蛋白组学技术的发展及在水生态毒理学中的应用

作为后基因组时代重要的研究工具,蛋白组学技术的发展对水生态毒理学研究产生了巨大的促进作用。对近年来应用于水生态毒理学研究中的蛋白组学技术的发展历程和应用现状进行了全面的阐述。从蛋白提取、蛋白分离和鉴定、蛋白定量等方面对蛋白组学研究技术的发展进行了系统的介绍,重点介绍和比较了蛋白分离和鉴定技术中的基于胶的技术和非胶技术。在简介蛋白组学技术发展的基础上,以蛋白的识别和定量,特定功能蛋白的研究,蛋白相互作用研究这3个蛋白组学的研究方向为切入点,详细阐述了各类技术在水生态毒理学研究中的应用,如蛋白组学在阐明各种污染物对水生生物的毒性作用机制方面的应用,以及在水体污染状况的监测和评价方面的应用等。最后,指出了目前蛋白组学研究的不足,并有针对性地提出了水生态毒理学研究中蛋白组学的发展方向。     

肠道微生物与环境健康关系的研究进展与展望

尽管肠道微生物群落在调节宿主多种生理功能的稳态以及抵抗环境污染物的毒性等方面至关重要,但是其在环境健康上的作用直到近几年才引起关注.本综述主要概述了环境污染物对肠道微生物的作用导致的健康效应的最新研究进展.发展迅速的高通量测序平台与合成生态学方法有助于快速确定肠道微生物组成,结合信息化综合分析方法可进一步探明肠道微生物对污染物的调节机制.本综述进一步重点举例,讨论了重金属、有机污染物、纳米颗粒、微塑料与肠道微生物群落相互作用的机制,及其对宿主健康产生的影响.目前对于肠道微生物群落介导环境污染物诱发环境健康效应的研究还不够成熟,存在诸多需要克服的科学技术难点.综述在最后从研究对象、技术方法和应用方面提出了对未来研究内容的展望.     

表面增强拉曼光谱技术应用于环境污染物检测的研究进展

表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman Spectroscopy,SERS)技术作为一种单分子水平的检测技术在众多领域都有广泛的应用.SERS技术的高灵敏性、可实时检测等特点,在环境领域有着巨大的应用前景.本文从增强基底材料的SERS效应、提高其选择性和优化实用性的三个方面介绍了SERS技术应用于环境污染物检测的最新研究进展,并在此基础上提出了今后SERS技术在环境领域的可能发展方向.     

草酸与铁氧化物相互作用及光化学活化分子氧过程的研究进展

草酸与铁氧化物共存于自然环境中,二者之间的相互作用及光化学行为强烈影响着分子氧的活化.而分子氧活化影响共存体系中污染物的迁移与转化,是发展绿色污染控制氧化技术的关键.因此,探讨草酸与铁氧化物之间的相互作用与光化学活化分子氧是目前的研究热点之一.本文系统总结了近年来围绕草酸与铁氧化物相互作用以及草酸诱导铁氧化物活化分子氧的研究成果,论述了草酸在铁氧化表面的吸附与转化特性、草酸铁络合物光化学过程以及活性氧产生与转移途径,同时探讨了上述过程对环境污染物降解的影响,借此加深理解草酸诱导铁氧化物环境光化学行为与活化分子氧原理,并对今后的研究发展方向提出了展望,以期为利用天然铁氧化物和有机质发展原位环境修复技术提供依据.     

环境中纳米塑料的分离与检测

微塑料作为环境中一类新兴污染物备受关注.然而对于尺寸更小的纳米塑料,尽管毒性效应被不断发现,但其在真实环境中的存在水平和检测技术还鲜有报道.本文评述了有限研究中纳米塑料分离和检测方法的优点与局限,并依据现阶段纳米污染物分析方法存在的问题,对相关方法的未来发展进行了展望.     

生态毒理基因组学——后基因组时代生态毒理学的新领域

基因组学、蛋白组学和代谢组学技术为生态毒理学的发展提供了生物高通量的技术手段,构成了新的交叉学科——生态毒理基因组学.生态毒理基因组学着重研究环境毒物暴露下非靶生物基因和蛋白的表达,能够在基因组水平上更深入地理解环境污染物的致毒机制,同时,它引进生物标志物为生态风险评价提供了平台.论文对生态毒理基因组学的发展历程、技术支持、模式生物及其在生态风险评价方面的应用进行了综述,以推动生态毒理基因组学技术在我国的进一步发展.     

微塑料与有毒污染物相互作用及联合毒性作用研究进展

随着塑料产品的广泛应用,微塑料(microplastics,MPs)污染已经成为全球关注的重大环境问题.海洋中的MPs能够与有毒污染物(如有机污染物、重金属和纳米颗粒等)发生相互作用,对海洋生物产生复合效应.因此,MPs与环境中有毒污染物的联合毒性效应越来越引起人们的关注.本文首先概括总结出MPs对海洋生物的毒性效应及致毒机制,包括遮蔽效应、氧化应激、免疫毒性、生殖毒性、遗传毒性、神经毒性和行为毒性等方面:随后分别讨论了MPs和有机污染物、重金属以及人工纳米颗粒的联合毒性效应,从微塑料对污染物的吸附、富集和载体效应着手分析微塑料与污染物之间的相互作用,凝练得出MPs增强或抑制污染物毒性的作用机制,包括微塑料改变污染物的生物可利用性、微塑料改变生物体对污染物的胁迫响应、微塑料与污染物发生交互作用等;最后对微塑料与有毒污染物联合毒作用研究的发展方向进行了展望,建议在未来研究中重点关注环境特征的次生微塑料与有毒污染物相互作用的环境行为和生物效应,特别是通过食物链的传递作用.以期为准确评估和深入理解微塑料的海洋环境和人类健康风险提供理论依据.     

污染物环境界面行为的多尺度计算模拟

污染物的环境界面行为研究一直是环境科学领域的核心和热点内容之一.借助于计算方法能够突破实验方法分析水平的限制,提供从微观到介观的多尺度上的污染物界面行为的化学机制与结构特征.量子力学方法、全原子分子动力学模拟和基于粗粒化体系模型的分子动力学模拟及耗散粒子动力学模拟等不同分子间作用计算方法可依次从原子尺度、分子尺度到介观尺度实现污染物环境界面行为的模拟分析,提供丰富多样的污染物与环境表面相互作用信息.本文综述了典型分子间作用计算模拟方法在污染物的环境界面生成、吸附乃至催化转化等方面的应用进展,分析了现有研究存在的问题和不足,并对未来的研究重点提出了展望.     

扫描/透射电子显微技术在土壤环境微生物相互作用超微结构研究中的应用进展

超微结构技术与土壤和微生物等学科的交叉融合,使得相关研究的尺度向着更直观与更微观的两极方向延伸.微生物与土壤组分的相互作用贯穿于整个土壤多相微界面体系,是土壤中最具活力的因子,深刻影响着环境污染物的迁移转化及归趋行为.扫描和透射电子显微技术的结合能够将土壤与微生物组成的高活性超微界面体系可视化,是当今土壤界面化学研究的前沿方向.介绍扫描和透射电子显微技术结合能谱、高角度环形暗场像、电子衍射分析等手段的基本原理和其应用于环境微生物领域的制样要求;综述应用扫描/透射电子显微技术研究环境胁迫下微生物的形态变化特征、微生物与土壤固相组分的作用、微生物与微生物之间交互作用的超微结构特征,以及结构和形貌观测及化学成分分析;通过扫描/透射电子显微技术揭示土壤微生物与污染物的作用机制,跟踪环境污染物的转化和迁移特征.已开展的研究发现,微生物容易附生于土壤颗粒表面,且通过调整自身细胞表面结构,改变自身转运有机物的通道,从而代谢污染物;共培养模式具有协同效应,在降解有毒有机污染物和处理废弃物方面效率更高,从而加速土壤中污染物的转化与降解过程.此外,还总结了通过扫描/透射电子显微技术如何深入挖掘有生命土壤的超微界面作用机理,展望扫描/透射电子显微技术未来的可能研究方向,期望能进一步促进土壤微生物技术在环境修复领域的深入发展与广泛应用.     

传统稳定同位素技术在环境科学领域的应用及研究进展

本文回顾了同位素技术的发展历史、简介了传统稳定同位素技术的应用原理与主要分析仪器.重点介绍了传统稳定同位素技术在污染物溯源、识别转化历程和指示反应程度,以及重建古环境信息,构建生态系统营养结构和探索生态物质循环等环境科学领域的应用与最新研究进展,提出了当前传统稳定同位素技术面临的挑战并对未来的发展方向进行了展望.     

基于人群健康的污染产业转移环境效应研究——以广东省陶瓷行业为例

产业转移是经济发展过程中常见现象；产业生产与资源环境之间密不可分的关系决定了产业转移必然引起资源环境状况的变化。为评价产业转移对改善区域整体环境状况的作用，构建了以环境经济损益分析定量评价产业转移的环境效应的方法框架，并以广东省陶瓷行业转移为例，研究了基于人体健康的污染产业转移的环境效应。研究结果显示，一般而言，由于污染排放变化，产业迁出地将产生环境效益，同时承接地将发生环境损失。当产业转移产生环境净效益时，意味着整体区域环境的改善。这种改善主要得益于产业迁出地和承接地之间存在的社会经济特征差异、具有经济技术可行性的污染控制技术的推广以及环境自净能力的合理利用等因素的综合作用。为促进区域协调发展，区域内产业转移过程中，应采取优化产业转移目录、加强环境管理、建立环境信息公开和公众参与制度和统筹协调区域内的污染控制责任和环境利益等环境治理措施。     

城市环境影响模拟的系统动力学研究

城市化进程的加快已导致严重的环境问题。对城市环境影响的模拟研究是确定合理的城市发展规模和制定科学的发展规划的重要依据,以采取措施从源头控制环境质量的恶化。城市环境属于复合多动态系统,传统的一些方法可以实现城市环境影响的模拟预测,但参数调控方面的功能较不完善。文章将基于信息反馈控制理论的系统动力学引入城市环境影响模拟中,构建城市环境、社会、经济之间的系统动力学模型,通过调整环保投入、科技投入、经济增长速率以及单位能耗等系统变量,对武汉市未来发展的主要污染物（SO2、COD）排放量和主要资源消耗量（能源、水）等进行了四种情景动态模拟。结果表明：（1）系统动力学适合于研究复杂系统行为,具有较强的模拟和调控能力,同时可以避免繁琐的计算和信息成本高等缺点;（2）＂两型＂发展模式（Ⅳ）下的资源消耗量和污染物排放量明显低于其它3种情景,但仍处于较高的水平。武汉市污染物削减、生态环境保护任务依然繁重,开发新的替代能源、提高资源利用率仍是今后工作的重点。     

Consequences of manganese compounds: a review

Manufacturing of manganese (Mn) compounds, their industrial applications as well as mining overburden, has generated a potential environmental pollutant. Occupational exposure to elevated levels of Mn occurs during mining, welding, smelting and other industrial anthropogenic sources. Chronic and acute exposure of this metal pollutant leads to adverse consequences and is clinically categorized by various symptoms of neurotoxicity including cognitive, psychiatric symptoms, Parkinson's disease, extra pyramidal signs, manganism, dystonia, and motor system dysfunction. The aim of this review is to summarize the possible mechanism underlying Mn compounds-mediated neurotoxicity leading to neurodegenerative diseases. Our review endeavours to examine recent advances in research on Mn-related environmental pollution, Mn-induced poisoning, molecular mechanisms underlying Mn-induced neurotoxicity with case studies as well as current approaches employed for treatment and prevention of Mn exposure.     

大气颗粒物暴露与健康效应研究进展

大气颗粒物一直是影响我国大多数城市空气质量的首要污染物,且呈现出与欧美不同的煤烟、机动车尾气以及开放源复合型污染并存的高浓度污染态势,已有研究发现颗粒物的短期或长期暴露均会对人体产生不良的健康效应。本文从环境科学、暴露科学、环境流行病学和环境毒理学研究等方面系统综述了大气颗粒物健康效应研究的方法和进展,可为我国的大气颗粒物健康效应研究与大气颗粒物环境质量标准的修订提供方法学参考和经验借鉴。目前我国PM10污染尚未得到有效控制,细颗粒物(PM2.5)的污染也已引起关注,建议在不同区域开展空气污染健康效应的系统研究。     

Ecological risk assessment from the viewpoint of surface water pollution in Xiamen City,China

The ecological security of urban surface water is subject to significant risk due to rapid urbanization. Pollutant discharge and accumulation are among the most critical stressors endangering urban surface water and affecting the normal operation of urban aquatic ecosystem services. In this study, we assessed how pollutant accumulation stresses water purification systems, which perform important urban ecosystem services. First, we applied a water environmental capacity model to calculate thresholds of urban surface water environmental capacity under a given water quality target. Second, based on a stepwise regression method, an equation was used to describe the relationship between stressor factors (pollutant accumulation) and measurable socioeconomic indicators. Third, an ecological risk index was used as an assessment endpoint indicator to assess the negative ecological effect of pollutant accumulation. Finally, risk level was classified according to the risk quotient method. Taking Xiamen City as an example, we analyzed the contribution of different sources of pollutants and evaluated the urban ecological risk posed by two major contaminants present in the environment by measuring chemical oxygen demand (COD) and ammonium nitrogen (NH₄⁺-N). The results show that the ecological risk indexes of both COD and NH₄⁺-N are expected to decrease from 2020 to 2030; that of COD is expected to fall from medium to low, whereas that of NH₄⁺-N is expected to fall from high to medium. These findings demonstrate that the ecological risk posed to the surface water in Xiamen City can be reduced by controlling population growth, optimizing industrial structure, and promoting economic development.     

高氯酸盐环境行为与生态毒理研究进展

高氯酸盐是一种无机污染物质,其特点是扩散速度快、稳定性高、难降解,较低浓度的高氯酸盐可干扰甲状腺的正常功能,从而影响人体正常的新陈代谢,阻碍人体正常的生长和发育,其环境污染问题已引起了人们高度关注,成为近年环境科学和医学的研究热点.文章在介绍高氯酸盐的理化性质和用途的基础上,综述了各地水体环境、饮用水以及牛奶、蔬菜等食品中高氯酸盐的污染现状,发现很多国家境内都存在不同程度的高氯酸盐污染,高氯酸盐在中国环境中也是普遍存在的,在污水淤泥、水稻、瓶装饮用水和牛奶中均能检测到;初步探讨了高氯酸盐在土壤和水体中的环境行为,认为环境中高氯酸根离子的降解主要是生化降解,微生物在其降解过程中起主要作用;综述了高氯酸盐对植物、动物、微生物和人体的急慢性毒性效应,指出自然环境中的高氯酸盐浓度很有可能具有慢性毒性;最后就高氯酸盐在生态环境中的检测方法和生物降解等研究前沿进行了展望,为今后高氯酸盐的使用、污染预防及治理提供参考.     

腐殖质的光化学降解及其对环境污染物环境行为的影响

腐殖质是地表环境中最重要的有机组分,也是生态环境中最主要的吸光物质之一,对环境污染物的形态、迁移、毒性和生物可利用性有着重要的影响。文章综述了腐殖质的结构特征和光化学降解反应过程和机理,指出腐殖质的光敏化和光化学降解过程对环境污染物的环境行为和归宿有重要的影响。通常,腐殖质的光敏化作用在低质量浓度下,尤其在一定铁离子的协同作用下可促进有机污染物的降解,但高质量浓度的腐殖质由于其本身的吸光作用以及参与自由基的竞争则抑制有机污染物的降解。腐殖质的光化学降解过程降低了环境体系的pH和腐殖质的分子量、破坏了腐殖质的芳环结构、改变了紫外和可见光区域的吸收等,导致其与重金属离子和有机污染物结合能力的下降,造成水体或颗粒态中游离的污染物质量浓度增加,对生态系统将造成更大的危害。目前对腐殖质和环境污染物本身的光化学降解机理已较为清晰,今后应加强对自然水体或土壤系统中腐殖质光化学降解的影响因素,腐殖质光化学降解过程中结构特性的变化机理,以及腐殖质的结构特性与环境污染物结合性质之间的构效关系等方面的研究。特别是随着平流层臭氧空洞的增加,增强了到达地球表面的紫外线强度,研究紫外线增强对腐殖质和有机污染物的降解以及对生态系统的影响可进一步深刻理解太阳光辐射对污染物环境行为和归宿的影响。     

剧烈人类活动区经济发展与环境污染水平关系--以广东省东莞市为例

近年来,经济发展与环境污染之间的关系成了社会经济发展的热点问题。本研究选取东莞市1990-2010年经济与环境数据,探究环境库兹涅茨曲线演替轨迹,得出研究时段内东莞市环境库兹涅茨曲线大体呈“倒U型”特征,其中“倒U型”峰值大约出现在2007年人均GDP为4.51万元时;工业废水、工业废气以及工业废渣排放量3项指标的环境库兹涅茨曲线,分别呈现弱的“倒U型”、“倒U型上升阶段”、“倒U型＋倒U型上升阶段”特征。结果表明,东莞市环境库兹涅茨曲线特征与污染物排放量、产业结构、环保政策及投资等有较为密切的关系。结论建议：东莞市可以通过调整产业结构、加大环境保护投资力度等措施促进经济转型,加速“倒U型”曲线后半段的形成。     

区域建设项目的污染物排放总量控制方法框架

针对目前还缺乏可操作的建设项目环境管理实施污染物排放总量控制(以下简称总量控制)的方法,基于郑州市环境保护局在建设项目环境管理实施总量控制方面的多年实践与经验,探讨了对总量已超出区域环境容量的地区如何对建设项目实施总量控制,如何确定区域污染减排和综合整治总量控制目标的确定,如何构建新、老污染源之间良性互动机制以及制定建设项目实施总量控制的政策、制度和管理措施保障,为区域建设项目环境管理实施总量控制提供了理论和方法框架。     

Analysis of the current situation of environmental policy of China and establishment of distributed environmental policy framework

In this study, China’s current macro-environmental policies as well as their implementation and management tools are analyzed. By using the basic economic methodology, detailed studies are conducted focusing on the implementation effect of contemporary China’s typical environmental policy of the total pollutant discharge quantity control type, and also the two types of environmental management tools are compared from the perspective of implementation costs and policy uncertainty. By introduction of distributed management tools into the implementation of environmental policies, market-oriented means and the methods of economic analysis are introduced into environmental policy decision-making mechanisms, which could afford a new method for changing the current relatively low efficiency of environmental policy, solving the problem of “government failure” in environmental policy implementation, and providing a new way to make environmental policy system more flexible and more efficient. It is of great practical significance to solve China's current structural, complex and accumulative environmental problems.