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      廣西植物研究所環境生態學研究團隊在水生態毒理效應方面的研究取得階段性系列成果

      廣西植物研究所環境生態學研究團隊在水生態毒理效應方面的研究取得階段性系列成果

      發布時間:2020-01-20 15:41:00    來源: 植物所     瀏覽量:

       廣西植物研究所生態與環境研究中心環境生態學課題組近年來致力于開展在全球環境變化背景下化學污染物對水生態毒理效應的研究,目前已取得階段性系列成果。相關成果發表在國際權威期刊Ecotoxicology and Environmental Safety[1] (JCR Q1區,IF2018=4.527)、International Journal of Molecular Sciences[2, 3] (中科院生物學2區,Top期刊,IF2018=4.183)和Open Chemistry [4]上,均以蒲高忠博士為第一作者或通訊作者。

      植物凋落物的降解是一個把河岸植被、微生物和無脊椎動物相關聯的關鍵生態學過程,是水生食物網的關鍵組成部分。植物凋落物的降解不僅是河流營養物質的輸入者,而且還是許多生態學過程的支撐者,對河流生態系統健康程度的評估具有重要意義。隨著人類活動的加劇,水環境除了受到傳統化學污染物(重金屬、農藥和納米材料等)的影響,還受到全球環境變化(如全球變暖和光污染)的影響。然而目前對這些環境變化和已存化學污染物對水生態系統中這一重要生態學過程的影響還不清楚?;诖?,廣西植物研究所環境生態學研究團隊蒲高忠博士對河流生態系統中As、Cd、Pb、Cu-Zn污染與環境變化[增溫和人造光污染(ALAN)]對凋落物降解相關過程的復合作用開展了一系列研究。

      夜間人造光(ALAN)已被證明是全球環境變化和生物多樣性威脅的重要原因之一,但目前對其與不同化學污染物的潛在相互作用與水生態系統的影響知之甚少?;诖?,廣西植物研究所環境生態學研究團隊對ALAN條件下,As、Cd和Pb對喀斯特河流生態系統中植物凋落物降解過程及其相關的微生物群落結構和功能的影響進行了研究。研究結果表明ALAN對As[1] 、Cd[2]和Pb[3]的毒理學效應存在不同的影響機制。ALAN對As毒理學效應結果表明(圖1):ALAN可通過影響河流水體和葉凋落物特征、砷在水環境中的賦存狀態(三價砷和五價砷之間轉化)、凋落物降解相關的微生物群落結構和代謝活動(如水解酶脫氫酶、堿性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶和纖維二糖水解酶)來改變砷對淡水生物群和生態系統過程的影響。ALAN對Cd毒理學效應結果顯示(圖2): ALAN和Cd復合處理的葉片凋落物分解率比僅Cd處理的高71%,表明ALAN的存在減弱了Cd對葉片凋落物分解的負面影響,其主要原因歸因于真菌群落的變化和代謝功能的增強。ALAN對Pb毒理學效應結果表明(圖3):ALAN暴露顯著增加了楓楊葉凋落物的分解,降低了楓楊葉凋落物中木質素的含量,并改變了主導該過程的水生真菌群落的組成和結構;ALAN暴露條件下Pb對凋落物的降解速率比沒有ALAN條件下的高51%,其主要原因歸因于微生物量的增加,β-葡萄糖苷酶活性增強以及該酶與凋落物分解速率之間的相關性的增加。

      此外,對模擬增溫和Cu和Zn復合作用對河流凋落物降解過程的研究結果顯示,模擬增溫5℃會明顯減弱重金屬(Cu和Zn)對河流植物凋落物降解速率,主要歸因于升高的纖維二糖水解酶和β-葡萄糖苷酶活性以及凋落物木質素含量的下降[4]。表明如果目前被污染的河流進一步受重金屬污染,由于溫度上升而導致的微生物調節的凋落物降解過程的潛在刺激效應可能會被加強。

      上述研究得到了國家自然科學基金項目(31660154)、廣西自然科學基金項目(2015GXNSFAA139072)和廣西植物研究所基金項目(桂植業15004)的資助。

      圖1. 夜間人造光(ALAN)通過影響砷轉化減輕了砷對凋落物降解的影響.jpg

      圖1. 夜間人造光(ALAN)通過影響砷轉化減輕了砷對凋落物降解的影響

       

      圖2. 夜間人造光(ALAN)減輕了鎘對淡水生態系統的負面影響.jpg

      圖2. 夜間人造光(ALAN)減輕了鎘對淡水生態系統的負面影響

       

      圖3. 夜間人造光(ALAN)改變了鉛對凋落物降解及其微生物群落結構和功能的影響.jpg

      圖3. 夜間人造光(ALAN)改變了鉛對凋落物降解及其微生物群落結構和功能的影響

       

      文章鏈接:

      [1].   https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.110014

      [2].   https://doi.org/10.3390/ijms21020422

      [3].   https://doi.org/10.3390/ijms20061343

      [4].   https://doi.org/10.1515/chem-2018-0049

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