《青岛能源所揭示近海除草剂污染现状及其潜在影响》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-10-17
  • 随着全球粮食需求量的迅速扩张以及城市化进程的加快,除草剂在农业生产、城市绿地、以及交通道路建设等方面普遍存在过量施用现象。如今,除草剂的全球年销量高达数百亿美金。除草剂作为一种有毒物质,很多国家的陆地河流或地下水曾报道过较严重的除草剂污染问题。然而百川入海,大量污染物最终会进入海洋,但目前人们对海洋中的除草剂污染现状极少了解。一半以上的除草剂是光合作用抑制剂,其在高浓度下可对浮游植物(或微藻)的光合生理产生严重负面作用。海洋中的浮游植物贡献了全球近一半的绿色植物光合作用,它们不仅是海洋食物链的基础,也是海洋固碳和海洋生地化循环的重要驱动者。海洋浮游植物生理生态特征的改变会影响海洋生态系统的稳定和物质能量循环过程,乃至影响全球气候。

      

      青岛能源所张永雨研究员带领的海洋碳汇与能源微生物研究组首次对10种常用三嗪类除草剂的近海分布情况在黄海和渤海开展了大范围调查,结果显示目前近海除草剂污染现状已不容忽视,部分站位10种三嗪类除草剂的总环境浓度高达6.6 nmol L-1。因同类型的除草剂往往具有毒性累加效应,与该总环境浓度等效毒性的除草剂—阿特拉津显著抑制了硅藻细胞(Phaeodactylum tricornutum Pt-1)的光合(约57%的光合基因显著下调)与碳代谢功能(如卡尔文循环、三羧酸循环、糖酵解途径等),导致藻细胞叶绿素a荧光强度减弱约13%,光能转化效率显著降低,部分藻细胞出现破裂死亡现象。同时,研究发现藻细胞对除草剂具有较强的富集作用,藻细胞中的除草剂浓度是自然海水中除草剂浓度的70~119倍。

      本研究针对近海除草剂污染现状的大范围调查在我国尚属首次,结果提示未来随着全球除草剂使用量的不断增加,除草剂污染可能会对近海初级生产与近海生态系统稳定产生较严重的负面影响,此外,因藻细胞对除草剂具富集作用,若通过食物链向高营养级生物级联传递,甚至可能最终会影响到人类餐桌上的海产品安全。相关成果发表于环境领域权威期刊Environment International。该研究获得了科技部重点研发专项、国家自然科学基金和中国科学院海洋大科学中心“科学号”高端用户等项目支持。

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  • 《青岛能源所揭示浒苔绿潮对近海惰性溶解有机碳库的潜在长期遗留效应》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-08-12
    • 全球最大规模的浒苔绿潮在我国黄海已连续暴发十多年,成为我国面临的一个严重海洋生态灾害。科学家们通过10多年系统研究,对黄海绿潮的暴发起因和规律已有了较充分了解,同时在绿潮防控措施研究方面也取得了较大成效。然而目前对绿潮消亡后的遗留效应这一重要生态环境问题却缺乏深入了解。   绿潮暴发时浒苔藻体吸收大量二氧化碳和营养盐而快速繁殖,最旺盛时期藻体分布面积高达5.7万多平方公里。而当绿潮消亡时,上百万吨浒苔来不及打捞而下沉至海底。这些下沉的藻体将在微生物和其它生物、物理、化学等因素作用下发生降解,并对近海生态环境产生显著影响。例如短期内引起近海微生物丰度的迅速升高,并出现海水低氧、酸化等现象发生(Zhang et al., 2019),但目前对长期时间尺度上绿潮的遗留效应却仍不清楚。   基于此,青岛能源所张永雨研究员带领的海洋碳汇与能源微生物研究组与中国石油大学、厦门大学等单位合作,开展了长达520天的浒苔降解实验,系统阐述了绿潮消亡后可能对近海DOC碳库及微生物群落的长期遗留效应,并解析了浒苔藻体有机碳的归宿问题。相关研究成果发表于环境领域权威期刊《Water Research》(Chen et al., 2020)。   研究结果发现浒苔藻体降解是个长期过程,期间DOC的释放和微生物群落呈现显著阶段性变化特征。DOC快速释放主要发生在第1周内,海水也伴随出现显著的缺氧和酸化特征。之后近1年半时间内,微生物驱动DOC从容易被降解的活性碳向极其稳定的惰性碳的逐渐转变,最终形成了可在海水中长久储存的惰性溶解有机碳(RDOC)。浒苔降解过程中微生物群落不断演替,群落代谢特征也从最初以多糖降解功能为主,逐渐转变为以芳香族或烷烃类物质降解功能为主。   该研究表明浒苔绿潮的遗留效应能够长期存在,被微生物转化的RDOC约占浒苔藻体有机碳的1.6%,暗示连年暴发的浒苔绿潮对近海RDOC库具有潜在的累积效应。   该研究得到了国家重点研发专项、国家自然科学基金、中国科学院海洋大科学中心重点部署项目等的资助。
  • 《青岛能源所等揭示植物DNA损伤调控新机制》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2022-12-07
    •   DNA是生物体遗传信息的载体,是正常生长、发育和繁衍所需的遗传模板,对于维持DNA的完整性和稳定性至关重要。紫外线、辐射和环境污染等引起的DNA损伤影响人和动物的衰老,或导致疾病乃至癌症。对植物而言,外界环境因子,如土壤盐碱、重金属、电离辐射、紫外线、洪涝等胁迫,同样会导致DNA损伤,影响植物生长发育甚至对作物生产造成危害。然而,DNA损伤响应及修复的机制在动物和植物中不完全相同,且在植物中的研究较为滞后。调控植物DNA损伤及其修复的机制的研究,对于增强作物抗性、提高生物产量具有重要的生物学意义。近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员李胜军带领的能源植物改良与利用研究组,揭示了MAC5A和26S蛋白酶体协同调控植物DNA损伤响应(DDR)进而影响植物生长发育及适应高硼胁迫的新机制。相关研究成果发表在《植物生理》(Plant Physiology)上。   MOS4-associated complex(MAC)复合体参与植物的生长发育、胁迫响应、pre-mRNA可变剪切和miRNA生物合成等生物学过程。MAC5是MAC复合体的一个附属亚基,其功能完全丧失后导致严重的发育缺陷和胚胎致死。此前,研究团队提出,MAC5通过调控pri-miRNA的稳定性影响miRNA的积累(Li et al., PNAS 2020),但MAC5在植物体内的其他生物学功能尚不完全清楚。         研究发现,MAC5A缺失突变体mac5a对甲基磺酸甲酯(MMS,一种DNA损伤诱导剂)的处理更加敏感,表现出主根生长抑制、真叶叶原基发育延缓等表型。RNA-seq分析发现,MAC5A缺失导致DDR相关基因的表达及pre-mRNA的可变剪切发生变化。进一步,研究通过IP-MS质谱分析鉴定到多个26S蛋白酶体亚基与MAC5A互作;通过生化和遗传分析进一步验证了MAC5A与26S蛋白酶体关键亚基RPN1A和RPT2A之间的互作关系。MAC5A调控26S蛋白酶体的活性,同时26S蛋白酶体也影响MAC5A蛋白的降解。此外,土壤中高浓度的硼影响作物的产量和品质,其中主要原因之一是高硼胁迫导致植物DNA损伤。研究表明,MAC复合体的多个核心亚基和26S蛋白酶体均参与高硼诱导的DNA损伤响应过程。该研究揭示了MAC复合体和26S蛋白酶体协同调控植物DDR过程的分子机制。   研究工作得到国家自然科学基金面上项目、山东能源研究院创新基金、山东省、中国科学院、中国博士后科学基金等的支持。美国内布拉斯加大学林肯分校、河南大学、西南大学的科研人员参与研究。   植物的生长发育与环境适应能力受到RNA的转录及转录后调控,故揭示调控植物生长、抗逆的分子基础,有助于作物尤其是能源作物的遗传改良。截至目前,该团队在RNA转录后加工领域取得了系列进展,揭示了MAC复合体附属亚基MAC5(Li et al., PNAS 2020)、MAC复合体核心亚基MAC3(Li et al., Plant Cell 2018)、DEAD-box RNA螺旋酶SMA1(Li et al., Nucleic Acids Research 2018)调控植物生长发育和miRNA合成代谢的生物学机制。