环境污染研究课题(生态与环境学院潘瑛课题组在污染物生态环境风险评估及污染物生态治理中取得新进展)

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近期，云南大学生态与环境学院潘瑛团队（受损生态系统过程研究团队）针对典型污染物的生态环境风险评估及生态治理这一课题展开研究和汇总，相关成果在环境领域多个权威期刊发表，包括nature index期刊Environmental Science & Technology一篇（影响因子11.357），Journal of Hazardous Materials 两篇（影响因子14.224）和Ecotoxicology and Environmental Safety一篇（影响因子7.129）。研究团队通过群落学方法对抗生素、微塑料和重金属生态环境风险进行研究，检验了该方法的可行性和优越性，并利用群落学原理（共生微生物）开展农作物重金属修复工作，取得了很好的成果。

当前关于环境污染生态风险的评估大多停留在个体响应的层次，用这种方法测得的效应浓度远远超过环境中实际的污染物浓度。因此，按照个体层次的评估标准，污染物的生态风险可能被严重低估。即使不直接致命，低浓度的污染物也会通过亚致死效应损害物种间的相互关系，甚至导致整个生态系统的崩溃。因此，评估污染物对生态系统的风险需要更多的种群和群落层次的证据。正确认识环境污染物的生态风险是潘瑛团队制定其环境安全阈值的重要参考依据，对环境保护的意义不言而喻。此外，群落学评价方法在生态治理方面具有较好的指导作用，该团队通过筛选共生微生物的方式，成功研发了一种降低农作物Cd富集水平的生态修复技术。具体成果如下：

1.文章“Microplastics can affect the trophic cascade strength and stability of plankton ecosystems via behavior-mediated indirect interactions”从浮游动物个体行为、种群动态及浮游生态系统稳定性方法，全面探讨了微塑料的危害。该研究为微塑料通过影响滤食者动物的个体行为介导浮游生态系统结构和稳定性提供了证据，表明微塑料除了直接毒害作用外，低剂量暴露可以对水生生态系统产生深远影响，因此其生态危害可能远远被低估，突出了从种群和群落等系统特征指标评估微塑料风险的重要性。文章发表在Journal of Hazardous Materials（影响因子14.224）。第一作者为潘瑛，通讯作者为陈礼强。

图 1 微塑料在食物链上的积累

在营养级联效应实验中，展示了暴露于0、5、20和40mg/L PE微塑料后，大型溞个体（A-D）消化道中的微塑料数量以及捕食者动物豆娘幼虫（E-H）排泄物中的微塑料数量的真实图像及其相关定量分析（I-J)。

2.文章“Ecotoxicology of microplastics in Daphnia: A review focusing on microplastic properties and multiscale attributes of Daphnia”论述了微塑料对水溞生态毒理效应的最新研究进展，包括：1）水溞个体、种群和群落属性对微塑料的响应；2) 微塑料的物理和化学性质对水溞的影响；3）微塑料与其它污染物的联合毒性对水溞的影响。该文详细论述了如何用群落学方法评价环境中微塑料污染的生态风险，并充分论述了该方法的科学性和研究性。文章发表在Ecotoxicology and Environmental Safety（影响因子7.129）。第一作者为研究生银江，通讯作者为潘瑛。

图2 水溞个体、种群和群落属性对微塑料的响应及其联系

A）生理生化、行为和滤食方面的个体水平属性；B）生长、发育和繁殖方面的个体水平属性；C）种群和群落水平属性。

3.文章“Antibiotic pollution on planktonic ecosystems: A review focused on community analysis and the causal chain linking individual- and community-level responses”集合课题组近5年的研究成果，详细论述了群落学评价手段在抗生素污染生态评估中的作用。具体来说，我们认为较高浓度的抗生素会直接危害浮游生物的生长和生存，然而，这种浓度在自然环境中较少见。环境相关的抗生素浓度更有可能影响浮游生物的生理、形态和行为特征；物种性状改变进一步影响浮游生物种间相互作用，从而改变整个浮游生态系统的结构和功能。文章发表在nature index 期刊Environmental Science & Technology（影响因子11.357）。第一作者为在读博士生D. K. Lakmali Gunathilaka，通讯作者为潘瑛。

图 3功能性状网络与种群、群落学响应链接示范

4.文章“Reduced cadmium toxicity in rapeseed via alteration of root properties and accelerated plant growth by a nitrogen-fixing bacterium”指出，当前，农作物中重金属镉（Cd）积累已经成为限制农作物产量、危害人类健康的全球环境问题。根据群落学种间互惠互利的指导原则，筛选能够为农作物提供N元素的固氮微生物，加速农作油菜的生长，缩短它们环境中富集重金属Cd的时间，取得了很好的成效。本研究证实了共生固氮菌Burkholderia spp可以增强作物根细胞对Cd的固持能力，阻止Cd向地上可食用组织的传递，在降低农作物Cd富集方面有很好的应用潜力。文章发表在Journal of Hazardous Materials（影响因子14.224）。第一作者为申时立，通讯作者为潘瑛。

该课题组结合实验性研究及综述汇总工作，证实了群落学方法在分析环境污染物生态风险方面的重要性，阐明了该方法具体的理论框架，通过群落学研究初步构建了环境生物功能性状网络，为利用生物个体层面的证据预测群落水平上的危害提供了依据，并为当前众多的个体尺度研究结果注入了新的科学价值。今后，该课题组将结合实验研究和野外调查建立更全面的功能特征网络，为预测污染物生态风险提供更准确、更科学的技术体系，并将利用群落学原理研发环境污染物生态修复技术，进一步加速科研成果的应用转化。