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桂林植物園在水生態(tài)毒理效應(yīng)方面的研究取得階段性系列成果
廣西中科院植物研究所（桂林植物園）生態(tài)與環(huán)境研究中心環(huán)境生態(tài)學(xué)課題組近年來致力于開展在全球環(huán)境變化背景下化學(xué)污染物對水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究，目前已取得階段性系列成果。相關(guān)成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊Ecotoxicology and Environmental Safety[1](JCR Q1區(qū)，IF2018=4.527)、International Journal of Molecular Sciences[2, 3](中科院生物學(xué)2區(qū)，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(guān)聯(lián)的關(guān)鍵生態(tài)學(xué)過程，是水生食物網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分。植物凋落物的降解不僅是河流營養(yǎng)物質(zhì)的輸入者，而且還是許多生態(tài)學(xué)過程的支撐者，對河流生態(tài)系統(tǒng)健康程度的評估具有重要意義。隨著人類活動的加劇，水環(huán)境除了受到傳統(tǒng)化學(xué)污染物(重金屬、農(nóng)藥和納米材料等)的影響，還受到全球環(huán)境變化(如全球變暖和光污染)的影響。然而目前對這些環(huán)境變化和已存化學(xué)污染物對水生態(tài)系統(tǒng)中這一重要生態(tài)學(xué)過程的影響還不清楚?；诖?，我所環(huán)境生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊蒲高忠博士對河流生態(tài)系統(tǒng)中As、Cd、Pb、Cu-Zn污染與環(huán)境變化[增溫和人造光污染(ALAN)]對凋落物降解相關(guān)過程的復(fù)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(huán)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(xué)污染物的潛在相互作用與水生態(tài)系統(tǒng)的影響知之甚少?；诖?，我所環(huán)境生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊對ALAN條件下，As、Cd和Pb對喀斯特河流生態(tài)系統(tǒng)中植物凋落物降解過程及其相關(guān)的微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的影響進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明ALAN對As[1]、Cd[2]和Pb[3]的毒理學(xué)效應(yīng)存在不同的影響機制。ALAN對As毒理學(xué)效應(yīng)結(jié)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(huán)境中的賦存狀態(tài)(三價砷和五價砷之間轉(zhuǎn)化)、凋落物降解相關(guān)的微生物群落結(jié)構(gòu)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(tài)系統(tǒng)過程的影響。ALAN對Cd毒理學(xué)效應(yīng)結(jié)果顯示(圖2)：ALAN和Cd復(fù)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(fù)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(xué)效應(yīng)結(jié)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(zhì)素的含量，并改變了主導(dǎo)該過程的水生真菌群落的組成和結(jié)構(gòu);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(guān)性的增加。
此外，對模擬增溫和Cu和Zn復(fù)合作用對河流凋落物降解過程的研究結(jié)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(zhì)素含量的下降[4]。表明如果目前被污染的河流進(jìn)一步受重金屬污染，由于溫度上升而導(dǎo)致的微生物調(diào)節(jié)的凋落物降解過程的潛在刺激效應(yīng)可能會被加強。
上述研究得到了國家自然科學(xué)基金項目(31660154)、廣西自然科學(xué)基金項目(2015GXNSFAA139072)和廣西植物研究所基金項目(桂植業(yè)15004)的資助。
圖1.夜間人造光(ALAN)通過影響砷轉(zhuǎn)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(tài)系統(tǒng)的負(fù)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(jié)構(gòu)和功能的影響
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