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桂林植物园在水生态毒理效应方面的研究取得阶段性系列成果
时间:2020-01-14  来源:桂林植物园  作者:  点击:

  广西中科院植物研究所(桂林植物园)生态与环境研究中心环境生态学课题组近年来致力于开展在全球环境变化背景下化学污染物对水生态毒理效应的研究,目前已取得阶段性系列成果。相关成果发表在国际权威期刊Ecotoxicology and Environmental Safety[1](JCR Q1区,IF2018=4.527)、International Journal of Molecular Sciences[2, 3](中科院生物学2区,Top期刊,IF2018=4.183)和Open Chemistry[4]上,均以蒲高忠博士为第一作者或通讯作者。

  植物凋落物的降解是一个把河岸植被、微生物和无脊椎动物相关联的关键生态学过程,是水生食物网的关键组成部分。植物凋落物的降解不仅是河流营养物质的输入者,而且还是许多生态学过程的支撑者,对河流生态系统健康程度的评估具有重要意义。随着人类活动的加剧,水环境除了受到传统化学污染物(重金属、农药和纳米材料等)的影响,还受到全球环境变化(如全球变暖和光污染)的影响。然而目前对这些环境变化和已存化学污染物对水生态系统中这一重要生态学过程的影响还不清楚。基于此,我所环境生态学研究团队蒲高忠博士对河流生态系统中As、Cd、Pb、Cu-Zn污染与环境变化[增温和人造光污染(ALAN)]对凋落物降解相关过程的复合作用开展了一系列研究。

  夜间人造光(ALAN)已被证明是全球环境变化和生物多样性威胁的重要原因之一,但目前对其与不同化学污染物的潜在相互作用与水生态系统的影响知之甚少。基于此,我所环境生态学研究团队对ALAN条件下,As、Cd和Pb对喀斯特河流生态系统中植物凋落物降解过程及其相关的微生物群落结构和功能的影响进行了研究。研究结果表明ALAN对As[1]、Cd[2]和Pb[3]的毒理学效应存在不同的影响机制。ALAN对As毒理学效应结果表明(图1):ALAN可通过影响河流水体和叶凋落物特征、砷在水环境中的赋存状态(三价砷和五价砷之间转化)、凋落物降解相关的微生物群落结构和代谢活动(如水解酶脱氢酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶和纤维二糖水解酶)来改变砷对淡水生物群和生态系统过程的影响。ALAN对Cd毒理学效应结果显示(图2):ALAN和Cd复合处理的叶片凋落物分解率比仅Cd处理的高71%,表明ALAN的存在减弱了Cd对叶片凋落物分解的负面影响,其主要原因归因于真菌群落的变化和代谢功能的增强。ALAN对Pb毒理学效应结果表明(图3):ALAN暴露显著增加了枫杨叶凋落物的分解,降低了枫杨叶凋落物中木质素的含量,并改变了主导该过程的水生真菌群落的组成和结构;ALAN暴露条件下Pb对凋落物的降解速率比没有ALAN条件下的高51%,其主要原因归因于微生物量的增加,β-葡萄糖苷酶活性增强以及该酶与凋落物分解速率之间的相关性的增加。

  此外,对模拟增温和Cu和Zn复合作用对河流凋落物降解过程的研究结果显示,模拟增温5℃会明显减弱重金属(Cu和Zn)对河流植物凋落物降解速率,主要归因于升高的纤维二糖水解酶和β-葡萄糖苷酶活性以及凋落物木质素含量的下降[4]。表明如果目前被污染的河流进一步受重金属污染,由于温度上升而导致的微生物调节的凋落物降解过程的潜在刺激效应可能会被加强。

  上述研究得到了国家自然科学基金项目(31660154)、广西自然科学基金项目(2015GXNSFAA139072)和广西植物研究所基金项目(桂植业15004)的资助。

  图1.夜间人造光(ALAN)通过影响砷转化减轻了砷对凋落物降解的影响

  图2.夜间人造光(ALAN)减轻了镉对淡水生态系统的负面影响

  图3.夜间人造光(ALAN)改变了铅对凋落物降解及其微生物群落结构和功能的影响

  文章链接:
      【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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