多环芳烃“双区”理论的定量研究

本文比较了有关多环芳烃结构致癌活性关系的四种理论,着重讨论了“双区”理论,并用概率统计的方法和回归分析的一般原则,验证了作者之一所提出的双区理论及其定量公式的合理性,在双区理论的基础上,本文将距离参数(D),传输参数(C)和结构参数(L＇/L)引入多环芳烃结构致癌活性关系的定量公式之中,并提出了双区公式的其它新形式,新的双区公式除在七环以下与双区Ⅰ式得到类似的结果以外,适用于现有实验数据的八环以上的化合物,为了使公式更加符合双区模型,在参数的选取方法上进行了改进。     

多环芳烃的分子表面积与双区理论

本文提出了一种利用基团贡献法原理计算分子表面积(TSA)的新方法,应用该方法计算了多环芳烃(PAHs)的TSA,并以双区理论为基础,研究PAHs的分子表面积与致癌活性的关系,将TSA参数引入双区理论方程,通过本文提出的理论方程对PAHs的致癌活性进行了计算,所得结果与实验值吻合得很好,对双区理论进行了分子表面积的补充。     

基于双区理论的N-亚硝基化合物结构致癌活性关系的模式辨认资料

借模式辨认,建立了N-亚硝基化合物(NNC)的结构致癌活性关系(SCAR)的双区理论模型,153个NNC的计算结果与实验事实的一致达97.4％。实验事实的模式辨认处理揭示: NNC致癌作用的关键步骤是DNA互补碱对的横向交联,其中亲电中心之一是熟知的α-位,而另一个中心则应是β-位或恰好相当于(?)-位的Υ-位。NNC的SCAR可根据结构与化学活性的关系,做出合理的阐释。本文报导了此模式辨认处理的数学方法、数值结果和数据集。     

基团定位指数用于橙酮类DRAK2抑制剂活性的研究

DRAK2激酶在多种细胞死亡信号通路中发挥着关键的作用,为研究橙酮类DRAK2抑制剂的抑制活性与其分子结构之间的定量构效关系,根据橙酮类DRAK2抑制剂分子中原子的连接特性,提出了一种新的结构指数——基团定位指数(D),并分别计算了59个橙酮类DRAK2抑制剂分子的电性距离矢量值,筛选了电性距离矢量中的M₂、M₃、M₉、M₁₄、M₁₅、M₂₁和M₃₃作为理论结构的描述符,将这几个结构指数与基团定位指数(D)结合,与橙酮类DRAK2抑制剂的抑制活性进行回归分析,将8种参数作为神经网络方法的输入节点层的输入参数,采用8-4-1的神经网络的网络结构,构建了一种相关性较好的预测橙酮类DRAK2抑制剂抑制活性的神经网络法模型,预测模型的方程总相关系数(r_总)达到0.9931,计算得到的抑制活性预测值与实验值(pIC₅₀)之间的相对平均误差只有1.12%;对模型进行稳定性和离域性检验,效果良好;与别的模...     

量子化学在化学品环境污染研究中的应用

化学品的大量生产和使用对环境和人们构成生态和健康风险.近年来量子化学研究方法广泛应用于化学品环境污染过程与归趋研究,理论计算结果均得到传统实验研究的较好验证.因此,本文综述了量子化学计算在化学品环境污染研究中的诸多应用.文章首先简介了量子化学基本原理及计算内容,阐述了小分子基态及激发态、生物大分子和无机大分子的量子化学计算方法及在化学品环境污染领域中的应用,结合过渡态理论,半定量计算可以得到化学品在环境中发生的迁移转化行为,从而为化学品环境管理和风险评估提供基础数据和理论依据.     

有关含铬废水处理的化学平衡计算

本文根据化学平衡理论,对六价铬在水溶液中的化学形态,六价铬的氧化还原条件以及化学沉淀条件进行了定量计算,获得的计算图表,为含铬废水的化学处理提供了理论依据和简单的定量计算方法。     

石油烃降解酶及其基因的结构、功能和表达调控

研究烃降解酶及其基因是进行石油微生物分子检测和工程菌构建的重要基础.本文对目前烃降解酶及其基因的结构、功能和调控机制的最新研究进展进行了总结.催化烷烃好氧降解的起始酶有几类加氧酶,膜整合甲烷单加氧酶、萘-1,2-双加氧酶和异丙苯双加氧酶的晶体结构已经被解析.烷基或芳基琥珀酸合酶催化烃厌氧代谢的主要起始反应,而Azoarcus sp.乙苯厌氧代谢起始反应由乙苯脱氢酶催化.在细菌中,烃代谢相关基因主要通过形成操纵子进行表达调控,基因转录受烃或类似物诱导,并受细胞全局调控.一些微生物由于存在多种烃代谢途径而可能具有复杂的基因调控机制.此外,生态学研究表明,环境中烃降解基因的诱导动态与实验室内纯培养分析不同.在分析石油降解工程菌构建有待解决问题的基础上,提出了烃代谢综合调控和环境中相关酶及基因诱导研究的重要性,并对未来烃降解酶及其基因在有毒物降解理论研究和生物修复上的应用进行了展望.     

有机污染物对水生生物毒性作用机理的判别及影响因素

有机污染物对水生生物急性毒性作用机理的判别及影响因素是定量结构与活性相关研究的基础,对准确预测有机污染物对水生生物的毒性具有重要的意义.本文根据目前国内外在该领域的研究现状和本课题组在该领域的研究成果,系统地总结了有机污染物对水生生物的急性毒性作用机理、毒性作用机理的判别方法、及影响毒性作用机理判别的因素.有机污染物对水生生物的急性毒性作用机理可分为非极性麻醉型、极性麻醉型、反应型和特殊作用型;化合物的毒性比率、毒性临界值和结构警示是目前判别毒性作用机理的主要方法;有机化合物的生物富集、非生物转化、生物代谢、离子化率和溶解度是毒性作用机理判别的主要影响因素.     

石油污染土壤的微生物修复及土壤微生物活性变化

为快速有效地测定石油污染土壤中功能性微生物的活性变化,分别以石油烃、正十六烷烃、多环芳烃为自定义碳源,应用Biolog法研究油污土壤生物修复过程中石油烃、烷烃、多环芳烃降解菌的代谢活性.结果显示,向油污土壤中投加混合降解菌群进行生物强化修复处理,可以有效去除土壤中的石油烃,修复13周土壤中石油烃去除率达到42.3%;生物刺激和自然修复对土壤石油烃的去除率分别为28.3%和20.5%.Biolog测定结果表明,生物强化法修复初期的土壤微生物群落对石油烃、烷烃两种碳源的代谢能力较强,而生物刺激法修复后期的土壤微生物群落对烷烃有较强的代谢能力;不同处理的土壤微生物群落比较偏好、利用率较高的碳源是石油烃,其次是烷烃,而对多环芳烃几乎不利用;土壤中石油烃、烷烃降解菌的活性越大,土壤微生物对石油烃的去除效率越高.上述研究结果说明,通过利用Biolog法测定土壤微生物活性变化可有效指示土壤中石油烃的去除效果.     

七种萘有机化合物对活性污泥的抑制作用

本文依据呼吸法测定的微生物耗氧速率,研究了七种萘有机化合物对活性污泥的抑制作用,建立了微生物相对呼吸速率与抑制物浓度之间的定量方程,据此方程计算了七种化合物在废水生物处理系统中的建议最高可容许浓度以及对微生物呼吸的半抑制浓度EC_（50）,并得到了EC_（50）与正辛醇-水分配系数lgK_（ow）之间的线性回归方程。     

应用细胞合成计量关系模型分析鱼腥藻7120的混合营养生长

根据文献中鱼腥藻细胞大分子的含量和组成情况，计算了细胞合成所需要的小分子单体和前体代谢物的量，得到代谢意义上的细胞生物合成计量关系，此计量关系模型，对鱼腥藻7120细胞在气升式光生物反应器中光自养和混合营养生长的对数生长阶段进行了代谢通量分析。结果表明，葡萄糖的利用影响细胞初级碳代谢的流动状况，混合营养生长过程比光自养生长过程磷酸戊糖途径氧化性分支的反应程度明显加强，随着培养的进行，葡萄糖被细胞用作碳源的比例可能减小，而用作能源的比例可能增大。     

七种萘前机化合物对活性污泥的抑制作用

本文依据呼吸法测定的微生物耗氧速率，研究了七种萘有机化合物对活性污泥的抑制作用，建立了微生物相对呼吸速率与抑制物浓度之间的定量方程。据此方程计算了七种化合物在废水生物处理系统中的建议最高可容许浓度以及对微生物呼吸的半抑制浓度ＥＣ５０，并得到了ＥＣ５０与正辛醇－水分配系数ｌｇＫｏｗ之间的线性回归方程。     

基于本土物种的3种典型化合物急性生态效应阈值研究

预测无效应浓度(PNEC)是进行风险污染物水生态安全管理的重要依据。本研究进行了3种典型化合物五氯酚、硝基苯和氯化镉对10种我国不同营养级水生生物的24 h、48 h和96 h的急性毒性测试,根据实验结果计算了相应的急性PNEC,同时与根据美国环境保护局毒性数据库里的毒性数据计算获得的急性PNEC值,以及综合本实验结果与毒性数据库里的数据计算得到的急性PNEC值进行对比,发现通过3种数据来源获得的急性PNEC值中,硝基苯的PNEC值差异较大,由本次实验结果获得的急性PNEC值最小;其他2种化合物差异较小。这可能是由于本次实验所选的本土生物中华田螺和麦穗鱼对硝基苯比较敏感,并且数据库中硝基苯的急性致死数据较少、毒性值较大且变化范围较窄,而其他2种化合物数据量较为丰富,变化范围较宽,包括了较敏感物种的毒性数据。这表明为给我国水生生物提供一个安全可靠的保护,对于数据量较为丰富并且毒性值变化较宽的化合物(如五氯酚和氯化镉)可以直接根据数据库里的毒性数据进行PNEC值的计算;而对于毒性数据量较少、毒性值偏大且变化较窄的化合物(如硝基苯)需要进行本土敏感物种的毒性测试。     

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。     

植物多样性对土壤微生物的影响

生物多样性强烈地影响生态系统的过程.生态系统过程的变化可导致生物多样性衰减并因此导致生态系统功能衰退.植物种丰度和植物功能多样性对土壤细菌群落的代谢活性和代谢多样性有成正比的影响.土壤细菌的代谢活性和代谢多样性随植物种数量的对数和植物功能组的数量而直线上升.其原因可能是由植被流入土壤的物质和能量的多样性和数量的增加,也可能是由土壤动物区系起作用的土壤微生境的多样性的增加造成的.由于植物多样性的丧失所引起的植物生物量的减少对分解者群落有强烈的影响微生物生物量将可能减少,因为在大多数陆地生态系统中,有机碳源限制着土壤微生物的活性.     

生物炭的制备温度及酸处理对卡马西平的吸附动力学影响

本研究考察了卡马西平(CBZ)在9种不同条件(裂解温度200、300、500℃,无酸,HCI和HCI-HF)处理的生物炭上的吸附动力学,分别应用拟一级、拟二级和双室一级3种动力学模型对实验数据进行拟合.研究结果表明,双室一级动力学模型对吸附动力学提供了更精确的描述.裂解温度和酸处理对CBZ的吸附动力学有显著影响,具体表现为不同酸洗导致矿物含量发生显著变化,矿物对生物炭吸附CBZ的快室吸附单元起主要作用,生物炭内部的芳香环随生物炭的升高而更加致密,生物炭内部的芳香环结构主要贡献于慢室吸附单元.生物炭的矿物组分一方面屏蔽了有机质上的一些吸附点位,另一方面矿物自身可以有效地吸附污染物,酸洗去矿物对生物炭吸附污染物的表观影响可能取决于两个方面的平衡.     

有机磷酸酯类化合物的定量结构-活性关系及稳健性分析

应用理论线性溶剂化能关系（TLSER）模型研究了35种有机磷酸酯类（OP）化合物的结构及其对家蝇急性毒性之间的关系,得到了可以指示毒性作用机理的定量结构-活性关系．在OP化合物与生物体的作用过程中,分子的极性是影响活性的最重要因素,表明OP化合物可能与生物体发生特异性反应．采用Bootstrap方法分析模型的稳健性,结果表明,模型的系数、标准误差及相关系数均与Bootstrap估计接近,模型具有较强的稳健性．     

2,3,7,8-TCDD代谢产物的液-质联用分析

采用肝微粒体体外温孵法,对2,3,7,8-TCDD在大鼠肝微粒体中进行体外代谢研究.利用实验中所建立的液相色谱串联质谱方法对其代谢产物进行直接分析,共鉴别出两类代谢产物,分别为2个单羟基化代谢产物(2-OH-1,3,7,8-TCDD和1-OH-2,3,7,8-TCDD)和双羟基化脱氯的代谢产物.     

秸秆生物炭施用对玉米根际和非根际土壤微生物群落结构的影响

为探究生物炭施用对土壤微生物群落结构与功能的影响,以广东博罗某生态农业实验基地玉米地为试验对象,设置3个处理,分别按0(C)、5(B1)、10(B2)t·hm~(-2)施加秸秆生物炭,分别于第7天、14天、21天后采集根际土壤及非根际土壤样品,通过对玉米根际及非根际土壤细菌16S rDNA进行高通量测序分析,结合16S rDNA PICRUSt功能预测技术,探究生物炭施用对玉米根际土壤及非根际土壤微生物群落结构与功能的影响。结果表明,与空白对照组相比,施加生物炭可明显增加玉米非根际土壤微生物群落多样性,施加21 d后C组、B1组和B2组chao1指数分别为1 261、2 707和2 472;对根际土壤微生物多样性影响不显著(P=0.406)。施加5t·hm~(-2)生物炭后,玉米根际土壤酸杆菌门(Acidobacteria)相对丰度升高,但施加10 t·hm~(-2)生物炭处理酸杆菌门(Acidobacteria)相对丰度降低。在科水平上,施加生物炭后,玉米非根际土壤黄色单胞菌科(Xanthomonadaceae)受到明显抑制,而施加生物炭与否及施加量多少对根际土壤黄色单胞菌科(Xanthomonadaceae)丰度高低影响不显著(P=0.857)。PICRUSt预测结果表明,生物炭施加对玉米土壤微生物群落代谢、遗传、信息传递等过程产生影响,从而改变微生物的群落结构及生态功能。综上,施用生物炭会影响玉米土壤微生物群落结构与功能,相对于施加10 t·hm~(-2)处理,施加5 t·hm~(-2)处理对土壤微生物群落结构的影响效果更为显著。该研究结果可为生物炭农业化利用机制研究及施加量选择提供参考。     

施肥措施对华北潮土区小麦-玉米轮作体系土壤微生物群落特征的影响

通过对华北潮土区冬小麦-夏玉米轮作模式中不同施肥处理下农田土壤微生物群落特征的研究,分析不同施肥处理下土壤微生物群落多样性和群落结构的变化规律,为提高华北潮土区土壤肥力和维持农田土壤微生物多样性提供理论依据。在天津市宁河区试验基地设置5个施肥处理大田试验,分别为单施化肥(T1,对照)、50%氮肥与生物有机肥配施(T2)、常量化肥与生物有机肥配施(T3)、常量化肥与秸秆配施(T4)和常量化肥-生物有机肥与秸秆配施(T5),采用Biolog-ECO微平板技术研究不同施肥措施对土壤微生物群落的影响。结果表明,(1)化肥配施生物有机肥和秸秆能够显著提高土壤有机质、速效磷、全氮和全磷的含量,并且配施处理会降低土壤的pH值,其中T5处理的土壤各养分含量最高。(2)各处理土壤微生物的平均颜色变化率(Average well color development,AWCD)为:T5T4T2T1T3。其中,T4和T5处理的AWCD值高于对照。(3)T5处理的5种微生物群落功能多样性指数值均最高,其Shannon指数(H′)显著高于T1和T3,而与T2和T4无显著差异,丰富度指数(S)显著高于其他4个处理。(4)施肥处理改变了土壤微生物对碳源的利用偏好,在6类碳源中糖类的相对利用率最高,占45.34%-47.74%,氨基酸类次之,占18.08%-22.48%,之后依次为羧酸类、聚合物类、胺类和酚酸类,分别占10.83%-17.21%、4.87%-14.35%、4.44%-6.29%和1.41%-3.79%。与对照相比,T5处理显著降低了微生物对氨基酸的相对利用率。(5)土壤微生物群落代谢特征随施肥措施的变化而发生改变。31种碳源中对PC1贡献较大的有9种,对PC2贡献较大的2种,其中糖类为主要影响碳源。T4和T5处理的土壤微生物群落代谢特征较相似,但与其他处理的土壤微生物群落代谢特征差异较大。综上所述,化肥-生物有机肥与秸秆三者配施可以改善华北地区小麦-玉米轮作体系土壤微生物生境,有利于土壤微生物群落结构稳定和功能多样性,是一种维持土壤肥力和保护土壤微生态环境的施肥措施。