微囊藻毒素生物学功能研究进展

我国淡水水体蓝藻水华的频繁发生已成为我国目前和今后长时期内面临的重大水环境问题.微囊藻(Microcystis)因其产生对人类健康具有危害的微囊藻毒素而尤其受到重视.研究者对构成蓝藻水华的主要种类、微囊藻毒素的毒性、毒理等方面的认识逐渐明晰,但对微囊藻毒素生物学功能的了解还相对较少.本文对微囊藻毒素的产生,尤其是近年来随着技术的发展在微囊藻毒素生物学功能方面的研究开展讨论:总结了微囊藻毒素可能作为化感物质、参与光合作用、在微囊藻的越冬或复苏中可能发挥的作用以及可能参与微囊藻群体形成及维持等4个方面的生物学功能;分析了微囊藻毒素作为信号分子的研究现状;探讨了全球气候变化及实验室模拟条件下微囊藻毒素产毒与无毒株的竞争,并对微囊藻毒素未来的研究热点及组学技术可能在其研究中的应用进行了展望.     

Fe(Ⅲ)改性土壤用于微囊藻细胞及微囊藻毒素的去除

蓝藻水华及其释放的蓝藻毒素给我国很多地区的饮用水安全带来较大威胁.尽管去除蓝藻和净化藻毒素的技术目前已有较多报道,但能同时对二者起作用的技术方法还较少,发展能够同时去除蓝藻和蓝藻毒素的技术显得十分必要.根据前期Fe(Ⅲ)化合物去除微囊藻毒素的工作基础,选取4种不同的土壤对其进行Fe(Ⅲ)改性,并应用于微囊藻毒素的去除.结果表明,黏土含量高低决定土壤本身对毒素的吸附能力强弱;土壤经过离子改性后,其毒素吸附能力与其阳离子交换量大小直接相关,且毒素去除能力较未改性前有显著提高,其中效率提升最高的一种土壤离子改性后其吸附能力增加了约148倍.离子改性土壤对微囊藻细胞同样具有絮凝沉降功能,沉降能力同样随土壤对Fe(Ⅲ)负载能力的提高而上升,使用剂量提高时微囊藻沉降平衡时间明显缩短.在野外蓝藻水华去除实验中,蓝藻细胞去除可以保持与室内实验相近的高去除率,但蓝藻毒素的去除效率有一定的下降,可能与天然水体中其它杂质的竞争作用有关.     

2013年洱海水华期间微囊藻毒素和浮游植物动态变化

2013年秋季,洱海再次出现大规模水华,周边几十万居民的饮用水安全引起当地政府的极大关注.为了解水华发生期间洱海水体微囊藻毒素的含量和浮游植物的种类及丰度,分别在2013年9月和10月两次在洱海采集水样,测定其中两种主要微囊藻毒素MC-LR和MC-RR含量,探讨微囊藻毒素含量对洱海周边水源地的安全影响.同时也对水华期间的浮游植物特别是蓝藻进行研究,从而分析微囊藻毒素与浮游植物种类和丰度的关系.结果表明,洱海水体中微囊藻毒素含量偏低,暂不会对人类健康产生威胁,但在洱海的水鸟体内仍然检测到微囊藻毒素的富集,显示洱海蓝藻水华对水生生物的潜在危害不容忽视.浮游植物的研究发现,洱海水华的优势种属为微囊藻(Microcystis)和暗丝藻(Psephonema aenigmaticus).9月份暗丝藻更占优势,10月份则是微囊藻更占优势.研究结果显示处于富营养化初期的洱海水体中湖湾微囊藻毒素的含量与浮游植物中产毒蓝藻的种类和丰度密切相关.     

五株微囊藻毒素降解菌的分离与鉴定

有毒蓝藻产生的蓝藻毒素导致地表水的污染已是全球普遍的现象,最常见的毒素是能导致肝癌的肝毒素微囊藻毒素(MC),迄今为止尚无适用的MC驱除技术,微生物降解MC可能是一条有效的途径．本研究以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa PCC 7806)所产生的MC为底物,从多个形成微囊藻水华的水体中分离获得能显著降解MC的细菌18株,相对降解能力从18．4％到48．2％．对其中5株MC相对降解能力较强的菌,通过形态特征和生理生化特征分析,鉴定出5株菌分别为:不动细菌属(Acinetobacter)、肠杆菌属(Enterobacter)、微杆菌属(Microbacterium)、芽孢杆菌属(Bacillus)和弗拉特氏菌属(Frateuria),均不同于已报道的属种．     

滇池水体中微囊藻毒素含量变化与环境因子的相关性研究

本文对2003年4-12月滇池马村湾、海东湾微囊藻毒素和总磷、总氮、溶解氧、透明度、光照强度、叶绿素a、pH值、水温及微囊藻种群优势度进行了分析,讨论了以上指标在滇池马村湾和海东湾的分布和月变化情况以及与微囊藻毒素含量之间的关系．相关性分析表明马村湾、海东湾微囊藻毒素在水体中分布与总氮和氮磷比之间呈现非常显著的负相关性(P<0．01);与透明度、光照强度和微囊藻种群优势度存在显著的正相关性(P<0．05)．在影响微囊藻毒素的各因素中,运用多因素逐步回归分析得知马村湾、海东湾微囊藻毒素浓度主要南水体的总氮、总磷、叶绿素a和溶解氧以及透明度决定(R2=0．560,P<0．017)．     

土壤-微生物-植物系统中矿物风化与元素循环

土壤是地球关键带的重要组成部分,土壤-植物系统是连接岩石圈、生物圈、大气圈和水圈的纽带.土壤作为地球上生物多样性最丰富的生境之一,在地球表层生物地球化学过程中担负重要的作用.本文主要从地球生物学的角度来探讨土壤生物在地球表层(风化壳)岩石矿物风化、物质转化与运输中的作用及其相关机制,包括土壤微生物对岩石矿物的风化,以及土壤-根系的相互作用和土壤-微生物-根系相互作用对岩石矿物风化的影响.     

微囊藻毒素对人类健康影响相关研究的回顾

本文回顾了微囊藻毒素(MC,一种最常见而重要的蓝藻毒素)对人类健康影响相关的研究,迄今为止的一些重要历史事件包括:(1)1990年,科学家首次发现,MC进入肝细胞后,能强烈地抑制蛋白磷酸酶(PP1、PP2A)的活性,这是MC致毒的最重要的分子基础;(2)1996年,在巴西发生了肾透析用水被MC(-LR、-YR和-AR)污染导致52人死亡的严重事件;(3)中国南方原发性肝癌的高发病率被认为与饮水中的MC污染有关;(4)1998年,世界卫生组织提出了饮用水中MC-LR含量的临时指导值为1μg/L;(5)从巢湖的专业渔民血液中检测出MCs,并发现长期的低剂量慢性暴露引起了一定程度的肝损伤,微囊藻毒素对人类健康的影响证据确凿,不容忽视,尤其是在富营养化越演越烈、有毒蓝藻水华肆虐的今天.     

太湖微囊藻毒素时空分布特征及与环境因子的关系

采用高效液相色谱法(HPLC)对太湖水体中溶解态微囊藻毒素(MC-LR;MC-RR)浓度进行检测,探讨微囊藻毒素浓度的时空变化及其与氮、磷、总有机碳、蓝藻生物量以及温度等湖泊环境因子之间的关系.结果表明:微囊藻毒素表底层浓度基本一致;在一天之内的变化没有明显规律;冬季微囊藻毒素浓度较高;位于竺山湾和西部沿岸地区的两个点...     

河北YH水库不同季节中微囊藻毒素-LR与N、P之间的关系

密云水库被围堰隔为东、西两个库区.由于1999年以来华北地区的连续干旱,水库蓄水量迅速下降,两库区水体交换很少,相对稳定.2001年至2002年的调研结果显示,东库区比西库区BOD5、TN、TP、Fe、浮游藻类细胞密度分别高出16.7%、40.2%、46.7%、161.1%和41.8%,TSIm显示西库区的营养程度低于东库区,主要原因是:(1)西库区水体深于东库区,自净能力相对较强.(2)东库区以氮、磷为主的植物营养物的污染大于西库区;(3)由于潮河(东库区的主要入库河流)流域数座小铁矿的污染,东库区铁含量大于西库区.东库区水体中铁的浓度在适合浮游藻类生长的范围内,对浮游藻类,特别是蓝藻(Cyanophyta)的增殖有促进作用.有效地防治密云水库水体富营养化,应在统筹规划、分步实施的基础上,把防治的重点放在潮河流域.     

巢湖微囊藻毒素异构体组成的时空分布特征及影响因子

有害蓝藻释放微囊藻毒素（MCs）,严重威胁饮用水源地用水安全.为了解巢湖MCs污染状况及其异构体组成对水质的影响,于2012年夏季（8月）和秋季（11月）,2013年冬季（2月）和春季（5月）进行采样分析,研究了巢湖水体中胞内微囊藻毒素（IMCs）和胞外微囊藻毒素（EMCs）异构体的时空分布及其与环境因子的关系.结果发现,IMCs和EMCs的平均浓度变化范围分别为0.12~6.45 μg/L和0.69~1.92 μg/L.在3种常见的异构体中,MC-RR和MC-LR比例较高,MC-YR最低,MC-RR和MC-LR是巢湖水体中MCs的主要异构体类型.IMCs和EMCs的异构体浓度及其比例呈现不同的时空分布特征.微囊藻生物量、水温、总磷浓度是影响IMCs和EMCs异构体浓度及其组成变化的关键环境因子.本研究表明巢湖富营养化严重的西湖区夏季能合成更多的MC-RR异构体,而秋、冬季节偏向于释放生理毒性更强的MC-LR异构体.了解MCs异构体组成变化及其关键影响因素,有助于预测预警水体MCs污染状况和评估饮用水源地MCs风险.     

Mineral weathering and element cycling in soil-microorganism-plant system

Soil is an essential part of the critical zone,and soil-microbe-plant system serves as a key link among lithosphere,biosphere,atmosphere and hydrosphere.As one of the habitats with the richest biodiversity,soil plays a critical role in element biogeochemistry on the earth surface(weathered crust).Here we review the soil biological processes that are relevant to mineral weathering,element cycling,and transformation,with an emphasis on rock weathering mediated by soil microbes,plant root and the rhizosphere.     

人工湿地研究现状与展望

自1950s开始系统性研究以来,人工湿地研究日趋深入,也得到了广泛的应用.本文基于文献报道,对人工湿地研究的历程特别是我国的研究进行了分析,分为起步探索、迅猛发展和规范应用三个阶段.梳理了人工湿地的研究现状,主要集中在如何提高脱氮除磷效率、对新兴污染物的去除、人工湿地根区微生物结构与功能以及人工湿地模型四个方面.核心还是提高人工湿地对污染物的去除效率并解释其机理.未来需要长期监测数据支撑的理论实践结合的设计规程;进一步揭示人工湿地的生物过程;建立合理简化的模型,对系统进行准确预测.     

湖泊沉积研究的历史进展与展望

回顾了国际和国内湖泊沉积研究历史,论述了国际古湖泊学研究的两大方向以及主要研究内容,对中国20世纪50年代以来的湖泊沉积研究进行了综述.针对目前湖泊沉积研究领域的薄弱环节,提出加强湖泊沉积环境指标的基础理论研究,提高时间分辨率,关注人类活动对湖泊环境的影响,开展湖泊沉积界面过程与机理研究,以及进一步加强区域和全球对比等建议与展望.     

湖泊渔业研究:进展与展望

作为一种传统产业,渔业在我国经济社会发展中具有不可缺失的重要地位.而渔业作为湖泊最重要的功能之一,其资源变动是湖泊生态系统演变的重要影响因子,同时湖泊渔业资源的变动和退化也是对环境变化最直接的响应.自1980s以来,随着湖泊水环境的改变,湖泊渔业资源衰退趋势明显,中上层浮游生物食性鱼类在鱼类群落中占优势,鱼类资源小型化、低龄化现象严重.本文以湖泊渔业发展的历程为切入口,系统阐述人类活动及湖泊环境变化对渔业资源及生态系统的影响,厘清现阶段湖泊水环境管理、湖泊生态系统修复、湖泊渔业可持续发展等关系,展望我国湖泊渔业的发展前景及新型模式.     

Effects of multi-annual climate variability on the hydrodynamic evolution (1833 to present) in a shallow aquifer system in northern Belgium

Abstract

Using a groundwater flow model and long historical meteorological time series data, the evolution of the groundwater flow regime in a multi-layered groundwater flow basin in northern Belgium during the last one and a half centuries (since 1833) is reconstructed. Model output parameters such as piezometric levels, depth to water table, seepage fluxes in the valleys and calculated baseflow to the river system are presented and inter-annual and decadal variations are evaluated against seasonal fluctuations. The main time-varying boundary condition in the model is the aquifer recharge which was estimated using the method of Thornthwaite and Mather based on precipitation and temperature data. The model does not take into account changes in boundary conditions due to changes in land use (deforestation, drainage of cultivated land) or groundwater exploitation. Variations in model output parameters are therefore only due to climatological forcing. Only the natural non-exploited state of the aquifer is considered. Although few historical piezometric measurements are available to verify model output, the results give an indication of the natural hydrodynamic variations on a time scale of decades.

Citation Van Camp, M., Coetsiers, M., Martens, K. & Walraevens, K. (2010) Effects of multi-annual climate variability on the hydrodynamic evolution (1833 to present) in a shallow aquifer system in northern Belgium. Hydrol. Sci. J. 55(5), 763–779.     

River incision and vegetation dynamics in cut-off channels

The consequences of river incision on ecosystems dynamics in cut-off channels were hypothesized to be 1) the reduction of river backflows and overflows of the river in the former channels; 2) the reduction of seepage flows from the river and drainage into the channels; 3) the drainage of the hillslope aquifer by the former channels. The subsequent changes of aquatic plant communities should be 1) the terrestrialization of the higher part of former channels and 2) their change into more oligotraphent ones if the hillslope aquifer is poorer in nutrients than the river. In those reaches where the river bed is aggraded, river backflows in the cut-off channel should increase, as should overflows and seepage, and more eutraphent species should develop. Changes in aquatic vegetation were studied over a ten-year period in four cut-off channels supplied by a nutrient-poor hillslope aquifer and a nutrient-rich river. Two of them were located in an incised reach of the river, one in an aggraded reach and one (reference) in a reach that was neither aggraded nor incised. The vegetation of the reference channel exhibited only minor changes over the ten-year period, indicating that the successional trend is not perceptible at the time scale of the study, and thus that any change observed in the other channels can be ascribed to river incision or aggradation. Terrestrialization expected in the channels located in the incised reach clearly progressed in the downstream parts, but was inhibited by groundwater supplies in the upper parts. As expected, oligotraphent communities progressed or remained dominant in the upper part. The channel located in the aggraded reach of the river exhibited the highest floristic changes. As expected, eutraphent communities progressed in this channel, but unexpectedly, terrestrialization also progressed in the upstream part. Alternative explanations are: 1) aggradation could have instigated more backflows and overflows without modifying significantly the mean water-level and 2) more frequent water overflows could have favoured alluvial deposition and thus terrestrialization.     

北京地区震磁研究的进展与展望

北京地区地磁观测网由16条测线、150个测点与16个临时台组成,取得了大量的准确可靠资料。应用这些资料,消除了地磁正常变化背景,分析研究了震磁前兆信息,获得了有意义的震磁前兆,在地震监测预报工作中具有积极作用与一定实效。与此相配合,开展了密云水库与活动断裂的构造磁学研究,为震磁前兆研究提供了有实用价值的结果,并且讨论与展望了震磁前兆研究的发展前景。     

土壤—地下水系统非水相液体污染区的电性特征及电阻率法探测

从土壤-地下水系统被非水相液体污染后引起的导电性变化、污染区地电模型演化、电阻率异常认识及量化解释等方面分析了国内外利用电阻率法探测这一问题的研究现状.已有研究表明,污染区电性随污染程度、污染时间变化显示一定的动态性;污染区地电模型建立是个复杂过程,不仅反映污染物的扩散过程,还要考虑地质、地下水、土层含水量等影响因素,并随外部条件和时间变化显示一定的动态性;这也决定了实测电剖面异常特征的复杂性.由于基于电测数据的真电阻率获取及污染土电性基本模型建立都尚未解决,利用电性探测结果进行污染量化分析的研究还没有形成统一的认识和结论,这也是未来很长时间内需要攻克的难题.     

湖泊光学研究进展及其展望

从湖泊光学研究理论框架、研究方法、水体生物光学特性、有色可溶性有机物(CDOM)生物地球化学循环、光与浮游植物相互关系、沉积物再悬浮光学效应、湖泊水色遥感等几个方面全面回顾了湖泊光学研究进展.湖泊光学研究理论框架主要包括各光学组份吸收、散射、漫射衰减及辐射传输方程;近年来,逐步发展了野外时空格局调查、水动力水华过程连续...