aroclor1254单独诱导,IAA/(ZR+dhZR)比值与阳性对照无显著差异,P006g142600、P002g222700、P009g125900、P005g2489和P005g2376基因表达变化趋势与IBA单独诱导下各基因表达变化趋势一致。为验证Aroclor1254是否具有生长素效应,以玉米(Zea mays)和转生长素报告基因DR5::GUS的拟南芥(Arabidopsis thaliana)为材料,观察Aroclor1254对胚芽鞘生长及DR5::GUS基因表达的影响。结果显示,一定浓度的Aroclor1254对胚芽鞘的生长无显著影响,但可诱导生长素报告基因表达。以上结果表明,多氯联苯类化合物Aroclor1254虽不属于植物生长调节剂,但具有毒物兴奋效应,在一定浓度下具有类似生长素的生物学活性。

具多氯联苯降解特性绦柳内生菌的分离筛选及其移除性能

从室外生长的绦柳和绦柳组培苗中共分离纯化出12株不同的内生菌。通过利用Aroclor 1242为唯一碳源生长试验筛选出生长良好的菌株CGL-1。经菌落形态学、细胞形态学和16S r DNA序列同源性分析,菌株CGL-1为肠杆菌属。通过改变菌株的移除条件(接菌量、p H、盐含量)可知,菌株CGL-1最适移除Aroclor 1242接菌量为10%,p H为7。在此条件下,利用气相色谱(GC-ECD)检测菌株CGL-1对Aroclor 1242的移除效果,发现菌株CGL-1对Aroclor 1242中的每个组分都有明显的移除作用,7 d总移除率为43.2%。

多氯联苯暴露对绦柳初生根及显微结构的影响

以绦柳为试材,采用加入不同浓度的多氯联苯单独使用(MS)和协同使用(MS+0.1mg·L^(-1) 6-BA+0.2mg·L^(-1) NAA)暴露培养绦柳组培苗,观察其外部形态、不定根形成及显微组织结构受到的影响。结果表明:较高浓度多氯联苯试剂(Aroclor 1242)可使绦柳叶片白化,单独暴露较协同暴露白化现象严重;协同暴露时绦柳的初根时间及生根数均未受显著影响,0.2mg·L^(-1)浓度下地下生物量较阳性对照有显著增高,20.0mg·L^(-1)时大幅降低;单独暴露2.0mg·L^(-1)浓度时不定根达100%时间较阴性对照提前1.2d,20.0mg·L^(-1)时地下生物量降低,为阴性对照的5.4%,单独暴露对其它发根指标无影响;培养基中添加激素可大大减弱Aroclor 1242的毒害作用,同浓度下的发根量协同较单独分别高出158.6%、228.3%、263.9%、161.8%,单独和协同不定根生物量比值分别为1∶2.9、1∶10.4、1∶12.1;协同暴露中,根部细胞的内含物随着Aroclor 1242浓度的增加而逐渐减少;茎横切图中,与阳性对照相比,Aroclor 1242处理后的绦柳组培苗茎的次生结构形成受到抑制,单独暴露时根和叶部结构无明显变化,茎部变化与协同时一致。2组中根的组织均有不同程度损坏。