生物膜因具有吸附和生物降解等功能,近年来已被应用于环境污染治理.生物膜法不仅被成功应用于污水处理,在土壤重金属和有机污染物的修复中也具有较高的应用价值.随着微塑料和抗生素抗性基因(ARGs)等新污染物被广泛关注和研究,生物膜在其中发挥的作用不容忽视.本文系统综述了生物膜的结构组成、形成机制、种群和功能及近年来在环境污染治理中的应用与机制,重点论述了生物膜对重金属和有机污染物的去除机制与应用进展,并阐明了在新形势下生物膜带来的塑料际多种污染物并存、ARGs传播与病原菌富集等诸多环境问题,最后指出了目前研究存在的不足和今后的研究方向,尤其强调了探究生物膜与多种污染物之间相互作用关系与作用机制的重要性,以期为生物膜修复新技术的开发提供理论依据.

微塑料(microplastics,MPs)作为一种新兴污染物,广泛存在于土壤中,并不断迁移转化,对土壤生态系统和生物多样性产生潜在风险.为了全面评估土壤MPs的环境风险,加强MPs污染的风险管控,讨论了土壤环境中MPs的类型,系统阐述了土壤MPs的载体效应和迁移行为,并从微生物、植物、动物以及人类四个方面综述了土壤MPs的潜在风险.土壤中MPs并不是单独存在的,MPs的潜在风险一方面来自其本身(颗粒和添加剂)的生物毒性,另一方面是其对共存污染物(有机污染物、重金属和致病菌等)的载体效应.在非生物(淋溶、重力)和生物等作用下,土壤中的MPs时刻都在经历着复杂的迁移过程,从而加剧了其对土壤生态系统的影响.由于粒径小,MPs很容易进入食物链并层层传递,从而对不同营养级生物的正常生理活动产生不利影响,包括影响土壤动植物的新陈代谢,生长,发育和繁殖.此外,MPs不仅在环境中存在,而且也在人体中被发现.MPs可通过饮食、呼吸或皮肤接触等途径进入人体,从而对人体可能产生一系列不良反应.虽然目前仍没有足够的证据证明MPs对人体的直接危害,但其潜在风险仍不容忽视.探讨了土壤MPs污染治理的策略,并对未来土壤微塑料污染的研究方向和重点进行了展望.研究将有助于加深入们对土壤微塑料污染的认识,并为更好地开展微塑料的毒理效应研究和风险评估提供科学线索和理论参考.

微塑料因在土壤环境中广泛存在及其潜在的生态风险而受到越来越多的关注.微塑料的赋存会改变土壤理化性质,并对土壤微生物群落及其驱动的生物地球化学过程产生影响,而相关研究尚处于起步阶段.可生物降解塑料作为传统塑料的替代品,越来越多地应用于农业活动,并释放到土壤中.然而,可生物降解微塑料对土壤微生物特性产生影响的研究鲜有报道.基于此,本试验以我国三江平原水稻田土壤为研究对象,选取了 2种常见的微塑料为试验材料,分别为传统型微塑料聚丙烯(Polypropylene,PP)和可降解微塑料聚乳酸(Polylactic acid,PLA),进行了为期41d的微宇宙培养实验,旨在分析不同浓度与类型的微塑料对土壤可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)含量及官能团特征、温室气体排放以及微生物群落结构的差异性影响.结果表明,传统型微塑料PP与可降解微塑料PLA添加均对土壤理化性质与微生物群落产生显著影响.其中,微塑料添加大体上增加了土壤DOC含量,PLA的促进作用较为明显,且增加含量与微塑料添加量呈正相关;PP和PLA均影响土壤DOC分子结构,削弱了土壤团聚化程度并促进了大分子量DOC化合物的生成;微塑料的添加促进土壤CH4排放,而有效抑制了土壤CO2排放;微塑料显著改变了土壤细菌和真菌群落的丰富度与多样性.相关分析结果表明,土壤CO2累计排放量与芳香族化合物结构及疏水性等官能团特征、变形菌门(Proteobacteria)与放线菌门(Actinobacteria)均呈显著正相关关系.以上结果表明,微塑料添加改变了土壤DOC含量及官能团特征与微生物环境,进而影响土壤温室气体排放.本研究为今后微塑料对土壤地球化学和微生物特性的影响研究提供了科学的思路,同时也有助于评估微塑料对土壤生态系统的生态风险.

塑料因其多功能性和耐久性而被广泛使用,这导致大量塑料垃圾在环境中积累[1] . 塑料主要通过微生物作用、紫外线照射或物理磨损等途径逐渐降解,最终降解为直径小于5mm的新型环境污染物——微塑料(Microplastics,MPs)[2]. 最近研究表明,在污水、海洋、土壤、空气、饮用水,甚至食盐中都发现了MPs[3-5] . 此外,由于 MPs具有体积小、难降解、易摄入等特性,易在生物体内积累[6] ,进而造成生物体功能损害.

禾本科/豆科作物间作能够促进作物生长与产量形成,而根际微生物组被认为与间作产量优势形成关系密切.将玉米和花生进行盆栽间作并设置以下三种根系分隔方式:塑料膜分隔(即全隔玉米与全隔花生)、尼龙网分隔(即网隔玉米与网隔花生)、无分隔处理(即无隔玉米与无隔花生),采用基于16S rRNA基因的高通量测序技术及PICRUSt功能预测分析不同模式下二者根际细菌群落结构与功能类群的变化,以期从土壤微生物组角度阐明玉米/花生间作产量优势形成的内在机制.结果显示:玉米/花生间作明显改变了二者根际细菌群落结构,无隔、网隔玉米的根际细菌群落结构更为相似并区别于全隔玉米,而网隔花生根际细菌群落结构明显区别于无隔、全隔花生.而且,无隔、网隔玉米根际放线菌门的相对丰度显著高于全隔玉米,网隔花生根际放线菌门、厚壁菌门的相对丰度显著高于全隔、无隔花生,而芽单胞菌门呈现相反的变化趋势.在玉米和花生根际,无隔、网隔处理高于全隔处理的OTU也均主要注释为放线菌门.共存网络分析发现,作为玉米根际细菌网络重要节点的Streptomyces、Actinomadura、Arthrobacter、Bacillus等菌属其丰度变化表现为无隔、网隔处理高于全隔处理;类似地,花生根际Streptomyces、Actinomadura、Arthrobacter等重要节点也呈现网隔处理高于无隔、全隔处理的变化趋势.最后,PICRUSt功能预测分析发现,玉米/花生间作显著提高了膜转运、碳水化合物代谢等功能类的相对丰度而降低了复制与修复等功能类的相对丰度.综上可见,玉米/花生间作选择塑造了二者的根际细菌群落结构,增加了特定潜在有益菌群的丰度,改善了根际微生态环境与功能,进而促进间作下产量优势的形成.

酞酸酯是目前世界上产量最大、应用面积最广的人工合成有机物,作为塑化剂被广泛应用于塑料制品中.近年来发现酞酸酯是一类典型的环境内分泌干扰物.随着生活中塑料制品日益增多,尤其是农用薄膜和有机肥的大量使用,农田土壤中酞酸酯污染日益加剧,酞酸酯污染土壤的修复逐渐引起国内外学者的广泛关注.生物修复具有价格低廉、效果良好和环境友好等特点,尤其适合于大面积污染农田土壤修复.从植物修复、微生物修复、植物微生物联合修复和动物修复等方面综述了国内外酞酸酯污染土壤生物修复的研究现状,并从高效修复植物筛选及机理探讨、实际污染土壤的降解菌修复研究、高效降解菌群的构建和作用机制等方面对该领域的研究进行了展望,以期为酞酸酯污染土壤的修复研究提供借鉴并拓展新的思路.

微塑料是指环境中粒径小于5 mm的塑料纤维、颗粒或薄膜,作为一种新型的环境污染物,其污染状况和毒性效应日益受到关注.微塑料广泛存在于大气、水体和土壤等环境介质中,通过胃肠道摄入、呼吸道吸入和皮肤接触等途径富集于生物体内,可诱导细胞毒性、损伤组织器官以及产生复合暴露健康危害效应.本文系统回顾了微塑料在生物体中的暴露途径、健康危害效应及作用机制,为微塑料的环境健康危害研究提供参考.

聚乙烯(polyethylene,PE)是产量最大的通用塑料之一,通常被加工成一次性包装材料(包括塑料袋及容器)和农用薄膜等.PE塑料的广泛应用导致大量PE废弃物的累积,对生态环境造成严重的威胁.自20世纪70年代以来,一些研究陆续报道了PE塑料被微生物降解的现象,并从土壤、海洋、垃圾堆置点及昆虫肠道等生境中分离筛选到了若干种具有一定PE塑料降解能力的菌株,而且发现一些单加氧酶、过氧化物酶和漆酶等氧化还原酶对PE塑料具有氧化降解能力.这些研究为发展PE塑料废弃物生物降解处理技术提供了一定的依据.本文总结和分析了PE塑料降解微生物的分离和筛选方法,以及已报道的PE塑料降解微生物和降解酶的研究进展,以期为进一步研究PE塑料的微生物降解机理和处理技术提供参考.

[背景]在我国农业生产中大量使用的聚乙烯(polyethylene,PE)地膜难以降解,在土壤中长期累积影响农作物生长并破坏生态环境,发掘微生物资源,寻求聚乙烯生物降解途径对治理"白色污染"具有重要意义.[目的]以不同来源的啮食塑料昆虫大蜡螟、黄粉虫为材料,从肠道菌群中分离筛选出对PE具有降解能力的细菌菌株,研究其降解农用地膜的效能.[方法]饲喂PE膜片驯化大蜡螟、黄粉虫幼虫,采集肠道液富集培养、共代谢驯化、选择培养基筛选等方法从肠道细菌中分离出以PE为唯一碳源的细菌菌株.将菌株接种到以PE膜片为唯一碳源的培养基中共培养,通过测定菌体生长量,定期检测膜片失重率,结合高分辨场发射扫描电子显微镜观察、红外扫描分析和膜片力学性能测定,评价菌株对聚乙烯地膜的降解效果.对筛选出的降解性能良好的菌株通过16SrRNA基因扩增和序列分析进行菌株鉴定.[结果]从新疆蜜蜂蜂巢中的土著大蜡螟肠道分离获得的聚乙烯降解菌菌株最多,其聚乙烯的降解效率高于其他来源的分离菌株.从中筛选出具有较高降解能力的3个菌株XJDLM-3、XJDLM-8和XJDLM-12,它们能利用PE膜片生长,扫描电镜观察经过30 d降解的PE膜片表面出现明显的侵蚀孔洞和裂痕,红外扫描图谱发生改变,拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量等力学性能显著下降,膜片失重率分别达到了8.06％、5.66％和5.39％.从新疆蜜蜂蜂巢中的土著大蜡螟肠道分离出降解效果较好的细菌菌株,经鉴定XJDLM-8和XJDLM-12为Bacillus cereus,XJDLM-3为Enterobacter bugandensis.[结论]证明了新疆蜜蜂蜂巢中的土著大蜡螟肠道存在对PE具有较高降解能力的菌株,丰富了PE降解菌的菌种资源,在PE地膜降解中具有开发应用的潜力.

[目的]农用地膜主要成分为聚乙烯(polyethylene,PE),因其难以被降解,其废弃物常造成"白色污染",本研究从常年覆盖农用地膜的土壤中筛选PE降解菌,并探究其对PE制品的降解效能.[方法]采集的土壤样品用PE为唯一碳源的无机盐培养基进行富集,筛选、纯化PE降解菌,分离菌通过形态染色、生理生化特征、16SrRNA基因序列分析进行鉴定,检测其在不同PE浓度(0％、0.05％、0.10％、0.25％、0.50％、1.00％、2.00％、3.00％)的无机盐培养基中的生长曲线,最后通过扫描电镜、光镜观察,检测分离菌对农用地膜的降解效能.[结果]从土壤中筛选获得一株能够降解PE的分离菌株(命名为SW1),初步鉴定其为放线菌的诺卡氏菌属Nocardiasp..SW1的生长对PE具有明显浓度依赖,在含2％PE的无机盐培养基中生长最快,在培养的第48 h菌液浓度开始明显增加,第60h达到最大,而在不含PE的无机盐培养基中未见生长.形态生理学观察表明,35 ℃培养15 d后,扫描电镜观察可见有大量菌嵌入膜内或附于膜表面生长,膜表面粗糙,并开始出现破损;培养60 d后,光镜观察可见膜大面积破损,并出现空洞.[结论]从土壤中筛选获得了一株能够有效降解PE制品的放线菌菌株Nocardiasp.SW1.该研究丰富了PE制品降解微生物的菌种资源,为PE塑料废弃物的生物降解提供了科学数据与参考.