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金属硫化物超细颗粒的环境行为和生物效应

中国环境科学 2024年第2期44卷 1071-1084页

作者：关文宇张展华张彤南开大学环境科学与工程学院天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室天津300350

微纳尺度的金属硫化物超细颗粒在自然环境中分布广泛且可长期稳定存在,具有不同于大尺寸矿物的理化性质和反应活性.正确认识金属硫化物超细颗粒的来源、环境行为和生物效应,准确评估其对人体和环境的潜在健康风险,已成为环境科学领域热... 详细信息

微纳尺度的金属硫化物超细颗粒在自然环境中分布广泛且可长期稳定存在,具有不同于大尺寸矿物的理化性质和反应活性.正确认识金属硫化物超细颗粒的来源、环境行为和生物效应,准确评估其对人体和环境的潜在健康风险,已成为环境科学领域热点之一.基于此,本文综述了金属硫化物超细颗粒的自然来源和人为来源,重点分析了金属硫化物超细颗粒的团聚、转化和吸附等环境行为及其对微生物、植物、动物等生物体的影响效应.最后,针对目前研究中存在的难点问题,着重从金属硫化物超细颗粒精准识别和定量、超细颗粒与污染物及生物细胞的界面反应过程、超细颗粒与生物体作用的分子学机制和原位表征技术开发等方面进行了展望.

关键词：金属硫化物超细颗粒来源环境行为生物效应

根施伯克氏菌对小麦镉吸收转运的两段式阻控作用

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环境科学 2024年第2期45卷 1150-1160页

作者：郭佳佳王常荣刘仲齐黄青青张长波黄永春薛卫杰孙约兵农业农村部环境保护科研监测所农业农村部产地环境污染防控重点实验室天津市农业环境与农产品安全重点实验室天津300191 东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150030

为评估将伯克氏菌Y4(Burkholderia sp.Y4)作为污染农田小麦降镉(Cd)菌的可行性,通过微生物高通量测序、土壤Cd逐级提取、小麦Cd亚细胞分布和赋存形态检测等手段,分析了菌株Y4处理下根际土壤微生物群落和Cd有效态变化,以及小麦根、基节... 详细信息

为评估将伯克氏菌Y4(Burkholderia sp.Y4)作为污染农田小麦降镉(Cd)菌的可行性,通过微生物高通量测序、土壤Cd逐级提取、小麦Cd亚细胞分布和赋存形态检测等手段,分析了菌株Y4处理下根际土壤微生物群落和Cd有效态变化,以及小麦根、基节、节间和籽粒Cd含量及其转运特征.结果表明,根施菌株Y4显著降低了小麦根部和籽粒Cd含量,与对照处理相比降幅分别为7.7%和30.3%.小麦营养器官Cd含量及Cd转移因子结果显示,菌株Y4处理使Cd从基节向节间的转移因子降低79.3%,小麦节间Cd含量也随之降低50.9%.Cd赋存形态研究发现,菌株Y4处理增加了根和基节中残渣态Cd占比,降低了根系中无机态和水溶态Cd的含量,并提高了基节中残渣态Cd含量.进一步检测Cd的亚细胞分布发现,根细胞壁和基节细胞液中Cd含量增幅分别达21.3%和98.2%,可见菌株Y4处理提高了根细胞壁和基节细胞液对Cd的固定能力.深入研究根际土壤发现,菌株Y4处理使小麦成熟期根际伯克氏菌的相对丰度由9.6%提高至11.5%,并改变了土著微生物的群落结构,提高了Gemmatimonadales、Pseudomonadales和Chitinophagales等相对丰度,并降低了Acidobacteriota等相对丰度.同时,施加菌株Y4提高了根际土pH值,增幅达8.3%;降低了土壤中的可交换态Cd、碳酸盐结合态Cd和铁锰氧化物结合态Cd含量,其降幅分别达44.4%、21.7%和15.9%,而残渣态Cd比例高达53.6%.根施菌株Y4提高了土壤中硝态氮和铵态氮的含量,增幅可达22.0%和21.4%,并且碱解氮含量也有一定程度提高.由此可见,根施菌株Y4不但提高了土壤氮素可利用性,同时能够通过降低根际土壤中Cd有效性、提高小麦根和基节的Cd拦截固定能力,“两段式”阻控污染土壤中Cd向小麦籽粒的转运积累.故伯克氏菌Y4作为小麦降Cd促生菌剂具有一定的应用潜力.

关键词：伯克氏菌小麦镉(Cd) 吸收微生物群落结构

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多源低热值燃气无焰燃烧的数值模拟研究

煤炭学报 2024年第S1期49卷 362-374页

作者：颜蓓蓓刘晓芸周生权陈冠益天津大学环境科学与工程学院天津市生物质废物利用重点实验室天津商业大学机械工程学院

生物质、生活垃圾、低品位煤等原料通过厌氧发酵、热解气化等技术可制备燃气。这既能处理固体废弃物、清洁利用煤，又能产生可利用的燃气，具有能源和环保的双重效益。但制得的燃气热值低、组成复杂、不可燃组分多，且组成受原料、工艺... 详细信息

生物质、生活垃圾、低品位煤等原料通过厌氧发酵、热解气化等技术可制备燃气。这既能处理固体废弃物、清洁利用煤，又能产生可利用的燃气，具有能源和环保的双重效益。但制得的燃气热值低、组成复杂、不可燃组分多，且组成受原料、工艺影响变化较大，采用传统燃烧方式存在点火困难、燃烧不稳定、污染物不易控制等问题。无焰燃烧是一种低氧条件下的温和燃烧模式，污染物排放量低、燃烧效率高，有助于解决这些问题。因此，采用详细化学反应机理GRI Mech 3.0和涡耗散概念（EDC）模型，通过湍流与化学反应的耦合计算，对3种低热值燃气无焰燃烧过程进行数值模拟研究。实验数据验证该方法能够准确地模拟实际燃烧器中的无焰燃烧。随后对沼气、生物质气化气、煤气化气进行无焰燃烧数值模拟研究，包括温度场、组分场、OH自由基分布和污染物排放等，并通过对燃烧器的改进成功实现了生物质气化气和煤气化气的无焰燃烧。结果表明，生物质气化气、煤气化气在进行无焰燃烧时温度分布比天然气、沼气的温度分布更加均匀、反应区结构更大，且NOx接近“零排放”；CO2的稀释对于无焰燃烧有促进作用；CH4成分的存在会改变反应区及OH分布，使温度分布更加趋于不均匀。将3种低热值燃气无焰燃烧横向对比发现，即便输入功率一样，燃气热值越低，炉膛整体温度越低，但烟气量更大，因此应加强烟气的余热利用，增大系统的热效率。

关键词：无焰燃烧 MILD燃烧数值模拟低热值燃气氮氧化物排放

基于生物信息学方法筛选复发性流产中巨噬细胞相关的免疫特征基因

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中华生殖与避孕杂志 2024年第6期44卷 617-627页

作者：郭艺芬任舒悦高志贤顾艳天津医科大学第二医院计划生育科天津300211 天津市环境与作业医学研究所、天津市环境与食品安全风险评估与控制技术重点实验室天津300050

目的通过生物信息学分析方法,筛选可能导致复发性流产(recurrent miscarriage,RM)的母胎免疫微稳态失衡相关基因,寻找潜在的RM分子标志物。方法从Gene Expression Omnibus(GEO)数据库下载由24例RM患者和24例正常对照妇女子宫内膜组织数... 详细信息

目的通过生物信息学分析方法,筛选可能导致复发性流产(recurrent miscarriage,RM)的母胎免疫微稳态失衡相关基因,寻找潜在的RM分子标志物。方法从Gene Expression Omnibus(GEO)数据库下载由24例RM患者和24例正常对照妇女子宫内膜组织数据所组成的数据集GSE165004,采用R语言的Limma包及CIBERSOR免疫浸润和加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)方法,筛选了差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)和免疫相关模块;通过基因集富集分析(gene set enrichment analysis,GSEA)和基因集变异分析(gene set variation analysis,GSVA),评价了这些核心基因的功能关联性。最后我们使用蜕膜组织的数据集GSE161969进一步验证了关键基因的诊断价值。结果通过差异分析,识别出580个差异表达基因,并通过WGCNA筛选得到3271个与免疫相关的模块基因;利用机器学习技术,鉴定出FGF2、ANO1和LAPTM5作为关键基因,并通过GSVA分析,发现这些基因在免疫浸润和巨噬细胞途径中发挥重要作用。结论FGF2、ANO1和LAPTM5可能参与RM的免疫致病途径,是潜在的RM生物标志分子。

关键词：机器学习复发性流产生物信息学免疫浸润加权基因共表达网络分析

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蚯蚓肠道微生物与污染物的互作效应及机制

生态学杂志 2024年第4期43卷 1170-1182页

作者：符芙蓉孙扬赵丽霞李晓晶翁莉萍李永涛农业农村部环境保护科研监测所农田有机污染生物消减创新团队/农业农村部产地环境污染防控重点实验室/天津市农业环境与农产品安全重点实验室天津300191 华南农业大学资源环境学院广州510642

蚯蚓具有固氮溶磷、促植物生长、指示土壤污染、去除污染物等多种生态功能,其肠道微生物起关键作用。人类日益增强的活动使得土壤环境中存在大量外源重金属、抗生素、农药、微塑料等污染物,这些污染物经蚯蚓摄食后进入肠道与其中的微生... 详细信息

蚯蚓具有固氮溶磷、促植物生长、指示土壤污染、去除污染物等多种生态功能,其肠道微生物起关键作用。人类日益增强的活动使得土壤环境中存在大量外源重金属、抗生素、农药、微塑料等污染物,这些污染物经蚯蚓摄食后进入肠道与其中的微生物发生相互作用。一方面,土壤污染物通过改变土壤及蚯蚓肠道环境影响肠道菌群的组成和状态;另一方面,蚯蚓肠道微生物也能通过微生物降解、生物富集和吸附转化对土壤污染物起到去除作用。本文主要从污染物胁迫下蚯蚓肠道微生物的变化情况和蚯蚓肠道微生物对污染物的去除作用两个方面综述蚯蚓肠道微生物和土壤污染物之间的互作效应及响应机制。此外,本文还探讨了当前多组学分析技术在蚯蚓肠道微生物对环境污染物去除方面的应用情况。以期进一步阐明蚯蚓肠道微生物的生态功能,使蚯蚓在修复与清洁农业生产环境方面发挥更大的作用。

关键词：土壤蚯蚓肠道微生物污染物去除作用胁迫效应

南水北调泵站调节池表层沉积物抗生素抗性基因分布特征及影响因素

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环境科学 2024年

作者：李菲邱春生王晨晨许菲王栋刘楠楠陈旭王少坡天津城建大学环境与市政工程学院天津市水质科学与技术重点实验室

南水北调中线工程天津段原水枢纽泵站调节池承接引汉江原水和市区水厂，是保障供水安全的重要设施，上游原水携带的大量颗粒污染物沉积于调节池。分别于2022年夏季、秋季、冬季和2023年春季采集调节池不同区域表层沉积物样品，利用宏基... 详细信息

南水北调中线工程天津段原水枢纽泵站调节池承接引汉江原水和市区水厂，是保障供水安全的重要设施，上游原水携带的大量颗粒污染物沉积于调节池。分别于2022年夏季、秋季、冬季和2023年春季采集调节池不同区域表层沉积物样品，利用宏基因组测序技术，分析其抗生素抗性基因(ARGs)的分布特征及影响因素，并对沉积物ARGs与理化指标、微生物群落结构和可移动遗传元件(MGEs)类型的相关性进行了分析。结果表明，调节池表层沉积物样品中检测出20种抗生素抗性类型和921种ARGs亚型，不同取样时间和取样点样品中优势ARGs为多重耐药类、MLS类、四环素类和糖肽类，主要耐药机制为外排泵。相关性分析发现，沉积物的TN、NO3--N、TP和OM与多种丰度前20的ARGs呈显著相关(P生物菌属中有19种与ARGs呈显著相关(P<0.05)；接合转移蛋白、重组酶和转座酶这些MGEs类型与多种丰度前20的ARGs呈显著正相关(P<0.05)。

关键词：南水北调中线工程抗生素抗性基因(ARGs) 宏基因组时空分布微生物群落结构

去除软骨浅表区后对软骨表面形貌及力学行为的影响

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生物医学工程学杂志 2024年第2期41卷 328-334页

作者：王雅博刘婕高丽兰谭沿松陈瑞琦张春秋天津理工大学机械工程学院、天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津300384 天津市骨植入物界面功能化与个性研究企业重点实验室天津300190 嘉思特医疗器材(天津)股份有限公司天津300190

软骨浅表区缺失是引发骨关节炎的一个重要因素,探究软骨浅表区缺损对其表面形貌及力学性能的影响非常重要。本文取成年猪膝关节软骨,分别采用糜蛋白酶酶解处理和电摩擦笔物理去除方法,对其表面进行处理,将正常软骨和表面处理后的软骨分... 详细信息

软骨浅表区缺失是引发骨关节炎的一个重要因素,探究软骨浅表区缺损对其表面形貌及力学性能的影响非常重要。本文取成年猪膝关节软骨,分别采用糜蛋白酶酶解处理和电摩擦笔物理去除方法,对其表面进行处理,将正常软骨和表面处理后的软骨分为五组:对照组(正常软骨组)、糜蛋白酶浸泡组、糜蛋白酶擦拭组、电摩擦笔去除10%组、电摩擦笔去除20%组。使用激光光谱共聚焦显微镜和环境场扫描电子显微镜对五组样本进行表面形貌及结构表征,并开展拉伸实验评估每组样本力学性能。研究表明,对照组的表面算术平均高度最小、断裂强度最小、断裂应变最大;电摩擦笔去除20%组的表面算术平均高度最大、断裂强度最大、断裂应变最小,其余三组表面算术平均高度、断裂强度和断裂应变值均介于上述两组之间,其中电摩擦笔去除10%组、糜蛋白酶擦拭组、糜蛋白酶浸泡组表面算术平均高度和断裂强度依次降低,断裂应变依次增大。此外,课题组对不同组弹性模量展开研究,结果表明,对照组弹性模量最小,电摩擦笔去除20%组弹性模量最大。以上研究发现,软骨浅表区的缺损改变了其表面形貌和结构,降低了其力学性能。本文研究成果或对软骨损伤预防及缺损修复具有重要意义。

关键词：关节软骨浅表区缺损表面形貌力学性能

餐厨基生物炭特性及其促进生物发酵潜力研究进展

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应用与环境生物学报 2024年

作者：宋英今曾雅美陈冠益穆兰颜蓓蓓罗裕兴天津大学环境科学与工程学院天津市生物质废物利用重点实验室天津市生物质燃气/油技术工程研究中心天津市有机废物安全处置与能源利用工程研究中心天津商业大学环境能源+X创新实验室

随着社会的不断发展，我国餐厨垃圾的产量逐年增加。餐厨垃圾成分复杂、含水率高、并且富含有机物，焚烧、填埋等传统餐厨垃圾处理方法在节能环保方面仍存在一定的局限性。炭化技术是一种能耗低、处理速度快、产物价值高的热化学处理技... 详细信息

随着社会的不断发展，我国餐厨垃圾的产量逐年增加。餐厨垃圾成分复杂、含水率高、并且富含有机物，焚烧、填埋等传统餐厨垃圾处理方法在节能环保方面仍存在一定的局限性。炭化技术是一种能耗低、处理速度快、产物价值高的热化学处理技术。它能够实现餐厨垃圾的稳定化、减量化和资源化，所得的碳材料具有广阔的应用前景。首先，综述了当前常见餐厨原料制备生物炭的研究进展，总结了餐厨基生物炭的理化特性。餐厨基生物炭具有炭化程度高、孔隙结构发达、表面含N官能团丰富的优点。其次，详细讨论了餐厨基生物炭对生物发酵的促进效果和影响机制。餐厨基生物炭能够通过减弱氨氮等抑制因子的影响、促进微生物直接种间电子传递等机制来改善厌氧发酵系统的性能，也能通过改善堆体理化性质、减少碳氮营养元素的流失、增加微生物多样性等机制来提高堆肥的腐殖化程度。未来应重点关注餐厨基生物炭的生产工艺改进及强化生物发酵的中试和大规模的试验，并借助生态足迹、生命周期评价等手段对添加生物炭所带来的经济效益及环境影响进行评估，为餐厨基生物炭在生物发酵领域的工业化应用提供参考。（图3 表5 参78）

关键词：餐厨垃圾餐厨基生物炭厌氧发酵好氧堆肥添加剂

不同钝化剂对土壤镉有效性与生物可给性的对比影响研究

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农业环境科学学报 2024年

作者：许华强王林孙约兵戴子纯邓凯王童玉梁学峰农业农村部环境保护科研监测所公共实验室农业农村部产地环境污染防控重点实验室/天津市农业环境与农产品安全重点实验室农业农村部环境保护科研监测所

为探究不同钝化剂对土壤镉（Cd）有效性和生物可给性的影响，本文开展土培实验，研究施用巯基坡缕石（MP）、羟基磷灰石（HAP）、铁改性生物炭（FeBC）对酸性（湘潭）和弱碱性（济源）土壤Cd有效性、化学形态及生物可给性的影响，并通... 详细信息

为探究不同钝化剂对土壤镉（Cd）有效性和生物可给性的影响，本文开展土培实验，研究施用巯基坡缕石（MP）、羟基磷灰石（HAP）、铁改性生物炭（FeBC）对酸性（湘潭）和弱碱性（济源）土壤Cd有效性、化学形态及生物可给性的影响，并通过体外消化与连续提取的联合实验及冗余分析揭示其作用机制。结果表明：添加MP和HAP显著降低供试土壤的Cd有效性，最大降低率分别为82.27%和47.88%；FeBC显著提高Cd有效性。施用MP显著降低济源和湘潭土壤肠阶段的Cd生物可给性，最大降幅分别为97.97%和51.11%；施用HAP显著降低湘潭土壤肠阶段的Cd生物可给性，最大降幅为54.13%；施用高剂量FeBC则显著提高两种土壤胃阶段的Cd生物可给性。施用MP和HAP促进土壤Cd由可交换态向铁锰氧化物结合态转化；施用FeBC则促进土壤碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Cd转化为可交换态Cd。联合实验和冗余分析的结果表明，生物可给态Cd主要来源于可交换态Cd，3种钝化剂主要通过调控可交换态Cd的溶出来影响Cd的生物可给性。研究表明，3种钝化剂中MP钝化效果最佳，在降低土壤Cd污染带来的健康风险方面具有较好的应用价值。

关键词：钝化修复镉有效性生物可给性化学形态