《原生硫酸盐还原菌处理后的镉污染沉积物的生物安全性:基于生物实验和DGT技术。》

  • 来源专题:实验室生物安全
  • 编译者: 苑晓梅
  • 发布时间:2019-11-27
  • 硫酸盐还原细菌(SRB)的生物稳定作用因其具有预防和控制重金属污染的能力而备受关注。在这项研究中,进行了生物实验(大型水蚤(Daphnia(D.))的固定化试验,黄瓜种子的发芽实验,以及使用刺五加(S.)nudus的肠液进行的体外实验)和薄膜中的扩散梯度(DGT)技术。调查经过本地SRB处理的受镉(Cd)污染的沉积物的生物安全性。结果表明,SRB处理降低了沉积物对裸露链球菌的Cd生物可及性,上覆水中的Cd水平和对D. magna的Cd生物利用度。然而,由于黄瓜种子的根长和发芽指数显着降低,因此该处理增加了上覆水的生物毒性。 DGT结果证实,SRB处理提高了沉积物中Cd的稳定性,并减少了Cd从沉积物中释放到上覆水中。上层水的生物毒性不是由镉引起的,而是可能由添加的培养基,SRB本身或其代谢产物引起的。当SRB用于补救被重金属污染的环境基质时,需要更多的注意力来评估SRB处理的安全性。

  • 原文来源:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31640935
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  • 《Science:海洋沉降颗粒物中微生物硫酸盐还原和有机硫形成》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2021-01-19
    • 近日,《科学》(Science)杂志发表了美国加州大学圣塔芭芭拉分校M. R. Raven研究组的最新研究成果。该研究揭示了海洋沉降颗粒物中微生物硫酸盐还原作用和有机硫化物的形成。据介绍,气候变化推动海洋缺氧地带扩大,同时也可能会改变全球碳、硫、氮和金属微量元素循环。但当前人们对缺氧如何影响有机碳循环和沉积机理尚缺乏全面的了解。 本此研究不仅报道了发生在热带太平洋东部缺氧区(ODZs)沉降颗粒物中微生物硫酸盐还原作用,还介绍了微生物硫酸盐还原作用形成的硫化物迅速反应生成耐酸水解有机硫的过程。发生在颗粒物中的硫化作用可以增强缺氧地带水柱下沉物中碳的保留,并在不断扩大的缺氧带和大气CO2之间形成稳定的相互作用。类似的机制可能有助于解释地球历史中与海洋缺氧事件有关的更极端的有机碳保存事件。 占全球海洋0.35%的热带太平洋东部地区和阿拉伯海的缺氧区(ODZs)目前正在迅速扩大,这是对人为气候变暖的明显反应。ODZs海水中溶解的O2浓度通常低于?1 μM,甚至为零。在没有充足O2的情况下,动物很难在ODZs存活,而微生物则只能依靠硝酸盐、铁铁和硫酸盐等化能合成作用生存。正常情况下,只有在局部消耗了硝酸盐等能量更强的电子受体时,才有望发生微生物硫酸盐还原(MSR)反应。然而新的分子和地球化学证据表明,在ODZs中即使存在大量溶解硝酸盐,MSR仍可能发生。活跃的MSR在ODZs可以从根本上改变其他元素的生物地球化学循环,因为其产生的任何硫化物都可以与金属和有机物迅速发生反应,这一过程被称为硫化作用。地质历史时期发生了多次海洋脱氧事件,如白垩纪海洋缺氧事件,而硫化反应可能是海洋可溶痕量金属和全球大气CO2潜在的重要汇积方式。尽管如此,我们仍不清楚MSR是否是ODZs生物地球化学的主要贡献者,以及它影响沉积物有机碳通量的机理。 在现代ODZs中,海洋沉降颗粒物承载的微生物硫酸盐还原作用和硫化作用在时间和空间上都具有明显的差异性,这使得人们无法估算其对全球范围内有机碳过早埋藏产生的影响。但是,人们希望通过扩大的ODZs来增大海洋颗粒承载的硫化作用规模,从而起到更好的碳固定作用,降低大气中CO2含量,较少全球温室效应。未来使用这种采样方法进行的研究将使我们能够量化全球范围内颗粒承载的MSR和OM硫化的规模和环境敏感性。 (傅圆圆 编译)
  • 《过硫酸盐氧化技术在水处理与高风险污染物去除中的应用》

    • 来源专题:水环境治理与保护
    • 编译者:王阳
    • 发布时间:2023-04-26
    • 化学氧化是去除水中难处理高风险有机污染物的重要方法。近年来,基于多活性物种的氧化技术成为污水深度处理和风险控制的发展趋势,其关键是高效持续生成氧化活性高和抗干扰能力强的新型活性物种。过渡态金属催化过硫酸盐(PMS)可同时生成羟基自由基(?OH)、硫酸根自由基(SO4?-)、单线态氧(1O2)、超氧阴离子自由基(O2?-)和高价金属氧物种等多种活性物种。其中,高价金属氧物种具有较高的还原电位、较长的半衰期和较强的水质干扰抗性,但面临生成速率慢、生成选择性弱、过硫酸盐利用率低等问题。 近日,清华大学深圳国际研究生院吴乾元、王文龙团队利用氧/氮共掺杂策略调控钴原子配位结构,率先识别并制备出CoNxOy高效活化过硫酸盐的优势结构CoN5O1,研发了以高价钴氧物种为核心活性物种和多自由基共同作用的新型催化氧化技术CoN5O1/PMS,显著提高了钴单原子催化PMS氧化去除典型污染物效率。研究成果以模拟-实验组合的方法,提出了原子配位结构调控和过硫酸盐催化强化的新思路与新途径,拓展了过硫酸盐氧化技术在水处理与高风险污染物去除中的应用。 研究利用同步辐射和密度泛函理论计算,确定了氧/氮共掺杂钴单原子配位构型为CoN5O1。CoN5O1/PMS可高效降解典型药品污染物,动力学常数是传统氮掺杂钴单原子的4.9倍,也高于大多数报道的金属单原子催化PMS氧化过程。CoN5O1/PMS具有pH适应广、循环稳定和适用多种药品污染物降解等优点。利用光谱观测、掩蔽动力学和竞争动力学,建立了氧化活性物种识别方法,发现新型高价钴氧物种是CoN5O1/PMS的主要活性物种,浓度比传统活性物种(?OH和SO4?-)高3个数量级以上,对药品污染物的氧化贡献率大于95%。利用密度泛函理论,发现氧掺杂增强钴中心Bader电荷转移、提高PMS吸附能、降低Co(IV)=O生成能垒是Co(IV)=O强化生成和药品污染物高效降解的主要原因。利用碳毡材料的多孔性和渗透性,研发出碳毡负载钴单原子材料催化PMS氧化技术,实现了多种典型药品污染物的高效连续去除。 相关成果以“氧掺杂钴单原子配位强化过氧单硫酸盐催化和高价钴氧物种生成”(Oxygen doping of cobalt-single-atom coordination enhances peroxymonosulfate activation and high-valent cobalt–oxo species formation)为题,发表在国际期刊《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS)上。清华大学深圳国际研究生院长聘副教授吴乾元为第一作者,清华大学深圳国际研究生院助理教授王文龙为通讯作者,清华大学深圳国际研究生院18级硕博连读生杨正委为学生第一作者。论文作者还包括清华大学深圳国际研究生院19级博士生王志威。该研究项目得到了国家自然科学基金委员会、深圳市科技创新委员会等部门的资助。 论文链接: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2219923120