酚类化合物臭氧氧化速率的神经网络研究

酚类化合物(BP)是重要的工业原料或中间体,但工业废水含有的酚类化合物会对环境造成污染。为建立酚类化合物臭氧氧化速率的QSPR(quantitative structure-property relationship)预测模型,分析了23种酚的分子结构与臭氧氧化速率之间的相关关系,计算了这些酚的分子连接性指数和分子形状指数,优化筛选了连接性指数的1χ和2χ、分子形状指数的K1和K2共4种参数,将其作为BP神经网络的输入层变量,臭氧氧化速率作为输出层变量,采用4:2:1的网络结构,获得了令人满意的QSPR神经网络预测模型,模型总相关系数r为0.976,计算得到的臭氧氧化速率的预测值与实验值较为吻合,平均残差仅为0.05;为检验结构参数建立模型的普适性,同样方法建立对酚类化合物的辛醇-水分配系数的预测模型,模型总相关系数r达到0.993,辛醇-水分配系数的预测值与实验值吻合度较为理想,结果表明,本法建构的神经网络模型具有良好的稳健性和预测能力。     

醇和酚类污染物对欧洲林蛙蝌蚪及梨形四膜虫毒性的定量结构-活性模型

醇和酚类等有机化合物作为重要的工业原料,广泛应用于医药卫生、有机合成、食品工业等领域,但生产中排放于环境的这些物质,会对生物造成一定的毒性作用。为建立包含醇和酚类有机污染物对欧洲林蛙蝌蚪及梨形四膜虫毒性的定量结构-活性相关性模型,计算了227种有机污染物的分子连接性指数和分子形状指数,优化筛选了分子连接性指数的0X、1X、2X、4X和5Xc、分子形状指数的K1和K2共7种参数,将这7种结构参数作为神经网络输入层变量,110种有机污染物对欧洲林蛙蝌蚪的毒性值作为输出层变量,采用7:8:1的网络结构方式,构建了令人满意的对欧洲林蛙蝌蚪毒性的神经网络预测模型,方程总相关系数r为0.988,毒性预测值与实验值之间的平均误差为0.14。为检验指数的普适性,同样用这7个结构参数与117种醇和酚类化合物对梨形四膜虫的毒性进行分析,所得神经网络模型的总相关系数达到0.997,对梨形四膜虫毒性的预测值与实验值之间的平均误差仅为0.065,结果表明,所建模型具有良好的预测有机污染物对林蛙蝌蚪及梨形四膜虫急性毒性的能力。     

硝基芳烃化合物急性毒性预测的理论研究

硝基芳烃是重要的化工原料,但对生物具有一定的毒性。为建立硝基芳烃对梨形四膜虫(Tetrahymena pyriformis)急性毒性的定量结构-活性相关性(QSAR)模型,分析了45种硝基芳烃的分子结构与其对梨形四膜虫毒性之间的相关关系,计算了硝基芳烃的电性拓扑状态指数和电性距离矢量,并优化筛选了电性拓扑状态指数的E_9和E_(28)、电性距离矢量的m_(15)、m_(26)和m_(66)等5种结构参数,将其与硝基芳烃对梨形四膜虫的毒性进行多元回归分析,得到多元回归方程的相关系数r为0.985。为提高预测精度,将这5种分子结构参数作为神经网络的输入层变量,急性毒性值作为输出层变量,采用5∶4∶1的网络结构,获得令人满意的QSAR神经网络预测模型,总相关系数r_t为0.994,计算得到的急性毒性预测值与实验值非常吻合,平均误差仅为0.04。结果表明,该模型具有良好的预测硝基芳烃急性毒性的能力,神经网络法预测结果比多元线性回归法更为准确。该研究揭示了硝基等基团对生物急性毒性影响的变化规律,有利于对硝基芳烃化合物在环境中的危害性进行有效评价。     

取代苯酚对人体外周血淋巴细胞的遗传毒性及定量结构关系

应用人体外周血淋巴细胞微核试验测定了29种取代苯酚类化合物的遗传毒性(72h-lgMN20),并对此类化合物的遗传毒性大小进行了分析比较,同时构建了遗传毒性与分子结构参数之间的QSAR 模型.结果表明,29种取代苯酚类化合物都显著地导致了微核的产生,具有明显的遗传毒性;遗传毒性大小与取代官能团及官能团位置存在一定的规律;遗传毒性的大小与分子结构参数溶剂连接性指数(X2SOL)、自由基信息参数(ICR)、零阶平均分子连接性指数(X0A)及修正指数(LOP)之间存在良好的结构-活性相关关系,所建模型的相关系数r2= 0.816,可以用于定量评估其它取代苯酚类化合物的遗传毒性.     

碳纳米管吸附能力的神经网络理论模型

为了研究碳纳米管吸附环境有机污染物的平衡常数与分子结构之间的定量结构-性质相关关系,基于分子结构及邻接矩阵,计算了59种芳香化合物的分子连接性指数、分子形状指数和电性拓扑状态指数,建立了这59种有机污染物分子在碳纳米管上的吸附能力与~0χ、~3χ、~4χ、~4χ_(pc)、K_2、K_4、I_7、I_9、I_(16)共9种指数的定量结构-性质相关性(QSPR)模型.将上述9种结构参数作为BP神经网络方法的输入神经元,采用9∶3∶1的神经网络结构,获得了令人较为满意的QSPR预测模型,模型的总相关系数R分别为0.976和0.979,利用模型计算得到的吸附能力预测值与实验值(lg K∞、lg KSA,∞)的平均误差分别为0.15和0.14,两者吻合度较好.结果表明芳烃化合物在碳纳米管上的吸附能力与9种结构参数之间有良好的非线性关系,研究对评价芳烃化合物在生态环境中的危险性具有现实意义.     

松花江水中酚类化合物生物降解性的测定及QSBR研究^1）

以松花水中细菌为接种源，用碘量法分别测定了18种酚类化合物的BOD5值，采用QSAR程序软件计算得分子量MW，分子体积MV，疏水性参数IgP及电离常数pKa,用MMP软件计算了四种分子连接性指数（^2x,^4x,^2x^v及^4x^v),对18种及训练组中的14种酚类化合物BODT值分别与其结构参数进行了回归分析，得到如下最佳回归方程：BODT=89.725 8.92pKA-67.409^2X^V n=18,R^2=0.858,SE=8.41,F=45.385.P=0.000 (1) BODT=89.901 9.1122pKa-68.646^2x^v n=14,R^2=0.887,SE=8.2,F=43.035,P=0.000 (2) 应用所得QSBR模型，拟合了18种化合物的BOD5值，计算了残差，预测了实验组中4个化合的BODT值，并初步探讨了生物降解机理。     

含氯苯酚类化合物结构表征与毒性预测

将有机化合物中的不同非氢原子及非氢原子之间的关系参数化得到新的结构描述符,运用该描述符对部分含氯苯酚类化合物分子结构进行了参数化表征。采用偏最小二乘回归(PLS)方法构建了化合物结构与毒性(-lg IC50)之间的关系模型,模型的建模相关系数(R2)为0.948,"留一法"交互检验的相关系数(Q2)为0.922,标准偏差(SD)为0.184。结果表明结构描述符能较好地表征化合物分子结构特征,所建模型稳定性好、预测能力强,对于酚类化合物QSAR研究具有一定的参考价值。     

神经网络用于卤代肉桂酸对羊角月牙藻毒性的预测研究

卤代肉桂酸因具有肉桂酸一样的抑菌、抗氧化和抗微生物活性作用,故被广泛应用于医药、化妆品和农药等生产行业.为了研究卤代肉桂酸对羊角月牙藻急性毒性与其分子结构之间的定量构效关系,基于分子拓扑理论,计算了14个卤代肉桂酸分子的4类分子结构参数,筛选了电性拓扑状态指数(E13)和电性距离矢量(M15)作为理论结构描述符,将其与卤代肉桂酸对羊角月牙藻急性毒性进行回归分析,并将这2种参数作为神经网络法的输入层参数,采用2-2-1的神经网络结构,构建了相关性良好的预测毒性的神经网络模型,模型的总相关系数(R总)为0.951,预测的毒性值与其相应文献实验值的相对平均误差为4.49％,吻合度较好,利用模型预测了另外12种卤代肉桂酸对羊角月牙藻急性毒性.结果表明,卤代肉桂酸对羊角月牙藻急性毒性与2种分子结构参数具有良好的非线性关系.     

拓扑指数在定量结构生物降解性关系中的应用

本文采用二氧化碳生成量实验，对训练组有机物，利用逐步回归分析程序，从计算和十四种分子连接性指数中筛选出与生物降解性最为相关的分子结构描述参数，建立定量结构－生物降解性关系模型，其相关系数为０．９３１，利用该模型对预测组质的预测结果表明，此模型对芳香化合物的好氧生物降解性具有良好的预测能力，其正确预测率达８３．３％。     

三维原子场全息作用矢量用于芳香类化合物的三维QSAR研究

采用新型的的三维原子场全息作用矢量(3D-HoVAIF)研究了200种芳香化合物的化学结构与其生物毒性的定量构效关系(QSAR).首先对芳香化合物进行了结构参数化表达,然后采用逐步回归(SMR)对变量进行筛选,建立了三维定量构效关系模型.其87个无氢键分子的模型和113个有氢键分子的模型的复相关系数和标准偏差分别为R2=0.801,SD=0.473和R2=0.929,SD=0.318.模型具有良好的稳定性和预测能力,证明了该三维原子场全息作用矢量在分子结构表征和生物毒性预测上的适用性.     

多氯代苯并噻吩分子空间坐标指数与气相色谱保留时间的QSPR研究

运用Chem Office软件绘制37个多氯代苯并噻吩三维图,并得到对应的分子空间坐标Pi(xi,yi,zi)。以多氯代苯并噻吩分子的原子距离指数、分子空间特征指数、分子电性距离矢量、氯原子数为分子描述变量,采用多元线性回归和BP人工神经网络建立描述变量与多氯代苯并噻吩的气相色谱保留时间的QSPR模型。结果表明:多元线性回归建模相关系数R=0.9970,SD=2.1830,基于BP人工神经网络建立的模型R=0.9996,SD=0.3123。为多氯代苯并噻吩分子结构与物性的QSPR研究提供了新思路。     

镉对单环刺螠非特异性免疫及组织蓄积的影响

为探究镉(Cd)对海洋动物的毒性效应,考察了不同质量浓度(0.005、0.05和0.5 mg·L~(-1)) Cd处理对单环刺螠相关免疫生理指标及主要组织中Cd蓄积量的影响。结果表明:Cd胁迫下,血细胞密度(density of hemocyte, DHC)先升后降再升,酚氧化酶(phenoloxidase, PO)活力先升后降,溶菌酶(lysozyme, LSZ)活力先降后升再降,至处理96 h,处理组DHC均显著高于对照组(P0.05),总蛋白含量变化不显著;除低浓度胁迫组(0.005 mg·L~(-1))PO活力与对照组相近外,其他处理组的PO和LSZ活力均显著低于对照组(P0.05)。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活力和丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量总体呈上升趋势,过氧化氢(H_2O_2)含量先升后降再升,至胁迫96 h,各处理组SOD活力、MDA和H_2O_2含量均显著高于对照组(P0.05)。总之,Cd胁迫对单环刺螠非特异性免疫影响显著,Cd的短期胁迫可刺激DHC、PO和LSZ升高,免疫力增强,而高浓度Cd的胁迫时间较长会造成机体解毒能力下降,持续刺激机体产生过氧化反应,MDA含量升高,可作为单环刺螠在Cd长期胁迫下的免疫检测指标。不同胁迫浓度组单环刺螠肌肉和消化道中的Cd含量随胁迫时间均呈上升趋势,且存在显著的时间-剂量-效应关系(P0.05),其蓄积量水平为:消化道肌肉,具有组织特异性。     

异味阈值与分子结构特征关系的研究进展

异味阈值和分子结构间的关系,受到阈值准确识别和嗅觉产生机制研究的制约,是一个非常复杂的问题.本文简要介绍了多元线性回归、拓扑指数、神经网络和分子生物学等几种研究异味阈值和分子结构关系的方法,探讨了目前存在的问题以及未来的发展趋势.     

分子连接性指数(mJ)与有机物毒性的相关性

定义原子特征值δ     

羟基多溴代二苯醚与甲状腺素运载蛋白相互作用的3D-QSAR研究

近年来,羟基多溴代二苯醚(OH-PBDEs)的类甲状腺素效应逐渐引起人们的关注,然而其结构效应关系和致毒机制尚不清楚。甲状腺激素结合球蛋白(TBG)和运甲状腺素蛋白(TTR)是人体转运甲状腺素的重要蛋白,通过计算毒理学手段可以揭示OH-PBDEs的微观毒理机制。利用分子对接技术研究OH-PBDEs与TBG、TTR的结合模式和构象特征,识别关键氢键氨基酸为赖氨酸Lys270(TBG),亮氨酸Leu110(TTR)和丝氨酸Ser117(TTR)。基于活性构象特征,构建14种典型OH-PBDEs的3D-QSAR模型,定量预测OH-PBDEs与TBG、TTR的结合亲和力。最佳预测模型的相关系数r2分别为0.966(TBG)和0.961(TTR),抽一法交叉验证相关系数q2分别为0.560(TBG)和0.525(TTR)。研究发现,OH-PBDEs的静电和氢键作用可增强结合亲和力,分别贡献65.4%(TBG)和68.7%(TTR)。研究结果为揭示OH-PBDEs与甲状腺素转运蛋白的相互作用提供新视角,有助于全面评价OH-PBDEs对人体甲状腺素调节功能的损伤。     

烟根腐解物对烟草生长的影响

烟草生产过程中会产生大量烟草残体,为了研究烟草残体对烟草生长的影响,将烟根、水稻土和无菌水按一定比例混合后,在适当条件下培养得到烟根腐解物.将烟根腐解物按不同的施用量设置6个处理组,并以未施用烟根腐解物组作为对照,分别在烟草生长的团棵期、旺长期和成熟期测定烟草的农艺性状、根系活力、硝酸还原酶(nitrate reduc...     

六溴环十二烷暴露对红鳍笛鲷脑乙酰胆碱酯酶和组织氧化应激的影响及评价

六溴环十二烷(C_(12)H_(18)Br_6,简称HBCD)是近年来在环境中广受关注的优先污染物和高产量化学品。实验室条件下以红鳍笛鲷为研究对象,选取其脑组织非特异性生物标志物超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽巯基转移酶(glutathione S-transferases,GST)和丙二醛(malondialdehyde,MDA)及特异性生物标志物乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase,ACh E)为指标研究了不同浓度HBCD溶液(8.6μg·L~(-1)、43.0μg·L~(-1)和215μg·L~(-1))暴露96 h对红鳍笛鲷脑组织的氧化损伤和神经毒性效应,同时结合综合生物标志物响应指数(integrated biomarker responses index,IBR),对HBCD造成的胁迫水平和毒性效应进行评价。结果表明:HBCD对红鳍笛鲷脑组织中SOD活性和GST活性表现出不同程度的诱导效应,其中暴露初期SOD活性与HBCD浓度呈正相关,但随暴露时间延长与HBCD浓度呈负相关;HBCD对MDA含量和ACh E活性表现出诱导或抑制且存在剂量依赖性,低浓度组MDA含量表现为先抑制后诱导的过程,ACh E活性表现为先诱导后抑制;中浓度组MDA含量和ACh E均表现为抑制效应;高浓度组MDA含量表现为先诱导后抑制的过程,ACh E活性表现为先抑制后诱导。IBR分析结果表明4种生物标志物对HBCD胁迫的敏感性分别为SODGSTACh EMDA,且中、高浓度组的胁迫效应最明显。     

基于着生硅藻指数的梧桐河水生态健康评价

在黑龙江省梧桐河,调查了13个点位的着生硅藻群落结构和水环境特征,应用8种硅藻指数对该河流水生生态系统进行健康评价,并在此基础上应用主成分分析、相关分析、冗余分析、箱型图分析等统计分析方法研究了影响梧桐河着生藻类群落的主要环境因子和8种硅藻指数在梧桐河的适用情况。结果显示:梧桐河存在一定程度的环境污染,优势种以小型异极藻(Gomphonema parvulum)等耐污种为主。8个硅藻指数中,硅藻属指数(Generic Index of Diatom,GI)、澳大利亚河流硅藻生物评价指数(Diatom Index for Australian Rivers,DIAR;Diatom Species Index for Bioassessment of Australian Rivers,DSIAR)评价结果偏差较大,在梧桐河不适用;相似度指数(Jaccard Index,JI)与富营养化硅藻指数(Trophic Diatom Index,TDI)评价结果较为严格,评分明显偏低;硅藻污染耐受指数(Pollution Tolerance Index,PTI)、硅藻生物评价指数(Diatom Bioassessment Index,DBI)和生物硅藻指数(Biological Diatom Index,BDI)在梧桐河流域适用性最好。根据冗余分析(RDA),将梧桐河流域点位分为3组,第一组点位为中-重度污染,主要影响因子为流速和总磷;第二组点位为轻-中度污染,主要影响因子为磷酸盐、氨氮和溶解氧;第三组点位为轻污染-清洁,主要影响因子为p H和电导率。