P450酶系对污染物的生物指示和催化降解机制

细胞色素P450酶系是广泛存在于不同生物体内的含有多种超家族CYP450血红素蛋白或相同结构域的一系列酶,是多组分电子传递链的终端氧化还原酶。最新研究发现,利用P450在生物体内的含量/活性与污染物浓度的定量响应关系可实现环境污染的早期预警和诊断,对环境污染的监测和预报具有重要意义。更重要的是,P450酶系被认为是生物对内源或外生污染物代谢途径的启动催化因子。P450的脱卤化、羧基化、脱烷基化、环氧化等催化作用在诱导污染物的分解代谢过程中起核心作用。本文综述了P450酶系的结构、催化过程和诱导抑制机理,分析了其在环境污染物的生物指示和催化降解中的应用进展,以便为利用P450进行环境预警和生物修复提供系统的理论和技术支持。     

全氟辛烷磺酸对蚯蚓体内4种酶活性的影响

采用人工土壤法,研究了不同暴露浓度的全氟辛烷磺酸(PFOS)对赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)体内过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)及谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活性及蚯蚓细胞色素P450(CYP450)含量的影响。研究结果表明,各指标敏感性总体为CYP450>CAT>GSH-PX>SOD。人工土壤试验中PFOS诱导CYP450含量增加,同时又抑制CAT活性。试验第4天时,50mg/kg处理组CAT活性是对照组的2.83倍,SOD活性达到190.769 U/mg,是对照组的2.19倍;12.5 mg/kg处理组GSH-PX活性最高,CYP450含量是对照组的3.85倍。PFOS暴露浓度与蚯蚓CAT、SOD和CYP450活性存在剂量-效应关系,在PFOS环境污染诊断时,可将第4天时的CAT、GSH-PX活性和CYP450含量作为生物标志物。为赤子爱胜蚓体内抗氧化酶和CYP450作为PFOS污染的早期诊断和生态风险监测生物标志物的可行性提供科学依据。     

蚯蚓细胞色素P450亚酶及代谢组学对土壤亚致死剂量草甘膦除草剂的响应

以赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）为受试生物,通过外源添加污染物的方法,研究了暴露于亚致死剂量草甘膦（添加剂量分别为5、10、20、40 mg·kg^-1）的土壤中7 d后,蚯蚓生长抑制率、细胞色素P450亚酶（CYP1A2、2C9与3A4）活力及代谢组学对土壤草甘膦的响应,旨在探讨亚致死剂量草甘膦能否对非靶标生物蚯蚓产生不良影响及其毒性作用机制,初步推断其毒性作用阈值,并筛选敏感生物标记物.结果表明：从蚯蚓生长抑制率来看,各处理组与对照组无显著差异;从蚯蚓CYP亚酶活力来看,在高剂量草甘膦（20、40 mg·kg^-1）处理下,CYP亚酶活力均受到显著抑制;基于代谢组学鉴定并筛选出14个小分子代谢物标记物,其中9个小分子代谢物（分别是1,6-二磷酸果糖、β-D-果糖6-磷酸、丙酮酸、组氨酸、赖氨酸、鸟氨酸、延胡索酸、肌酸、甜菜碱）在5~40 mg·kg^-1草甘膦暴露下显著低于对照水平,另外2个小分子代谢物（尿酸与二十-羟-二十烷四烯酸）则在草甘膦处理下显著升高.代谢组学的响应表明,草甘膦暴露（5~40 mg·kg^-1）致使蚯蚓糖酵解与三羧酸循环减弱,氨基酸代谢受损,嘌呤代谢紊乱,细胞渗透功能受损,对蚯蚓产生了明显毒副作用,其毒副作用还与细胞色素P450酶代谢相关.蚯蚓CYP亚酶活力与小分子代谢物标记物作为敏感生物标记物,可联合诊断土壤亚致死剂量草甘膦污染.     

模拟黑麦草根系有机酸参与下炼锌废渣对斑马鱼抗氧化酶和神经毒性的影响

为评价多金属矿山废渣堆场生态修复过程中,废渣在先锋修复植物根系分泌的机酸参与下浸出液对周边环境生物的影响.以斑马鱼（Danio rerio）为受试生物,通过模拟添加典型先锋植物（黑麦草）根系分泌的有机酸（草酸和酒石酸）处理贵州威宁土法炼锌废渣,以废渣浸出液对受试生物抗氧化酶和乙酰胆碱酯酶（AchE）的不同响应为评价指标,研究各处理组对斑马鱼抗氧化系统、神经系统及组织学的影响.结果表明,两种有机酸的参与均会不同程度地降低炼锌废渣浸出液的pH,并导致废渣释放出更多重金属;暴露于有机酸参与的废渣浸出液14 d后,受试生物组织中的抗氧化酶受到显著影响,并因无法克服长时间的氧化应激最终引起丙二醇（MDA）在组织中累积;有机酸参与下废渣浸出液对斑马鱼具有明显的神经毒性,长时间暴露后受试生物出现游动迟缓、呼吸慢和鳃盖张合频率降低的现象;鳃组织存在上皮细胞水肿、增生或脱落、鳃丝充血和鳃小片扭曲或断裂的现象,而肌肉组织中出现更多肌纤维核增大、固缩和碎裂的现象.综上,选用适生性和耐受性较强、根系发达且有机酸分泌量较大的先锋植物来修复多金属废渣场地将可能促进废渣中重金属的释放并引起环境生物抗氧化系统和神经系...     

不同污染区巨菌草生物炭内源污染物分布及其生物毒性

由于生物质原料来源广泛,缺乏生物炭内源污染物及其用量限制标准,极有可能将含有高内源污染物的生物炭用于环境修复,产生潜在的环境风险.采用清洁区、中度和重度污染区的巨菌草为原料制备生物炭,考察其内源铜（Cu）和镉（Cd）全量及其酸溶态含量和持久性自由基（PFRs）分布,并研究生物炭浸出液对小麦根伸长抑制率和抗氧化酶活性的影响.结果表明,重度污染区九牛生物炭Cu和中度污染区水泉生物炭中Cd含量分别是清洁区红壤生物炭Cu和Cd的3.73倍和4.43倍,九牛生物炭中酸溶态Cu含量分别是水泉和红壤生物炭的3.32倍和2.84倍,水泉和九牛生物炭中酸溶态Cd含量分别是红壤生物炭的7.95倍和5.11倍.3种生物炭中均含有相邻氧原子以碳为中心的PFRs,表现为：红壤>九牛>水泉.3种生物炭浸出液对小麦根伸长均表现为抑制作用,但均不同程度地提高了小麦幼苗超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性,其中九牛生物炭浸出液对小麦根伸长抑制率最高,达到27.7%.本研究表明,生物炭中内源重金属及PFRs等污染物的共同作用对小麦幼苗产生了显著的生物毒性,后期的研究需关注生物炭内源污染物的潜在环境风险,避免产生二次污染等环境问题.     

微生物异化Fe（Ⅲ）还原在环境污染治理中的应用及其发展前景

微生物异化Fe（Ⅲ）还原是指以Fe（Ⅲ）为末端电子受体在无氧条件下氧化有机物的产能过程,而铁元素是地壳中丰度最高的元素之一,因此,异化Fe（Ⅲ）还原在生物地球化学循环中起着重要的作用。文章围绕异化Fe（Ⅲ）还原机制,综述了国内外有关异化Fe（Ⅲ）还原在有机污染物（尤其是难降解有机污染物）、营养物质（N,P）等环境污染治理中的研究现状及其发展趋势,并对其进行了评述和展望,以期为特定污染物在环境污染治理中的实际应用提供参考依据。     

海洋环境污染生物监测及其方案的设计研究（续）

海洋环境污染生物监测及其方案的设计研究（续）范志杰，宋春印（国家海洋环境监测中心，大连１１６０２３）２．３监测方案的设计在设计海洋环境生物监测方案中，多需要考虑众多的相关因素，以满足具体目标的要求。在这些众多因素中，首先回答的问题是：（ａ）应该测量哪...     

三种有机磷萃取剂对水生生物的毒性效应

通过３种有机磷萃取剂：甲基磷酸二仲辛酯（P350）、异辛基磷酸单异辛酯（P507）和磷酸二异辛酸（P204）对不同营养级水平的单种生物：藻类（斜生棚藻）、草履虫（尾草履虫）、类（大型）、鱼类（鱼苗）的毒性试验,结果表明：３种有机磷萃取剂的毒性效应浓度（半致死浓度或半抑制浓度）为P350：0.40～9.30mg/L,P507：23.32～112.00mg/L,P204：59.50～138.00mg/L;毒性强弱的顺序为P350＞P507＞P204;建议把P350、P507、P204在水体中的安全浓度暂分别定为0.04mg/L、2.33mg/L和4.71mg/L。     

2种果皮衍生碳量子点对典型细菌的毒性分析

碳量子点（CQDs）及其功能化材料因其独特性在多个领域广泛应用,这类改性材料对环境生物潜在毒性尚不清楚。该研究选用橙子皮和西瓜皮制备的氮掺杂碳量子点（N-CQDs）,选取典型的革兰氏阴性菌大肠杆菌和革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌作为受试生物,通过分析细菌的生长曲线、菌落数、活性氧（ROS）含量和形态,考察2种菌体对N-CQDs的耐受性特征;同时,采用费氏弧菌进行急性毒性实验,验证了2种生物质衍生的N-CQDs对该菌的毒性效应。结果表明,随着N-CQDs浓度的增加,大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的菌落数均略有增加;N-CQDs对费氏弧菌的毒性较低。研究表明2种果皮衍生的N-CQDs具有良好的生物安全性,可为CQDs的应用及其风险评估奠定基础。     

黄孢原毛平革菌降解磷酸三苯酯的性能和机理

以白腐真菌的中的黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium）为实验菌种，考察不同环境条件因素对P.chrysosporium降解磷酸三苯酯（TPhP）的影响以及TPhP降解过程中菌体细胞特性的变化.结果表明，当孢子液的接种量为4%（V/V），葡萄糖浓度为5g/L，pH值为5~6时，经过6d的处理P.chrysosporium对5mg/L TPhP的降解率可达到60%以上.菌体的细胞色素P450酶在TPhP的降解转化过程中发挥了重要的作用，抑制P450酶的活性会导致TPhP降解率下降.在降解反应的前期，为加快TPhP的代谢转化，菌体胞内蛋白含量以及ATP酶活性出现明显升高.在TPhP胁迫下，菌体SOD和CAT的活性随降解反应的进行呈现先升高后降低的趋势，2种抗氧化酶协同作用维持TPhP降解过程中菌体胞内的氧化还原平衡.     

蚯蚓细胞色素P450生物标记物方法研究

以蚯蚓(Eisenia fetida)为试验动物,通过强化预处理(盐水洗脱)、改变离心力和溶解微粒体膜等实验,建立了蚯蚓细胞色素P450含量的定性、定量测定方法.在此基础上,以多环芳烃(菲)为供试外源污染物,分别以滤纸接触法和土壤投加法,进行了蚯蚓细胞色素P450含量与菲污染诱导的量-效关系试验.结果表明,增加和调整离心力,加入增溶剂等方法,可有效去除干扰,使蚯蚓微粒体样品的450峰值由完全被干扰掩盖(在455～457nm处滞后出现),转变为在450nm±1nm达到最大值.滤纸接触试验(10^-6,10^-5,10^-4,10^-3和10^-2mg·mL^-1)和土壤染毒试验(1,2,4,8 mg·kg^-1)均表明,蚯蚓体内P450含量与菲浓度存在量-效关系.对土壤染毒不同诱导时间(1,3,7,14,28d)的测定结果表明,不同浓度的菲对蚯蚓毒性为诱导刺激(7d)效应和诱导抑制(14d和28d)效应,导致蚯蚓体内P450总量分别为对照组的0.99～1.41倍及0.77～0.88倍(p<0.05).蚯蚓细胞色素P450含量测定方法具有简单、快速、低耗、敏感的优点,是适合于土壤低剂量污染暴露毒性诊断的生物标记物指标.     

二噁英对非洲爪蛙细胞色素P450表达的影响

二噁英(代DD)是一类毒性较强的环境污染物质.试验使用印记法定量检测了非洲爪蛙芳烃基受体(从R)及其核内的转录因子(Amt),细胞色素P450(CYP)中的CYP1A6 mRNA及CYP1A7 mRNA;用免疫反应检测了CYP1A蛋白质的表达.结果表明:TCDD的染毒没有引起AhR和Arnt表达量的增加,但引起CYP1A6 mRNA及CYP1A7 mRNA表达的极显著增加,以及CYP1A蛋白质的强烈表达;TCDD强烈诱发非洲爪蛙CYP1A,且存在质量浓度依存性,使用CYP1A作为环境危险性评价具有一定的可探讨性.      

难降解有机物对白腐真菌P450的诱导及P450的作用

实验考察了多环芳烃和氯酚类化合物对黄孢原毛平革菌P450的诱导作用及其P450对生物降解的影响.结果表明,萘、菲、2,4-二氯酚、五氯酚能够诱导该真菌P450,使微粒体P450比浓度达到37~137pmol/mg.在营养限制条件下,菲诱导的P450是营养丰富条件的5.7倍;P450抑制剂的作用使萘、菲、芘、2,4-二氯酚的降解效率下降36%~100%,但是对2,4,6-三氯酚和五氯酚的降解未产生影响.在营养丰富条件下,P450抑制剂的作用使萘、菲、芘、2,4,6-三氯酚的降解效率下降47%~100%,使五氯酚的降解效率增大57%,但对2,4-二氯酚的降解未产生影响.     

水体中PCDD/Fs生物标示器的研究进展

水生生物体内PCDDs/Fs的累积作用是通过3种途径实现的,包括通过鳃和表皮从水中的直接摄入(生物富集),水中悬浮颗粒的摄取(吞入)和污染食物的消耗(生物放大)。鱼体内的PCDDs/Fs含量可以在一定程度上反映水体的PCDDs/Fs污染水平。但是,由于鱼体的生物-沉积物累积因子相当低,其作为生物累积标示的可能性仍有待进一步的研究。鱼体肝脏的总细胞色素P450、细胞色素P4501A、乙氧基试卤灵-O-脱乙基酶、超氧化物歧化酶和脂过氧化反应水平等指标都可作为水体PCDDs/Fs污染的较为敏感的生化生物标示器     

白腐真菌细胞色素P450的诱导及检测方法研究

以CO结合差光谱为基本检测法,研究了白腐真菌黄孢原毛平革菌中细胞色素P450的诱导和适宜的分离检测方法.结果表明,正己烷对该真菌P450有显著的诱导作用,P450诱导量受正己烷浓度和诱导时间的影响,每小时投加正己烷2μL/mL、诱导6 h可使该真菌微粒体P450比浓度高达140~160 pmol/mg.在此基础上,本研究优化了分离P450时破碎细胞的方法以及光谱法检测P450的条件.破碎细胞时,采用高速分散结合玻璃研磨,比采用玻璃研磨、超声破碎和珠磨等方法分离的微粒体P450含量高1~5倍,是更为适宜的破碎方法.检测CO结合差光谱时,通气和还原条件对P450检测值有显著影响,较适宜的条件为:样品池和对照池分别通入等量的CO和N2,通气流量为3 mL/min(300μL样本),通气时间40 s;通气后投加还原剂低亚硫酸钠,投加浓度为0.4 mol/L.     

土壤-地下水系统中石油烃的迁移和生物降解述评

石油烃具有生物累积性,能长期留存在环境中。准确掌握环境中石油烃的行为及归宿,对有效控制石油烃污染、保护人类健康具有重要意义。生物降解是石油烃在土壤-地下水系统中归宿的主要途径。重点阐述了石油烃在土壤-地下水系统中的迁移,降解石油烃的微生物,生物降解机理,影响生物降解的因素,微生物修复技术,以及利用微生物分子生态学来监测生物降解过程的现状,并展望了未来的发展方向。     

How does the brown mussel Perna perna respond to environmental pollution? A review on pollution biomarkers

The brown mussel Perna perna (Linnaeus, 1758) is a valuable resource for aquaculture in tropical and subtropical coastal regions. It presents desirable characteristics for biomonitoring, including being sessile, widely distributed and abundant, and is a filter-feeder able to accumulate several classes of pollutants (e.g., metals, hydrocarbons, among others). Mussels’ biological responses to pollution exposure can be measured as biomarkers, which include alterations ranging from molecular to physiological levels, to estimate the degree of environmental contamination and its effects on biota. This full review compiles two decades (2000–2020) of literature concerning biological effects on P. perna mussel caused by environmental pollutants (i.e., metals, hydrocarbons, and emerging pollutants), considering environmental and farm-based biomonitoring. Biochemical markers related to mussels’ oxidative status were efficient for the biomonitoring of metals (i.e., antioxidant enzymes associated with oxidative damage in biomolecules). Genotoxicity and cytotoxicity indicators (i.e., comet, micronucleus, and neutral red assays) provided a depiction of hydrocarbon contamination. The neutral red assay gave a time-concentration cytotoxic response to a wide range of pollutants, including emerging pollutants (e.g., pharmaceuticals and biocides) and hydrocarbons. Perna perna hemocyte parameters provided a useful approach for biocide biomonitoring. This paper summarizes useful biomarkers from molecular to physiological levels in this mussel species used to identify and quantify the degree of coastal pollution. An integrated biomarker analysis may provide a way to overcome possible biomarker variations and assess multi-polluted sites. Nevertheless, it is necessary to investigate biomarker variations according to natural factors (e.g., season and gonad maturation stage) to standardize them for trustworthy biomonitoring.     

装饰材料所致的室内空气污染

对商业、工业、住宅等不同功能区和不同室内燃料的厨房、卧室、教室等室内房间，作了空气中甲醛的本底值调查。调查表明，甲醛浓度范围为０．０００７－０．０１２５ｍｇ／ｍ＾３。对１５户普通家庭装潢户的调查表明，经装潢后１年以上测得的甲醛，总烃、苯、甲苯平均浓度分别为０．０２、０．５０、０．７６、１．２５ｍｇ／ｍ＾３。氯乙烯、苯乙烯未测出。其中甲醛平均浓度高出本底值２０倍，为前苏联建议的日平均浓度的１．６倍。     

污染水体的总抗氧化能力生物标志物研究

以无污染饲养鲫鱼为监测生物,采取主动生物监测法(ABM)对太湖北部梅梁湖与贡湖污染区进行生物监测,并分析各监测点常规水质指标及表层沉积物中多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、有机氯农药(OCPs)与重金属含量,同时定期(7,14,2,28d)采集生物样,分析鲫鱼大脑组织及肌肉组织中总抗氧化能力(TAOC)活性.结果表明,鲫鱼脑组织TAOC活性比肌肉组织TAOC活性值高出约4倍,并且对污染物协迫反应敏感.实验第14d开始,脑组织TAOC呈显著诱导效应(P<0.05),最大值出现在PCBs污染严重的梅梁湖4号站点,相比参照点活性增加62.19%.其次是重金属污染严重的梅梁湖3号监测点,而污染最小的贡湖1号监测点TAOC变化较小.肌肉组织中TAOC对污染物反应不敏感,不适合作微污染区生物标志物.