纳米金属氧化物模拟天然酶催化水体中酚类污染物转化的研究进展

天然酶作为一种绿色催化剂,能够介导水体中酚类污染物形成酚氧自由基中间体,随后这些活性中间体通过共价偶联机制生成大分子聚合产物.纳米金属氧化物(N-MOs)兼具纳米材料和天然酶"双重身份",有望克服天然酶稳定性差、难回收、易失活和价格昂贵等缺点,高效地催化氧化水体中酚类污染物的转化.本文概述了两种天然酶(过氧化物酶和酚氧化酶)的基本性能及其催化偶联酚类污染物转化的作用机理,系统地探讨了N-MOs的纳米特性及其模拟天然酶催化氧化底物的显色反应、作用效能和影响因素,并阐释了N-MOs作为纳米酶催化氧化酚类污染物转化的最新研究进展及其潜在的应用价值,旨在为拓展和开发新型、有效地纳米酶在环境中的应用提供新的理论基础和技术指导.     

样品前处理方式对沉积物酶水解有机磷的影响

磷酸酶水解技术是研究沉积物有机磷形态和生物有效性的有力工具.沉积物样品处理过程对酶水解有机磷的影响尚不清楚.为此,以天鹅湖表层沉积物为研究对象,研究了干燥方式、提取剂、提取比例、提取时间条件对沉积物酶水解有机磷的影响特征,以寻求最佳的酶水解技术的实验条件.研究结果表明,自然风干处理引发了有机磷水解,降低了磷酸二酯磷(Diester-P)含量.而冻干处理更真实地保存了沉积物有机磷形态特征,比较合适有机磷分析.尽管HCl预提取显著增大了有机磷的提取比例,但是存在Diester-P水解风险,因此Na OH/EDTA一步提取更适合有机磷的测定.较长的提取时间和较大固液比同样也显著增大了有机磷的提取效率,但是同样存在Diester-P水解风险.研究显示Diester-P极不稳定,易受实验条件的影响,在实际操作中需要特别注意.总之沉积物样品采用冷冻干燥处理,固液比1∶30,采用0.25 mol·L~(-1)Na OH+50 mmol·L~(-1)EDTA提8 h更适合沉积物酶水解有机磷的分析.     

纳米颗粒与生物来源有机磷在水环境中的行为研究

随着纳米技术产业的快速发展,各种纳米颗粒(NPs)大规模生产,这不可避免地增加了NPs释放到环境、暴露于生态系统的可能性.有机磷是废水中磷的主要形式之一,是生物有效磷池和水体富营养化的重要组成部分.本文综述了近几年来NPs与生物来源有机磷在水环境中的反应机制、微观结构等方面的研究进展.文中按NPs的分类分别总结了NPs对常见的生物来源有机磷的吸附-解吸,溶解-沉淀等反应特性和微观机制.在水环境中,NPs因其物化特性受水化学条件(pH、天然有机质、温度)等影响,进而影响与有机磷的反应,从而表现出相应不同的环境效应.本文也对此方面的研究进行了讨论和总结.最后分析了目前纳米颗粒与有机磷在水环境研究中的瓶颈问题,并展望了未来需要开展的研究.     

长期不同施肥下灰漠土有机磷组分的变化

土壤有机磷是土壤磷素的重要供应源,也是植物吸收磷素的重要来源。对灰漠土16年长期不同施肥条件下,土壤有机磷的四种形态(活性有机磷、中活性有机磷、中稳性有机磷和高稳性有机磷)进行了测定。结果表明,不施磷肥处理(CK、N)土壤有机磷组分有下降趋势,施磷肥处理(NP、NPK和NPKM)可以提高有机磷各组分的含量,但是只有氮磷钾配合有机肥施用效果显著,有机磷总量和中活性有机磷提高了60%左右。不同施磷下灰漠土有机磷组分均以中活性有机磷为主,其占有机磷的比例为80%～90%;四种有机磷含量次序为中活性有机磷>中稳性有机磷>活性有机磷>高稳性有机磷。土壤有机磷组分中,活性和中活性有机磷含量与速效磷的相关性达极显著水平(相关系数分别为0.9403**,0.9894**;n=5),说明土壤活性有机磷和中活性有机磷有效性相对较高,是植物有效磷的主要形态。     

青霉素G酰化酶突变体酶催化合成顺式头孢丙烯工艺优化

头孢丙烯作为第二代头孢菌素类抗生素,广泛应用于治疗敏感菌所致的上、下呼吸道感染,皮肤和皮肤软组织感染.酶法合成头孢丙烯与化学法相比更加绿色环保.本研究利用来源于大肠杆菌的青霉素G酰化酶(EC 3.5.1.11)野生型WT、突变体βF24A和αF146Y/βF24A合成顺式头孢丙烯(cis-cefprozil).通过比较不同突变体催化顺式头孢丙烯的合成效率,发现突变体βF24A具有较高合成活性及低水解活性.以顺式7-氨基-3-丙烯基-4-头孢烷酸(cis-7-APRA)和对羟基苯甘氨酸甲酯(D-HPGME)为底物合成顺式头孢丙烯.基于水相体系中合成条件优化,最适温度为25℃,最适pH为6.0,底物配比M_(D-HPGME):M_(cis-7-APRA)=3:1,酶用量2.6 U/mL,在此最佳条件下转化率可高达99%.突变体βF24A的固定化酶合成顺式头孢丙烯的转化率为99%,固定化酶连续使用60批次后,活性仍保持52%.本研究对突变体的筛选和酶催化条件的优化,为酶法合成顺式头孢丙烯奠定了基础.     

高铁酸钾对菠菜中3种有机磷农药残留降解的影响

菠菜(Spinaciao leracea L.)是我国出口的重要蔬菜品种之一,其农药残留是制约我国菠菜出口的重要"技术壁垒".在露地栽培条件下,研究了叶面喷施高铁酸钾水溶液对菠菜中有机磷农药的降解作用,并探讨了高铁酸钾对菠菜相关酶活、MDA含量及品质指标的影响.结果表明,叶面喷施不同浓度的高铁酸钾(200、400、600mg·L-1)可有效降低菠菜中敌敌畏、毒死蜱和乐果等有机磷农药的残留量.随着高铁酸钾喷施浓度的增大,菠菜中敌敌畏、毒死蜱和乐果残留量显著降低;试验浓度下以600mg·L-1高铁酸钾处理的降解效果最好,可使菠菜中敌敌畏、毒死蜱和乐果的降解率达到72.43%、87.15%和75.45%.叶面喷施高铁酸钾对菠菜过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性、MDA含量以及品质指标没有明显影响.试验表明高铁酸钾具有降解有机磷农药残留的作用,在菠菜生产中将高铁酸钾作为有机磷农药残留降解制剂是可行的.     

外源植酸酶对野鸭湖湿地土壤有机磷转化的影响研究

湿地土壤中最主要的有机磷形态是肌醇磷酸盐,占有机磷总量的60%左右,而植酸酶作为催化水解肌醇磷酸盐的主要酶类,在整个有机磷体系转化过程中起着不可或缺的作用。采用室内培养的方法,研究了添加外源植酸酶对湿地土壤各有机磷组分含量变化的影响规律,同时也研究了在添加外源植酸酶后,湿地土壤各有机磷组分含量随时间延长的变化规律。结果表明,在温度,水分等条件适宜的情况下向湿地土壤中添加植酸酶可以在短期内提高土壤有机磷的有效性,使稳定性较高的有机磷向活性较高的有机磷转化。经植酸酶处理的土壤活性有机磷和中活性有机磷含量均高于对照组,且随植酸酶添加量增加以及培养时间的推移呈递增趋势。在第75天培养结束时,高、中、低3组植酸酶处理土壤的活性有机磷质量分数分别增加了173.05%、158.16%和122.75%,中活性有机磷质量分数增加了84.22%、68.7%和53.92%。此外,添加植酸酶处理的湿地土壤稳定性有机磷含量均低于对照,高、中、低3组植酸酶处理土壤的中稳定性有机磷质量分数减少了62.81%、37.31%和26.14%,高稳定性有机磷质量分数减少了94.71%、87.66%和79.52%,且随着植酸酶含量的增加以及培养时间的推移呈递减趋势。高、中、低3组植酸酶处理土壤中的总有机磷质量分数分别比对照组低54.03%、42.53%和35.43%。说明在植酸酶作用下,土壤中存在有机磷向无机磷转化的过程。因此通过添加外源植酸酶可以促进稳定性有机磷向活性有机磷转化,提高了土壤有机磷的有效性,使其更容易被植物吸收利用,从而保障了湿地磷循环系统的稳定性和高效性。     

花翅摇蚊乙酰胆碱酯酶的底物专一性及对胆碱酯酶抑制剂敏感度的比较

摇蚊是重要的水生昆虫,可用于水环境质量的生物学评价.本研究以花翅摇蚊(Chironomus kiinensis)为材料,研究了花翅摇蚊乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase, AChE)的底物专一性及其对胆碱酯酶抑制剂的敏感度.结果表明,花翅摇蚊AChE对乙酰硫代胆碱(ATCh)的水解活性最高,其次是β-甲基硫代乙酰胆碱(β-MTCh)、丙酰硫代胆碱(PrTCh)和丁酰硫代胆碱(BuTCh);氨基甲酸酯药剂对花翅摇蚊AChE的抑制能力高于有机磷类,其中克百威对摇蚊AChE的抑制能力最强, I50值为1×10-8 mol L-1.有机磷和氨基甲酸酯类抑制剂对摇蚊AChE的抑制趋势基本一致,均随着抑制时间延长,抑制率不断增加.由此可得出,花翅摇蚊AChE的最适底物是ATCh;离体条件下,摇蚊AChE对低浓度的有机磷和氨基甲酸酯药剂比较敏感.     

热解糖高温厌氧杆菌β-葡萄糖苷酶的重组表达与酶学性质

β-葡萄糖苷酶是纤维素分解酶系中的重要组成部分,为从嗜热微生物中挖掘酶学性质优良的新型β-葡萄糖苷酶,解决β-葡萄糖苷酶在工业应用方面普遍存在的活力偏低、稳定性不足、易受产物抑制等问题,通过密码子优化、基因合成和分子克隆技术,从热解糖高温厌氧杆菌(Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum)基因组中挖掘新型β-葡萄糖苷酶基因bglY,构建重组表达载体pET22b-bglY,并转化至大肠杆菌BL21 (DE3)中,经IPTG诱导获得可溶性表达,采用Ni-NTA亲和层析法获得纯酶,并探究其酶学性质.结果显示,BglY属于GH1家族成员,分子量为52 × 10~3,最适反应温度65℃,70℃的半衰期达 1 h;最适反应pH 6.5,在pH 5-10范围内稳定;p-nitrophenyl-β-D-glucopyranoside (pNPG)为底物时比活为420.2 ± 5.6 U/mg,米氏常数Km值和最大反应速率V_(max)分别为2.1 ± 0.4 mmol/L和909.1 ± 6.2 μmol min~(-1) mg~(-1);该酶对β-1,4糖苷键的底物具有水解偏好性,也可以水解纤维二糖和乳糖;5 mmol/L Fe~(3+)、Fe~(2+)、Cr~(2+)、Ca~(2+)、Mn~(2+)和EDTA对酶有激活作用,1% SDS完全抑制其活性;该酶可以抵抗产物葡萄糖的反馈抑制,且0.1-0.6 mol/L浓度的葡萄糖对酶具有激活作用,其中0.4 mol/L葡萄糖可提升活性至1.3倍,当葡萄糖浓度超过0.6 mol/L时,酶的活性才开始出现抑制.本研究表明BglY是一个葡萄糖激活型β-葡萄糖苷酶,其酶学性质优异,反应pH和温度范围较广且稳定,同时能水解天然底物纤维二糖和乳糖,可在提高纤维素生物质向葡萄糖的酶促转化等方面发挥应用潜力.(图7表3参32)     

深海沉积物微生物宏基因组文库中IMP环水解酶的筛选及基因克隆

为了解嘌呤合成途径的关键酶——IMP环水解酶的多样性,从深海沉积物样品中提取总DNA构建Cosmid宏基因组文库,从中筛选出一个具有IMP环水解酶活性的克隆(CAIMP1).通过基因步移的方法从CAIMP1的约35 kb的插入片段中扩增出长度为1 599 bp的完整的IMP环水解酶基因,该基因包含MGS和AICARFT_IMPCHas两个保守结构域.活性检测结果表明CAIMP1克隆的发酵液上清具有较强的IMP环水解酶活性.该酶与数据库中收录的IMP环水解酶的氨基酸序列同源性较低,系统发育分析也表明该酶与其它参照序列亲缘关系较远,表明该序列可能为一个新的IMP环水解酶基因.     

微生物细胞色素P450酶及其对异源物质的代谢研究进展

细胞色素P450是一类广泛存在于动植物和微生物中的亚铁血红素-硫醇盐蛋白超家族,参与外源物质如药物、除草剂、杀虫剂和许多持久性难降解有机污染物等的生物氧化和降解.基于近年来文献综述P450酶的命名及分类、结构和催化机制,并总结微生物来源的P450酶在代谢和降解异源物质方面取得的研究进展.P450基因超家族主要依赖于氨基酸序列一致性进行统一命名和分类;P450酶结构虽较为保守,但其对底物的识别位点缺乏保守性,是构成其催化多样性的结构基础;细菌和真菌来源的部分P450酶能够代谢和降解异源物质,如多环芳烃、除草剂等,但效率较低,实际应用可能性较小.未来结合各种组学,需继续挖掘高效降解异源物质的P450酶资源,并对已有对异源物质有降解作用的P450酶进行蛋白分子改造,提高其活性并实现污染环境的生物修复.     

黑胸散白蚁纤维素酶的体外酶学特性

采用DNS法研究了我国广泛分布的一种低等木食性白蚁——黑胸散白蚁纤维素酶的体外酶活特性以了解其纤维素降解机制.结果表明,内切β-1,4-葡聚糖酶(EG)、纤维二糖水解酶(CBH)和β-葡萄糖苷酶(BG)这3种酶的最佳反应时间均为15 min,最佳底物浓度为1%,最适反应pH为5.6,最适反应温度为35℃.在最适反应条件下,EG、CBH和BG的活性分别达到71.3(±13.9)U/mg、5.8(±0.8)U/mg和4.1(±0.7)U/mg.EG在体外的热稳定性较差,在50℃及更高温度酶活很低或完全失活,但该酶对pH稳定性较好,在pH 3.2～8.0范围内酶活力变化不大.Native-PAGE电泳检测到该白蚁体内至少有8种不同的EG活性条带,肠道不同部位纤维素酶活性条带种类不同.这些研究表明,木食性白蚁降解纤维素是一个复杂的过程,需要多种纤维素酶的共同作用.     

长期增施有机肥对土壤不同组分有机磷含量及微生物丰度的影响

为探究不同施肥模式对土壤不同组分有机磷(Po)含量,细菌、真菌、有机磷转化相关微生物(phoD微生物)丰度和碱性磷酸酶(ALP)活性的影响。以长期施肥定位试验点土壤为试验材料,采用单因素随机区组设计,共选取不施肥(CK)、施氮钾肥(NK)、施氮磷钾肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机无机肥配施(NPKM)5个处理。结果表明:与CK和NK处理相比,M处理土壤有机磷含量显著提高52.3%和47.8%,NPKM处理有机磷含量显著提高34.7%和30.6%。M处理土壤有效磷含量分别为CK和NK处理的34.2和31.0倍,NPKM处理有效磷含量分别为CK和NK处理的25.3和23.0倍。与CK处理比较,M和NPKM处理土壤活性Po、中度活性Po、中稳性Po和高稳性Po含量显著增加。M和NPKM处理土壤细菌、真菌、phoD微生物丰度和ALP活性均显著高于CK、NK和NPK处理。土壤活性Po、中度活性Po、中稳性Po和高稳性Po含量与phoD微生物丰度呈显著正相关(P0.05);活性Po、中稳性Po和高稳性Po含量与ALP活性呈显著正相关(P0.05),且不同组分有机磷受phoD微生物丰度和ALP活性的影响程度由大到小依次均为高稳性Po、活性Po、中稳性Po和中度活性Po。土壤增施有机肥增加了土壤有机磷及不同组分有机磷含量,提高了细菌、真菌、phoD微生物丰度和ALP活性。     

冰川环境耐冷菌的冷适蛋白酶分离纯化及酶学性质

采用离交和凝胶层析对“中国冰川1号”耐冷菌BacilluscereusSYPA23所产的蛋白酶进行分离纯化,并进行酶学性质研究.与中温酶相比,该蛋白酶具有较高的低温催化活力,其最适催化温度为42℃,适宜pH为7.0～8.5,SDSPAGE测定的分子量(Mr)为34.2×103.金属离子Mn2 、Ca2 对该酶有激活作用,Cu2 、Hg2 、Pb2 、Co2 对其活性有一定抑制作用.该酶属金属蛋白酶,其活性受EDTA强烈抑制,不受PMSF抑制.该蛋白酶具有低温酶典型的热不稳定性,0℃下半衰期24h,但Ca2 和一些低分子醇类物质能提高其稳定性.动力学数据分析表明,该蛋白酶在低温下对底物亲和能力高,在较宽温度范围内(25～45℃)均保持着较高的催化效能.图7表3参17     

细菌芳烃外二醇双加氧酶研究进展

外二醇双加氧酶(EDOs)是一种多功能细菌芳烃开环氧化酶,在环境保护、化工合成及生物技术等领域中有着巨大的应用潜力.本文综述了EDOs自开发以来的研究成果,包括分类学研究,酶的催化机制,在生物降解、生物合成、生物技术中的应用及其开发改造新技术.EDOs属于3个进化关系相互独立的酶家族,它们利用活性位点金属离子Fe/Mn(II)与底物和氧气结合,通过形成一种烷基过氧化中间产物,使芳香化合物开环断裂.利用这一催化机制,EDOs可以广泛地降解多种环境污染物,同时,某些EDOs还能够参与生物活性物质的合成,并且在生物传感器等生物技术中也有着广泛的应用.近年来,结合宏基因组、杂交酶等技术手段,研究人员开发改造出更多的EDOs资源,旨在为EDOs的深入研究提供更全面的信息.     

黑葡萄穗霉高环境适应性

为探究纤维素降解菌黑葡萄穗霉的环境适应机制,分别将该属菌株S05培养于不同pH、不同碳源培养基中,检测其生长及胞外糖苷水解酶表达情况,并利用糖苷水解酶活性电泳展示各主要酶组分的多样性及其催化性质.结果显示,黑葡萄穗霉S05生长pH范围较宽,在pH 4.5-9.5范围内均能生长,且更适于中性偏碱性环境;胞外主要糖苷水解酶组分最适pH多为pH 6.5-8.5,pH稳定性较强;该菌株具有精细的表达调控体系,能及时根据环境条件的变化调整酶组分的组成.综上表明黑葡萄穗霉S05的高环境适应性与其胞外糖苷水解酶组分的性质密切相关,对其酶组分的深入研究可为寻找工业所需中性及偏碱性纤维素酶的来源提供可能.     

含硫酸根的高碳氮比废水产甲烷强化技术及酶学机制

污泥蛋白质回收已成为剩余污泥资源化的有效途径之一,研究其提取残液的产甲烷强化技术不仅可助力剩余污泥蛋白质提取技术的应用进程,也可为化工、食品行业高硫酸根和高碳氮比废水的厌氧生物处理提供有益参考.结果表明,铁及其螯合物添加不仅可有效促进水解酸化与产甲烷过程关键酶的活性,还可显著抑制亚硫酸盐还原酶的活性,产气效果得到明显提高.当添加10μmol·L~(-1)氨三乙酸与40 mg·L~(-1)零价铁时,累积产气率达196.2 m L·g-1COD,与对照实验相比,提高了123.97%.多糖是含硫酸根的高碳氮比废水产甲烷的主要底物.结合关键酶活性的变化发现,与酸化过程相比,多糖与蛋白质水解是提高产甲烷效果的限速步骤.     

不同种植制度土壤氧化还原酶活性和动力学特征

土壤质量与土壤的生物学性质密切相关,种植制度对土壤生物学特性的影响研究对土壤质量管理具有重要的意义.以黑龙江853农场不同种植制度土壤为研究对象,探讨种植制度对土壤理化性质,过氧化氢酶、脱氢酶活性和动力学特征的影响.主要研究结果:农作物轮作有利于提高土壤全碳含量,而大豆连作和玉米-大豆轮作使土壤有效氮和全氮含量提高,大豆连作土壤pH显著低于其它作物连作及轮作处理,全磷含量显著高于其它处理;2种轮作体系均提高土壤过氧化氢酶活性和催化能力,且催化能力的提高源于酶的Km降低(即酶-底物亲合力提高);玉米-小麦-大豆轮作提高土壤脱氢酶活性及催化能力,其催化能力的提高由2个动力学参数的变化共同决定,禾本科作物连作土壤动力学参数与豆科作物种植(大豆连作及与禾本科轮作)具有显著差异.本文的研究表明,合理的轮作方式是提高土壤生物学活性的有效手段.     

真菌漆酶介导自由基偶联和接枝反应在绿色化学中的应用

漆酶(p-苯二醇:分子氧氧化还原酶;EC 1.10.3.2)是自然界中普遍存在的一类胞外含铜多酚氧化还原酶.漆酶能够以环境中氧分子作为电子接受体,催化4个底物分子的单电子氧化形成4个相应的反应活性自由基或醌类中间体,随后这些活性中间体在酶促位点外发生步进式偶联反应,生成多种具有复杂结构的大分子C—C、C—O—C或C—N—C共价聚合产物.该反应过程中仅生成唯一副产物水,具有反应温和、底物广谱、催化效率高、操作可控和经济环保等优点.目前,真菌漆酶介导低分子有机物和高分子化合物的自由基偶联和接枝反应已经被应用于生物技术领域,该技术克服了传统物理化学方法存在的弊端,在保护人群健康和生态安全等方面具有广泛地应用前景和商业价值.本文详细地概述了真菌漆酶催化不同底物分子的自由基偶联和接枝反应在环境修复、生物监测、食品加工、纤维改性、纺织染色、制药行业和有机合成等绿色化学中的最新研究进展,旨在为开发和拓展真菌漆酶在绿色化学技术领域中的多功能应用提供科学的理论依据和技术指导.     

滇池沉积物有机磷形态分级特征

考察沉积物磷对湖泊富营养化贡献时,大量研究涉足无机磷,对有机磷的研究十分薄弱.针对滇池的33个沉积物样品,采用有机磷分级提取方法,将沉积物有机磷分为活性磷、中等活性磷、非活性磷等三种具有不同稳定性的有机磷.结果表明:排除滇池西北部外源污染严重的样品后,沉积物有机磷与总磷有自北向南逐渐降低的变化趋势,有机质与总磷、活性有机磷、中等活性有机磷以及非活性有机磷都表现出了显著相关关系.沉积物活性有机磷和中等活性有机磷与NaHCO3提取无机磷均显著相关,说明二者具有潜在的生物有效性.