章家恩教授团队在外来入侵生物的资源化利用方面取得新进展

审核发布:宣传部 蒙丽 来源单位及审核人:资源环境学院 周艳华? 发布时间:2020-12-22浏览次数:1425

 日前,我校资源环境学院、广东省生态循环农业重点实验室、广东省现代生态农业与循环农业工程技术研究中心、岭南现代农业科学与技术广东省实验室章家恩教授团队在入侵生物的资源化利用方面取得系列新进展,相关成果在线发表在Food Chemistry (IF: 6.306),Chemosphere (IF: 5.778), Journal of Environmental Management (IF: 5.647), Scientific Reports (IF: 3.998), Environmental Science and Pollution Research (IF: 3.056)等国际主流期刊上。

 华南地区是我国外来入侵生物最多、危害最为严重的地区之一。目前对于外来入侵生物危害多集中在“控”上,且多以化学防治手段为主,结果又导致了生态安全、环境安全和粮食安全问题。章家恩教授团队多年来致力于入侵生物的生态防控及其“变废为宝”的资源化利用关键技术研究,旨在探索“以用促控”的新途径和新方法。

 外来动物福寿螺现已广泛入侵我国长江流域及其以南的广大地区,严重危害水稻生产和水生生态系统,目前普遍使用化学合成杀螺剂(最常用的为四聚乙醛)对其进行防控。然而,化学杀螺剂的大量施用会杀灭稻田中的非靶标生物,危害农田生物多样性和粮食安全,而且还会导致福寿螺的抗药性,出现“治标不治本”“屡控不止”的现实难题。卵磷脂被誉为与蛋白质、维生素并列的“第三营养素”,在生物功能代谢活动中扮演重要角色。卵磷脂可开发为营养保健品,具有增强记忆力、降低血脂、保护肝脏、预防心脑血管疾病、提高免疫力和延缓衰老等功效,因此具有较大的市场开发价值。为此,本研究团队探索建立了从福寿螺中提取卵磷脂的技术方法,研究表明,福寿螺及福寿螺肉(不含壳)中均含有丰富的卵磷脂,包括phosphatidylcholine (PC), 3-sn-phosphatidylethanolamine (PE), sphingomyelin (SM) and L-α-lysophosphatidylcholine (LPC)等类型;且通过使用乙醇/正己烷能够高效经济地从福寿螺及其肉中提取到粗磷脂,使用冷丙酮/正己烷溶剂能够高效纯化提取到粗磷脂。上述研究结果为福寿螺的开发利用提供了新思路与新途径。(论文在线链接:https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.128427)。




 同时,福寿螺壳含有大量碳酸钙,螺肉中含有丰富的碳、氮和磷等养分。而在水稻生产过程中,大量的福寿螺被杀死后遗弃在土壤表面或水体中,不仅会造成相关环境污染,而且也会给农业生产带来诸多不便,如大量福寿螺及死亡后的螺壳混杂在土壤中,不利于耕垦,且容易扎伤人畜,因此,能否集中收集福寿螺,将其制成土壤的调理剂或养分添加剂,值得加以研究。基于此,本团队探索了利用福寿螺粉制作酸性土壤改良剂的方法,并开展了土壤改良的相关试验。研究表明,福寿螺粉能提高土壤pH以及土壤有机碳、土壤总氮、氨态氮、硝态氮和磷等养分的含量。进一步研究表明,添加福寿螺粉能够提高土壤微生物生物量、丰富度和活性等,改善土壤生态系统功能。这些研究为福寿螺的无害化处理与资源化利用提供了另一种新思路与新路径(论文在线链接:https://doi.org/10.1007/s11356-020-07998-9;https://doi.org/10.1038/s41598-020-73184-z)。 

 华南地区也是外来植物入侵的“高发区”。现有入侵植物种类多,分布广,危害大,也是本地区当前面临的突出生态环境问题之一。外来植物如三叶鬼针草、假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙等在华南地区已形成了大面积的扩散入侵局面,严重危害本地区的生物多样性、农林业生产及社会经济发展,对其进行有效防控是当前面临的一大难题。生物炭(Biochar)作为农林废弃物资源化利用的新型途径之一,近年来,已广泛用于生态环境污染修复治理和土壤肥力改良等方面。然而,目前利用外来入侵植物制备生物炭的研究相对较少。为此,本研究团队开展了利用入侵植物制备生物炭吸附去除模拟废水中的重金属离子(Cd2+, Cu2+)的探索性研究。结果表明,所选取的上述五种入侵植物均可作为生物炭制备原料,且制备的生物炭对废水中重金属污染均具有较好的去除效果。研究发现,在500℃条件下利用五爪金龙、薇甘菊和马缨丹制备的生物炭对重金属离子的吸附特性主要表现为单分子层吸附机制,假臭草和三叶鬼针草制备的生物炭对重金属离子的吸附特性则主要表现为化学吸附机制。这些研究结果为入侵植物的“变废为宝”利用,实现“以用促控”目标,提供了新的视角和开发利用途径(论文在线链接:https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111746 )。


废弃矿山地重金属污染修复及复垦问题已受到广泛关注。当前用于矿山污染恢复的关键技术研究和实践较多,其中植物修复是一种深受欢迎的环境友好型原位防治措施。然而,现有的用于重金属污染土壤原位修复的一些超富集植物对矿山废弃地的野外恶劣环境和瘠薄土壤适应能力弱,生长缓慢,生物量不大,甚至难以存活,因而往往达不到应有的生态修复效果和目标。因此,亟需筛选一些用于土壤重金属污染修复、耐逆境能力强的新植物资源。野外调查发现,矿山周边农田通常因重金属污染而被弃耕,且杂草丛生,这些杂草多为入侵植物,具有抗逆性强、生长繁殖快或生物量大等特性,因此,能否利用这些入侵植物作为先锋植物修复已污染退化的土壤,是一个新的切入点。为此,本团队选取矿区周边农田优势入侵杂草,开展对重金属污染土壤的修复效果与相关机制等方面研究。结果表明,研究所选取的6种杂草对土壤Cd, Pb, Cu, Zn四种重金属具有超富集或低累积等特性。这些发现对筛选用于土壤重金属污染修复的超富集、富集和低累积植物资源及其进一步开发利用提供了科学依据和实践参考。(论文在线链接:https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.125365)。

    上述系列论文的第一作者均为我校2016级生态学硕士研究生王家新,通讯作者为我校资源环境学院章家恩教授。相关研究得到了多项国家自然科学基金(U1701236, 31870525, 41871034)、广东省科技计划项目(2019B030301007)、广东省现代农业产业技术体系创新团队项目(2018LM1100,2019KJ105)等的资助。(文/图 资源环境学院 王家新)

 



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