二氧化硫胁迫下拟南芥miRNA表达谱分析

以拟南芥为材料,利用高通量测序技术并结合生物信息学分析方法,检测二氧化硫(SO_2)处理后拟南芥植株的小分子RNA表达谱,筛选SO_2胁迫响应microRNAs(miRNAs)分子,研究植物miRNAs对逆境胁迫的应答机制.结果发现,30 mg·m~(-3) SO_2处理72 h后,拟南芥地上组织小分子RNA长度分布发生改变,在对照组和SO_2组中均有大量特有的小分子RNA序列,说明SO_2胁迫可诱导拟南芥小分子RNA的表达改变.SO_2胁迫诱导186个保守miRNA和16个新miRNA分子差异表达,其靶基因主要涉及转录调控、信号转导、代谢、刺激响应等生理过程.差异表达的miR160和miR393可通过生长素信号途径调控植株生长发育,参与植物对SO_2的胁迫响应.本研究揭示了植物中参与SO_2胁迫应答的miRNA种类及作用机制,进一步阐明了miRNAs在植物抗逆应答过程中的作用.     

硝酸还原酶介导的NO合成参与SO2引发的拟南芥气孔运动的调节

以拟南芥为材料,研究了硝酸还原酶(NR)途径在植物适应SO2胁迫中的作用.结果表明:SO2胁迫可诱导4周龄拟南芥植株叶片NR活性增强、一氧化氮(NO)水平提高,NR活性和NO水平与SO2暴露时间呈正相关.NR抑制剂叠氮化钠(NaN3)可缓解SO2诱发的NO水平升高.RT-PCR检测发现,SO2熏气72 h时拟南芥NR途径关键基因Nia1、Nia2和NiR1均转录上调.研究还发现,SO2可诱发拟南芥野生型、突变体nia2、nia1nia2的气孔关闭,NaN3和NO清除剂c-PTIO可阻止SO2诱发的野生型和nia2气孔关闭,说明通过NR途径合成的NO参与了SO2胁迫诱发的拟南芥气孔运动调节.研究结果表明,NR活性的增强介导了SO2胁迫期间拟南芥叶片NO水平的升高,后者参与胁迫期间拟南芥气孔运动的调控,以增强拟南芥植株对SO2胁迫的适应性.     

H2S信号在拟南芥响应SO2胁迫过程中的作用

以拟南芥为实验材料,研究植物对H₂S和SO₂处理的转录响应及其关系,并利用外源喷施H₂S及其清除剂的方法,检测SO₂熏气后植株体内H₂S的产生及其生理效应,探讨气体信号分子H₂S在植物响应SO₂胁迫过程中的作用.高通量测序结果发现,H₂S和SO₂处理诱导拟南芥植株多个基因转录水平改变,并有1220个基因在两种处理条件下均差异表达,其中包括多个硫代谢和谷胱甘肽代谢相关基因,表明H₂S和SO₂在调控硫代谢途径中具有交互作用.SO₂熏气诱导拟南芥植株体内H₂S合成酶基因LCD和DES1转录水平提高,胞内H₂S含量增多.同时,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性升高,含硫抗氧化物谷胱甘肽(GSH)含量及其相关酶谷胱甘肽硫转移酶(GST)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性提高,活性氧H₂O₂含量增加,膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量与对照相比无显著差异.外源喷施H₂S可进一步提高SO₂熏气下拟南芥植株GSH含量及其相关防御酶的活性,H₂O₂含量降低.但喷施亚牛磺酸(HT)清除H₂S后,SO₂熏气拟南芥植株GSH含量、抗氧化酶SOD、CAT和GST活性降低,MDA含量大幅增加.结果表明,SO₂熏气诱导产生的H₂S可作为信号分子,提高机体抗氧化防御能力,增强植物对SO₂胁迫的抗性.     

NR途径参与调节SO2胁迫下拟南芥含硫抗氧化物水平

以拟南芥为材料,研究了硝酸还原酶(NR)途径在植株响应SO_2过程中对含硫抗氧化物水平的影响.结果发现,野生型拟南芥植株中谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)和谷胱甘肽硫转移酶(GST)活性高于NR缺失突变体(nia1nia2);SO_2暴露后,野生型和突变体nia1nia2植株中半胱氨酸(Cys)和谷胱甘肽(GSH)含量显著增加,GPX和GST的活性诱导性增高,且野生型植株中上述4项指标的增幅高于突变体;拟南芥逆境响应基因GSTU24和GPX7在野生型和突变体nia1nia2中差异表达,且对SO_2的响应程度不同.研究表明,植株体内NR途径与拟南芥细胞中含硫抗氧化物水平有关,NR缺失影响逆境应答中含硫抗氧化物水平的提高及抗逆基因转录,说明NR途径参与调节了植株逆境响应中含硫抗氧化物的合成及相关氧化还原反应与解毒过程.     

基于转录组分析外源H2S对拟南芥芥子油苷生物合成的影响

外源硫化氢(H₂S)喷施拟南芥幼苗后,利用高通量测序技术对植株地上组织进行转录组测序,分析差异表达基因的生物学功能和代谢通路,探究H₂S对芥子油苷生物合成的调控作用.结果表明,100μmol/L H₂S处理3d后,拟南芥植株共有3160个基因差异表达,涉及细胞代谢、结合、催化、转录调控、物质转运、信号转导等过程.通过KEGG富集分析发现,差异表达基因在多个初生代谢和次生代谢通路显著富集,其中芥子油苷生物合成途径中9个基因差异表达(8个上调和1个下调),均为参与脂肪族芥子油苷合成的关键酶基因,而吲哚族芥子油苷合成相关基因表达无明显改变.同时,硫代谢、半胱氨酸和甲硫氨酸代谢、谷胱甘肽代谢途径中多个基因上调表达,说明外源H₂S可增强体内硫相关代谢活动,进而促进植物体内脂肪族芥子油苷的合成.转录因子差异表达分析显示,正向调控脂肪族芥子油苷合成的MYB29基因表达上调,而抑制其合成的MYB51基因表达水平降低,说明H₂S可通过调控MYB转录因子的表达来调节植物体内脂肪族芥子油苷的合成.对...     

萘胁迫对水稻基因组DNA甲基化模式及水平的影响

运用MSAP技术测定水稻(Oryza sativa L.)纯系品种‘日本腈’和‘松前’经萘染毒胁迫后,不同生长时期叶片基因组DNA甲基化变异的情况.结果表明,水稻经萘胁迫后存在基于DNA甲基化水平和模式改变的表观遗传变异;5-甲基胞嘧啶百分含量的变化无统一趋势或规律;全部检测到的1051个位点中,日本腈有16.56%发生了变异,相对于松前的12.08%具有显著差异,一定程度上说明抗萘胁迫能力与基因型有关:松前强于日本腈;不同基因型及不同生长时期DNA甲基化模式的变异存在明显差异,表现为以去甲基化为主(0.48%~10.41%),超甲基化较少(0.10%~1.92%),由此推测DNA去甲基化可能是植物抗萘胁迫机制的一部分.     

氧化胁迫对沉水植物黑藻抗冷力的影响

以3种不同质量浓度的H2O2分别对沉水植物黑藻做3种不同程度的氧化胁迫预处理,再经冷胁迫后测定黑藻顶枝的膜脂过氧化程度(MDA含量)、细胞抗氧化酶(SOD,CAT)活性.结果发现低浓度氧化胁迫预处理(0.06mmol/L的H2O2浸泡4或6 h预处理组)的黑藻经冷胁迫处理后,成活率不降低,其膜脂过氧化程度和细胞抗氧化酶的活性还有提高;而经中、高浓度氧化胁迫预处理(0.60mmol/L的H2O2浸泡6和12 h预处理组或1.00mmol/L的H2O2浸泡4,6和12 h预处理组)后的黑藻在冷胁迫处理后的结果则相反.因此,沉水植物黑藻对氧化胁迫感知并做出反应的机制(氧化应激机制),在其对低温反应和适应过程中起着很重要的调节作用.建议早春时节在进行水生植物恢复过程中可采用适宜浓度的H2O2预处理植株,以提高植株的适应性和保持成活率,进一步提高水生植物恢复的效率和效果.     

交通污染暴露对DNA甲基化的影响

探讨交通污染现场暴露对DNA甲基化的影响.30只8周龄Wistar大鼠按随机数字表法随机分5组,每组6只.其中3组分别在隧道(高暴露组)、路口(中暴露组)、校园(对照组)暴露7 d,另外2组分别在隧道暴露14 d/28 d.在暴露过程中检测3个暴露地点PM_(10)、NO_2的浓度.暴露实验分别在春季、秋季各进行一次.暴露结束后,焦磷酸测序法检测肺组织和血液中DNA(p53、MGMT、MAGE-A4)甲基化水平,并分析比较不同暴露组间DNA甲基化水平的差异.结果表明,PM_(10)、NO_2浓度均为隧道(高暴露组)路口(中暴露组)校园(对照组),差异具有统计学意义.秋季暴露7 d后,与对照组相比,肺组织中p53(P_(路口)=0.016;P_(隧道)=0.019)、MGMT(P_(路口)=0.002;P_(隧道)=0.003)启动子甲基化水平显著降低,随着暴露时间的增加,甲基化水平进一步降低;MAGE-A4启动子区处于高度甲基化状态,在肺组织和血液中,均未发现MAGE-A4启动子甲基化水平在三暴露组间存在显著的统计学差异.7d暴露对肺组织中DNA甲基化水平的影响更大,但随着暴露时间的增加,肺组织和血液中DNA甲基化水平改变模式趋于一致.Spearman相关分析结果显示,在肺组织中,PM_(10)和p53甲基化水平呈负相关关系(r=-0.347;P=0.038);NO_2和p53、MGMT、MAGE-A4甲基化水平均存在负相关(r值分别为-0.482、-0.444、-0.346,P值均0.05).在血液中,MAGE-A4甲基化水平与PM_(10)、NO_2均呈正相关(r值分别为0.395、0.431,P值均0.05).交通污染暴露会引起p53、MGMT启动子低甲基化.     

相对湿度对光催化净化含H_2S污染气体的影响

在1台自制的光催化反应器中,研究不同相对湿度条件下H2S浓度随时间的变化情况。结果显示:当相对湿度约为20%时,TiO2光催化剂净化H2S有较高的效率,在较高相对湿度条件下,由于H2O分子在反应中参与和H2S气体的竞争吸附,降解H2S并不彻底;经SO42-表面修饰的TiO2具有较好的反应活性和抗湿性,这种抗湿性能够更稳定地净化不同湿度下的H2S气体。     

Cd~(2+)胁迫对籼稻和粳稻不同生育期生长发育的影响

来自于采矿废物的重金属镉,由于其在土壤中的高移动性和食物链上的生物可获得性已经污染了越来越多的稻田,导致人类受到潜在的毒害而受到人们高度关注。研究采用盆栽试验,以籼稻和粳稻2个水稻类型为材料,比较研究了6种不同浓度Cd2+对籼、粳稻植株生长发育和叶片生理活性的胁迫效应。结果表明:低Cd2+浓度(10 mg/kg)对籼稻CG132R生长发育具有一定的促进作用。随着土壤Cd2+浓度的增加,CG132R(籼稻)和粳925(粳稻)生长发育均受到抑制。生育前期是CG132R生长发育对Cd2+胁迫最敏感的时期;生育后期,CG132R对Cd2+胁迫表现出一定适应性。CG132R和粳925对Cd2+胁迫耐性存在显著差异。在不同浓度Cd2+胁迫下,CG132R都表现出比粳925更好的适应性。水稻叶片生理活性受Cd2+胁迫主要表现为水稻叶片叶绿素含量下降、丙二醛(MDA)含量升高、细胞膜透性增加。综合比较,籼稻CG132R比粳稻粳925有更强的抗镉胁迫能力,镉污染土壤种植粳稻将更好表现镉污染状况。     

H2O2和NO互作调控SO2诱导的胡杨细胞死亡

二氧化硫(SO_2)是一种常见的大气污染物,目前关于SO_2对木本植物的毒害作用及相关机制并不清楚.本文以木本植物胡杨的愈伤细胞为材料,研究SO_2衍生物对胡杨细胞的致死效应,以及过氧化氢(H_2O_2)与一氧化氮(NO)在SO_2诱导胡杨细胞死亡中的信号调节作用.研究发现:SO_2衍生物处理(1~5 mmol·L-1)可诱发胡杨细胞死亡,且SO_2衍生物浓度越大、处理时间越长,细胞死亡率越高.2 mmol·L-1SO_2衍生物处理胡杨细胞后,胞内H_2O_2和NO水平显著升高,且H_2O_2水平的升高先于NO.一定浓度的外源H_2O_2或NO供体SNP能够提高SO_2胁迫下胡杨细胞的死亡率;而使用H_2O_2清除剂CAT和ASA、NO清除剂c PTIO、NO合成抑制剂钨酸钠后,SO_2诱导的细胞死亡率明显降低.进一步实验发现,外源H_2O_2可以提高SO_2胁迫下胡杨细胞的硝酸还原酶(NR)活性,促进胞内NO产生;而利用CAT和ASA清除H_2O_2后,细胞NR活性和NO产生均受到明显抑制.此外,SO_2胁迫下,外源SNP能够抑制抗氧化酶(CAT和APX)活性,增加胡杨细胞内的H_2O_2水平,而一定浓度的c PTIO和钨酸钠均可提高CAT和APX活性,降低胞内H_2O_2水平.结果表明:SO_2胁迫下,胡杨细胞快速产生的H_2O_2能够激活硝酸还原酶活性,促进NO生成,同时NO能够通过抑制抗氧化酶活性而提高H_2O_2水平.H_2O_2与NO互作调控SO_2诱导的胡杨细胞死亡.     

纳米TiO2在拟南芥中的富集、转运及对其生长和生理的影响

为了探讨纳米材料对植物的生理效应,以拟南芥(Arabidopsis thaliana)作为受试生物,研究了纳米TiO_2在拟南芥中的富集、转运及对其生长和生理的影响.本研究将拟南芥分别暴露于浓度为0、0.05、0.1、0.5、1.0、1.5 mg·L-1的纳米TiO_2中,通过ICP-MS测定纳米TiO_2在根和叶中的生物积累量,并采用TEM技术观察纳米TiO_2转运至叶片后对叶绿体结构的影响.在处理0、7和14 d后,测定拟南芥生物量、根系活力、叶片相对电导率和超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)、活性氧自由基(ROS)等生长生理指标的变化.结果显示:拟南芥能吸收纳米TiO_2并向地上部转运,但转运系数较低;TEM切片观察到纳米TiO_2能进入拟南芥体内并造成叶绿体内囊体中质体小球数目增多、体积变大.与对照组相比,幼苗地上部生物量、叶片相对电导率、叶肉原生质体活力呈下降的趋势,地下部生物量及根系活力呈上升趋势;纳米TiO_2还可引起叶片及根部活性氧(ROS)含量的变化,进而导致MDA、SOD、GSH等抗氧化体系酶活性的应激变化,同时与根部相比,叶片引起的毒性效应更强.说明纳米TiO_2在拟南芥中富集并转运至地上部后,对拟南芥叶片的生长具有显著的抑制作用,诱导其产生氧化应激.同时,一定浓度的纳米TiO_2胁迫下,拟南芥根部与叶片对纳米TiO_2的响应不同,敏感度存在差异,叶生长受到抑制的同时却对根有促进作用.     

UV/H2O2降解美罗培南的影响因素及毒性研究

利用波长为254 nm的紫外灯活化过氧化氢(H_2O_2)氧化降解美罗培南(MPN),考察了H_2O_2投加量、初始pH值、水中常见共存阴离子(Cl~-、HCO~-_3、NO~-_3)和天然有机化合物(NOM)等重要影响因素对MPN降解的影响.结果表明,紫外光功率为4 W,初始pH为7.0,n(H_2O_2)/n(MPN)=20∶1时,反应20 min后,MPN的降解率达到97.8%.H_2O_2投加量的增加会加快MPN的降解速率,Cl~-和HCO~-_3对UV/H_2O_2体系中MPN去除效果的影响较小,极少量的NO~-_3会促进MPN的降解,当NO~-_3的浓度≥10 mg·L~(-1)时,MPN的降解受到抑制,且离子浓度越高,抑制程度表现越明显.NOM的存在对MPN的降解有抑制作用.与纯水相比,MPN在实际水体中的去除受到抑制,归因于水体基质的影响.大肠杆菌的急性毒性实验研究表明,MPN的中间转化产物保留了一些抗菌性能,但光解的最终产物无抗菌性能.     

UV/H2O2工艺降解微囊藻毒素-LR

采用UV/H₂O₂联合工艺,研究了光强、初始浓度、H₂O₂投加量、pH及阴离子对微囊藻毒素-LR (MC-LR)去除率的影响.结果表明,单独H₂O₂对MC-LR基本无去除效果;单独UV工艺可以一定程度上降解MC-LR;而UV/H₂O₂联合工艺由于发生协同作用明显提高降解效率.试验发现,随着光强的增大,MC-LR的去除率不断提高;随着MC-LR初始浓度的增大,其去除率不断降低;随着H₂O₂投加量的增大,降解速率常数逐渐增大,当H₂O₂投加量由1 mmol/L增大到3 mmol/L时,降解速率常数由0.084 4上升到0.166 4;当pH为3.13时,在相同条件下MC-LR的去除效果最好;阴离子的投加不利于MC-LR的降解,其中CO^2-₃、NO^-₃影响最大.     

UV/H_2O_2氧化处理水中去污剂

表面活性剂是一类特殊的有机污染物,在去污、洗衣、印染等废水中广泛存在.本文以某电厂实用的5种去污剂为研究对象,考察了UV/H2O2对5种去污剂的矿化能力,研究了H2O2和去污剂初始浓度、初始p H值、去污剂种类、辐照时间等因素对氧化效果的影响.结果表明,5种去污剂在254 nm处均无较强吸收,单独UV辐照对其降解效果不明显.当去污剂初始DOC浓度为50 mg·L-1,H2O2最佳投加量为1 m L·L-1,反应时间为90 min时,对5种去污剂的矿化率(即DOC去除率)在53%~87%,矿化率随去污剂种类的不同而不同.对去污剂的矿化率随着UV辐照时间的延长而增大,去除率曲线符合一级反应动力学方程.废水初始p H值对氧化效果的影响不显著,H2O2/DOC比值对氧化效果有显著影响.研究表明,UV/H2O2技术能高效矿化水中的去污剂,H2O2/DOC比值和UV辐照时间是影响氧化效率的关键因素.     

改性磁性纳米颗粒固定内生菌Bacillus nealsonii吸附废水中Cd2+的特性研究

从重金属超累积植物龙葵体内提取内生菌Bacillus nealsonii,采用二氧化硅改性纳米Fe_3O_4颗粒与海藻酸钠将其包埋交联进行固定化,制得一种新型球状生物吸附剂,并应用于废水中Cd~(2+)的吸附处理.同时,通过正交实验研究了该球状生物吸附剂的最佳制备条件和吸附处理条件,并采用扫描电镜等表征手段与构建吸附动力学考察了其吸附特征.结果表明,球状生物吸附剂的最佳制备条件为:改性纳米Fe3O4颗粒质量分数为0.1%,海藻酸钠质量分数为8.0%,菌液接种量为0.4%,交联时间为2 h;其最佳吸附处理条件为p H=6、吸附时间12 h、吸附剂用量(干重)2.5 g·L-1,在Cd~(2+)初始浓度为50 mg·L-1时的吸附率可达96%以上.研究发现,球状生物吸附剂的内外部结构孔隙率较大,有利于促进Cd~(2+)的吸附.该吸附过程遵循准二级反应动力学,以化学吸附为主,符合Freundlich等温吸附模型,最大单分子吸附量可达13.02 mg·g-1.解吸实验结果表明,该吸附剂具有较好的可重复利用性.     

O3/H2O2氧化苯乙烯气体性能及机制

O3/H2O2体系能产生大量自由基,臭氧与自由基的耦合氧化作用能提高苯乙烯的氧化去除效率.采用O3/H2O2氧化高浓度苯乙烯有机废气,研究了臭氧投加量、停留时间、H2O2体积分数、循环液喷淋密度和O3/C8H8摩尔比对苯乙烯去除率的影响.结果表明,O3/H2O2气液两相氧化能高效净化苯乙烯有机废气,苯乙烯去除率可达85.7%.适宜运行条件:停留时间为20.6 s,H2O2体积分数为10%,喷淋密度为1.72 m3·(m2·h)-1,O3/C8H8摩尔比为0.46.采用GC-MS分析O3/H2O2气液两相高级氧化苯乙烯出口气样,研究结果表明苯甲醛(C6H5CHO)和苯甲酸(C6H5COOH)为O3/H2O2氧化苯乙烯的中间产物,并推测出苯乙烯的降解机制.     

硫代硫酸钠对排硫硫杆菌固碳能力的影响及其作用机制

通过测定不同浓度Na_2S_2O_3·5H_2O培养时排硫硫杆菌(DSM 505)菌液的总有机碳浓度(TOC),分析Na_2S_2O_3·5H_2O对排硫硫杆菌固碳能力的影响,并结合各浓度Na_2S_2O_3·5H_2O条件下固碳关键酶Rubis CO编码基因cbb的转录特性和胞外游离有机碳浓度(EFOC),阐明Na_2S_2O_3·5H_2O影响排硫硫杆菌固碳能力的作用机制.结果表明,适当范围内增加Na_2S_2O_3·5H_2O的浓度能显著提高排硫硫杆菌的固碳能力,降低胞外游离有机碳在总有机碳中所占的比例.cbb基因转录特性分析结果表明,Na_2S_2O_3·5H_2O浓度对cbb基因的转录效率和表达模式均无显著影响.因此推测Na_2S_2O_3·5H_2O影响排硫硫杆菌固碳能力的作用机制可能是作为电子供体提供能量,促进细胞骨架合成,从而削弱胞外游离有机碳对排硫硫杆菌自养过程的抑制作用,进而增强固碳能力.     

V2O5/TiO2催化剂中毒机理的试验研究

选择性催化还原(SCR)催化剂是SCR烟气脱硝技术的核心,是整个SCR系统脱硝效率和经济性的决定因素.本文工作的主要研究思路是以钒钛SCR催化剂为研究对象,研究了H2O和SO2,以及相同含量下K、Na、Ca、Pb的氧化物对钒钛催化剂NO转化率的影响.H2O的存在会抑制V2O5/TiO2催化剂脱硝活性,而SO2在一定程度上促进(V2O5/TiO2)催化剂的SCR脱硝反应,提高NO转化率;碱金属K对钒钛催化剂的钝化作用都是最强,K2O和Na2O的掺入会抑制钒钛催化剂上V2O5的还原能力,而CaO和PbO的掺入对钒钛催化剂上V2O5的还原能力影响较小.