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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

首頁 > 科研進(jìn)展

城市環(huán)境所在藻處理砷微污染水方面取得新進(jìn)展

2019-10-10 城市環(huán)境研究所

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語音播報

　　為了理清有關(guān)環(huán)境因素對藻類砷轉(zhuǎn)化與代謝的影響規(guī)律，近年來，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所城市水環(huán)境過程與生態(tài)風(fēng)險研究組研究員顏昌宙、副研究員羅專溪與閩南師范大學(xué)教授王振紅、美國麻省大學(xué)阿默斯特分校教授邢寶山、比利時根特大學(xué)教授Gijs Du Laing等開展合作研究，采用正交試驗設(shè)計方法（Taguchi methods），選擇五價無機(jī)砷、溶解性無機(jī)氮、溶解性無機(jī)磷和pH值作為主要影響因子，開展了一系列的室內(nèi)模擬研究來確定影響銅綠微囊藻砷生物轉(zhuǎn)化的最優(yōu)化條件及其動力學(xué)特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低磷高氮環(huán)境有利于砷在藻里累積與轉(zhuǎn)化（總量提高且速率增加），相關(guān)研究成果分別發(fā)表在Water research (2017, 118: 167-176) 和Journal of Cleaner Production (2018, 199:112-120)上。鑒于磷對砷生物累積與轉(zhuǎn)化的特殊性，研究人員進(jìn)一步研究了溶解有機(jī)磷(DOP)對藻體中砷酸鹽(As(V))生物積累和轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律，選取了三種不同的有機(jī)磷源(β甘油磷酸鈉(βP)、三磷酸腺苷(ATP)和6葡萄糖磷酸鈉(GP))與無機(jī)正磷酸鹽(IP)進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)IP環(huán)境下銅綠微囊藻能高效識別As(V)和P，但在DOP環(huán)境則沒有觀察到這種識別能力。DOP環(huán)境特別是βP可顯著提高藻體對砷的累積；而GP則明顯促進(jìn)了砷的還原（三價砷高）與甲基化（有機(jī)砷高）。GP環(huán)境下藻體兩個砷還原與甲基化功能基因(arsC和arsM)的相對表達(dá)量較高，印證該GP磷環(huán)境下藻體砷還原和甲基化能力較高的事實（Environmental Pollution, 2019, 118: 167–176）。

　　另外，為了找到藻類修復(fù)砷微污染水體后合適的處置方法，研究人員進(jìn)一步研究負(fù)載砷的藻體在混凝沉淀原位與異位處理時水中砷釋放與形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，常見混凝藥劑中聚合氯化鋁對含砷藻體的沉淀去除效果最好。經(jīng)聚合氯化鋁沉淀去除的含砷藻體原位處理水中，總砷逐漸降低，但三價砷由于水環(huán)境處于還原狀態(tài)而在3天后顯著升高。而在沉淀含砷藻體異位處理的水體中，藻體砷釋放不僅與胞內(nèi)砷含量有關(guān)，還與藻細(xì)胞活躍或熱處理的存活狀態(tài)、放置時間密切相關(guān)。結(jié)果表明含砷藻體原位或者異位處置時，為了降低潛在風(fēng)險，選擇合適的處置時間尤為重要。相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Hazardous Materials (2020, 384, 121249)。這些研究結(jié)果有助于科學(xué)認(rèn)識砷在藻體中的生物代謝行為，在評價與砷污染水體藻類修復(fù)相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵環(huán)境因素和實際應(yīng)用方面具有十分重要的科學(xué)意義。以上研究得到國家自然科學(xué)基金項目、福建省科技引導(dǎo)性項目和福建省新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃等的資助。

　　文章鏈接:1 2

溶解有機(jī)磷促進(jìn)銅綠微囊藻砷累積與轉(zhuǎn)化的作用機(jī)理圖

負(fù)載砷藻體聚合氯化鋁混凝沉淀后原位/異位水體中砷的釋放與轉(zhuǎn)化概圖

　　砷(As)在天然水體中多以砷酸鹽[As(V)]、亞砷酸鹽[As(III)]等無機(jī)形態(tài)和一甲基砷(MMA)、二甲基砷(DMA)等有機(jī)形態(tài)存在，因其不同的生物毒性效應(yīng)與環(huán)境健康風(fēng)險而引起世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。盡管已有的研究表明藍(lán)綠藻等微生物在砷的生物轉(zhuǎn)化與代謝中發(fā)揮重要作用，但是有關(guān)環(huán)境因素對藻類砷轉(zhuǎn)化與代謝的影響、藻類修復(fù)砷污染水體后的處置方法等研究仍然十分缺乏和滯后，不利于藻類修復(fù)砷微污染水體的實際應(yīng)用。
　　為了理清有關(guān)環(huán)境因素對藻類砷轉(zhuǎn)化與代謝的影響規(guī)律，近年來，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所城市水環(huán)境過程與生態(tài)風(fēng)險研究組研究員顏昌宙、副研究員羅專溪與閩南師范大學(xué)教授王振紅、美國麻省大學(xué)阿默斯特分校教授邢寶山、比利時根特大學(xué)教授Gijs Du Laing等開展合作研究，采用正交試驗設(shè)計方法（Taguchi methods），選擇五價無機(jī)砷、溶解性無機(jī)氮、溶解性無機(jī)磷和pH值作為主要影響因子，開展了一系列的室內(nèi)模擬研究來確定影響銅綠微囊藻砷生物轉(zhuǎn)化的最優(yōu)化條件及其動力學(xué)特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低磷高氮環(huán)境有利于砷在藻里累積與轉(zhuǎn)化（總量提高且速率增加），相關(guān)研究成果分別發(fā)表在Water research (2017, 118: 167-176) 和Journal of Cleaner Production (2018, 199:112-120)上。鑒于磷對砷生物累積與轉(zhuǎn)化的特殊性，研究人員進(jìn)一步研究了溶解有機(jī)磷(DOP)對藻體中砷酸鹽(As(V))生物積累和轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律，選取了三種不同的有機(jī)磷源(β甘油磷酸鈉(βP)、三磷酸腺苷(ATP)和6葡萄糖磷酸鈉(GP))與無機(jī)正磷酸鹽(IP)進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)IP環(huán)境下銅綠微囊藻能高效識別As(V)和P，但在DOP環(huán)境則沒有觀察到這種識別能力。DOP環(huán)境特別是βP可顯著提高藻體對砷的累積；而GP則明顯促進(jìn)了砷的還原（三價砷高）與甲基化（有機(jī)砷高）。GP環(huán)境下藻體兩個砷還原與甲基化功能基因(arsC和arsM)的相對表達(dá)量較高，印證該GP磷環(huán)境下藻體砷還原和甲基化能力較高的事實（Environmental Pollution, 2019, 118: 167–176）。
　　另外，為了找到藻類修復(fù)砷微污染水體后合適的處置方法，研究人員進(jìn)一步研究負(fù)載砷的藻體在混凝沉淀原位與異位處理時水中砷釋放與形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，常見混凝藥劑中聚合氯化鋁對含砷藻體的沉淀去除效果最好。經(jīng)聚合氯化鋁沉淀去除的含砷藻體原位處理水中，總砷逐漸降低，但三價砷由于水環(huán)境處于還原狀態(tài)而在3天后顯著升高。而在沉淀含砷藻體異位處理的水體中，藻體砷釋放不僅與胞內(nèi)砷含量有關(guān)，還與藻細(xì)胞活躍或熱處理的存活狀態(tài)、放置時間密切相關(guān)。結(jié)果表明含砷藻體原位或者異位處置時，為了降低潛在風(fēng)險，選擇合適的處置時間尤為重要。相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Hazardous Materials (2020, 384, 121249)。這些研究結(jié)果有助于科學(xué)認(rèn)識砷在藻體中的生物代謝行為，在評價與砷污染水體藻類修復(fù)相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵環(huán)境因素和實際應(yīng)用方面具有十分重要的科學(xué)意義。以上研究得到國家自然科學(xué)基金項目、福建省科技引導(dǎo)性項目和福建省新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃等的資助。
　　文章鏈接:1 2
　　溶解有機(jī)磷促進(jìn)銅綠微囊藻砷累積與轉(zhuǎn)化的作用機(jī)理圖
　　負(fù)載砷藻體聚合氯化鋁混凝沉淀后原位/異位水體中砷的釋放與轉(zhuǎn)化概圖

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