微生物异化还原针铁矿过程中4-硝基苯乙酮降解动力学特征及机理初探

以硝基类有机污染物为研究对象,探讨了在多相界面(矿物相/生物相)反应体系及纯生物相反应体系中4-硝基苯乙酮微生物还原动力学特征,同时对"针铁矿-微生物-4-硝基苯乙酮"相互作用机制进行了初步阐明.结果表明,2-磺酸钠蒽醌(AQS)对4-硝基苯乙酮微生物还原降解速率有显著的促进作用;不同反应体系中还原降解产物4-氨基苯乙酮含量(μmol·L-1)的对数值和反应时间(h)之间均呈典型的动力学一级增长模式(ExpGro1 Mode),ExpGro1模型拟合的校正R2系数(R2adj)在0.9699～0.9894之间.针铁矿介导下的多相界面反应体系中,4-硝基苯乙酮微生物还原过程可分为耦合的两个子过程,即针铁矿的微生物还原解离过程和吸附态Fe(Ⅱ)调控下的非生物还原过程.不同浓度的AQS以及反应体系中针铁矿的介入,导致4-硝基苯乙酮微生物还原反应所需"活化时间"存在一定程度的差异.研究进一步证实,针铁矿还原解离过程生成的吸附态活性Fe("Ι)在4-硝基苯乙酮微生物还原过程中起到了至关重要的作用.     

苯酚、2,4-二氯酚与苯胺类化合物联合毒性效益

采用藻类生长抑制实验测定了苯酚、2,4-二氯酚与6种苯胺衍生物对斜生栅列藻的单一毒性和二元混合物的联合毒性,得到化合物单独存在时的半抑制浓度EC50和共存时的半抑制浓度EC50mix。采用毒性单位法、相加指数法、混合毒性指数法和相似性参数法进行联合毒性评价,结果表明：苯酚＋2,4-二氯胺、苯酚＋二苯胺及苯酚＋苯胺等毒性混合时主要表现为协同作用;而其它二元混合物采用不同方法评价联合毒性结果有差异。当苯酚与苯胺按照不同毒性配比混合时（1︰4,4︰1,1︰1,2︰1）,表现为协同作用。以辛醇/水分配系数法为结构描述符,分别建立了单一毒性和联合毒性的定量构效关系（QSAR）模型。结果表明,苯酚、2,4-二氯酚与苯胺类化合物对斜生栅列藻的毒性主要与化合物在生物体内的分配作用有关。     

硝基芳烃类对斜生栅列藻的毒性及中毒症状

藻类实验是水生态毒理学研究中的主要方法。通过ＯＥＣＤ标准藻类阻碍生长实验,得到２５种典型硝基芳烃化合物对斜生栅列藻的４８ｈ半数有效抑制浓度ＥＣ５０值。其毒性由高到低的顺序为：二硝基氯苯〉二硝基苯〉二硝基苯胺〉二氯硝基苯＝二硝基甲苯〉硝基溴苯＝硝基氯苯〉硝基甲苯＝硝基苯甲醚＝硝基苯酚〉硝基苯胺〉硝基苯。同时在光学显微下详细观察到斜生栅列藻的中毒症状：①似亲孢子释放受阻;②质壁分离;③细胞核和细胞器解     

镉与S-异丙甲草胺对斜生栅藻的联合毒性作用

采用毒性标准实验方法研究了Cd2+与S-异丙甲草胺单独及联合作用对斜生栅藻急性毒性、总可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和细胞膜通透性的影响.结果表明Cd2+与S-异丙甲草胺单独作用时EC50均随时间的延长而减小,且S-异丙甲草胺的急性毒性大于Cd2+;Cd2+、S-异丙甲草胺的EC50-24h分别为0.27 mg·L-1、0.24 mg·L-1,EC50-96h分别为0.16mg·L-1、0.13 mg·L-1.Cd2+与S-异丙甲草胺联合作用时低浓度表现为协同作用,高浓度表现为拮抗作用.暴露96 h后,Cd2+与S-异丙甲草胺单独及联合作用下,随有毒物质浓度升高,斜生栅藻总可溶性蛋白含量降低,SOD酶活性先激活后抑制,细胞膜通透性逐渐增大.     

气相色谱法同时测定地表水中丙酮和丁酮

采用吹扫捕集—气相色谱法测定地表水中丙酮和丁酮,并对吹扫捕集的条件进行优化。实验结果表明,该方法具有灵敏度高、定量准确、操作简便等特点,丙酮的检出限为0.08μg/L,丁酮的检出限为0.10μg/L,适合于地表水和生活饮用水中丙酮和丁酮的测定。     

咪唑类ILs对天然水体中斜生栅藻的毒性效应

以生物监测方法,利用国际标准指示性生物斜生栅藻研究了六种咪唑类离子液体的毒性效应,得出了这几种离子液体对自然水体中斜生栅藻96h的半数影响浓度,并初步讨论了待测物的结构和性质对毒性效应的影响。实验结果表明:当固定一取代基为甲基时,咪唑类离子液体对斜生栅藻的抑制作用随着另一烷基取代链长度的增加而加强;而当固定阳离子不变时,发现阴离子所表现出来的对斜生栅藻的抑制作用并不是很明显。     

镉对铜绿微囊藻和斜生栅藻的毒性效应

采用不同Cd2+浓度处理铜绿微囊藻(Microcysis aeruginosa Kutz.)和斜生栅藻[Scenedesmus obliquus(Turp.)Kutz.],研究Cd对两种淡水藻的毒性效应.结果表明,Cd2+浓度低于0.1mg/L促进斜生栅藻生长,高于0.15mg/L时才转变成抑制作用,表现为毒物的低浓度促进高浓度抑制的Hormesis效应;但铜绿微囊藻对Cd2+的毒性非常敏感,0.05mg/L Cd2+作用72h后,其生长就受到明显抑制,随着浓度的升高,抑制作用越明显;受到Cd2+的胁迫,两种藻细胞均表现为细胞膜受损,藻液可溶性蛋白质和核酸含量升高,扫描电子显微镜观察显示,藻细胞表面的絮状物随着Cd2+的升高增多,尤其是铜绿微囊藻改变更为明显;同时,氧自由基(2Oi)含量升高,过氧化物酶(POD),过氧化氢酶(CAT)活性早期均可随Cd2+浓度的增加而上升;两种藻对Cd2+均有一定吸收作用,单位藻细胞内,斜生栅藻对Cd2+的吸收能力明显好于铜绿微囊藻.镉对这两种藻的毒性机制之一可能是通过刺激氧自由基产生以及由其引起藻细胞生理生化改变而使这两种藻受到损伤,相比铜绿微囊藻,斜生栅藻不仅对Cd2+胁迫具有较好的耐受性,且对其具有良好的吸收作用,提示斜生栅藻具有开发成水体Cd2+生物处理材料的潜质.     

镉对铜绿微囊藻和斜生栅藻的毒性效应

采用不同Cd2+浓度处理铜绿微囊藻(Microcysis aeruginosa Kutz. )和斜生栅藻[Scenedesmus obliquus (Turp.) Kutz.],研究Cd对两种淡水藻的毒性效应.结果表明,Cd2+浓度低于0.1mg/L促进斜生栅藻生长,高于0.15mg/L时才转变成抑制作用,表现为毒物的低浓度促进高浓度抑制的Hormesis效应;但铜绿微囊藻对Cd2+的毒性非常敏感,0.05mg/L Cd2+作用72h后,其生长就受到明显抑制,随着浓度的升高,抑制作用越明显;受到Cd2+的胁迫,两种藻细胞均表现为细胞膜受损,藻液可溶性蛋白质和核酸含量升高,扫描电子显微镜观察显示,藻细胞表面的絮状物随着Cd2+的升高增多,尤其是铜绿微囊藻改变更为明显;同时,氧自由基( )含量升高,过氧化物酶(POD),过氧化氢酶(CAT)活性早期均可随Cd2+浓度的增加而上升;两种藻对Cd2+均有一定吸收作用,单位藻细胞内,斜生栅藻对Cd2+的吸收能力明显好于铜绿微囊藻.镉对这两种藻的毒性机制之一可能是通过刺激氧自由基产生以及由其引起藻细胞生理生化改变而使这两种藻受到损伤,相比铜绿微囊藻,斜生栅藻不仅对Cd2+胁迫具有较好的耐受性,且对其具有良好的吸收作用,提示斜生栅藻具有开发成水体Cd2+生物处理材料的潜质.     

气相色谱法同时测定废气中的丙酮和丁酮

建立了用气相色谱法测定废气中丙酮和丁酮的方法。废气中丙酮和丁酮活性炭吸附,二硫化碳解吸,NNOWAX毛细管柱分离,直接进样分析,氢火焰离子化检测器检测,时间定性,峰面积定量,其丙酮回收率为91.6%～103.5%,丁酮回收率为90.2%～104.3%,当采样体积为30L,丙酮和丁酮最低检出质量浓度为0.001mg/m3。本方法前处理简便,分离度好干扰少,分析灵敏度高,有机试剂使用量少,满足环境分析要求。     

广州大气挥发性醛酮类化合物的污染特征及来源研究

采用DNPH-HPLC-UV分析方法,研究了2006年广州夏季空气污染较严重日17种挥发性醛酮类化合物的污染特征及其初步来源.结果表明,广州大气中主要的醛酮类污染物是丙酮、甲醛、 2-丁酮和乙醛,其日均浓度分别为10.84、 9.29、 8.35和8.0 μg·m^-3,占总醛酮类化合物日均浓度的72.29%.城区省站测点总醛酮类化合物日均浓度最高,达到59.66 μg·m^-3,而郊区从化测点的总醛酮类化合物日均浓度最低,为43.51 μg·m^-3.各种化合物在不同垂直高度的采样点表现出不一致的浓度变化规律,而在水平方向上均表现出昼间明显高于夜间的日变化规律.大气中甲醛、乙醛和丙酮相关性好,具有较好的同源特征,而C1/C2、C2/C3比值分别为1.12、 7.51,反映出机动车尾气排放对大气醛酮类化合物具有相当重要的贡献.     

甲苯、乙苯和二甲苯对中华新米虾的毒性效应

以中华新米虾(Neocaridina denticulata sinensis)为受试生物,采用半静态生物测定方法,研究了TEX污染物对中华新米虾的单一急性毒性和联合毒性效应.在单一毒性试验中,甲苯、乙苯和二甲苯对中华新米虾的96h LC50分别为13.8,10.4,11.3mg/L,毒性大小顺序为乙苯>二甲苯>甲苯.基于等毒性溶液法(ETS)分析了TEX二元混合物的联合毒性,结果表明,甲苯-乙苯、乙苯-二甲苯与甲苯-二甲苯按不同毒性单位比(4:1,3:2,2:3,1:4)组成的二元混合物对中华新米虾的联合毒性作用均表现为相加作用.基于毒性单位法(TU)和混合毒性指数法(MTI)研究了甲苯-乙苯-二甲苯按浓度比1:1:1和毒性单位比1:1:1所组成的三元混合物对中华新米虾的联合毒性,96h LC50分别为11.6,10.7mg/L,毒性大小与3种苯系物单独作用相当.当暴露时间为48h时,联合毒性表现为部分相加作用,而暴露时间为96h时,联合毒性作用为协同作用,即随着暴露时间的增加,甲苯-乙苯-二甲苯组成的三元混合物的联合毒性从部分相加作用转变为协同作用,但是协同作用均不明显,非常接近于相加作用.因此,甲苯、乙苯和二甲苯对中华新米虾的联合毒性作用主要表现为相加作用.     

对二氯苯和镉对草鱼(Ctenopharyngodon idellus)的联合毒性效应研究

以静水法生物测试研究了对二氯苯和镉对草鱼(Ctenopharyngodon idellus)的联合毒性效应,并采用Marking水生毒理联合毒性相加指数法对联合毒性效应进行了评价.结果表明, 对二氯苯和镉对草鱼的单一毒性作用时,24、48、72和96 h对二氯苯对草鱼的LC₅₀分别是10.11、9.04、8.52和7.83 mg/L; 24、48、72和96 h镉对草鱼的LC₅₀分别是40.02、35.05、28.99和24.41 mg/L,因此对二氯苯的毒性大于镉的毒性. 对二氯苯和镉对草鱼种的联合毒性作用,当采用毒性1∶1进行试验时,暴露时间分别为24、48、72、96　h时AI>0,联合作用结果为协同作用,而当采用浓度1∶1进行试验时,表现出暴露时间为24、48、72 h的AI<0,联合作用结果表现为拮抗作用,而暴露时间为96 h时AI>0,联合作用结果则为协同作用,即随着暴露时间的增加,对二氯苯和镉的联合毒性作用从拮抗作用转变为毒性剧增的协同作用.     

汞和两种农药复合污染对土壤转化酶活性的影响

通过模拟方法研究了豆磺隆,呋喃丹2种农药与重金属汞(Hg)单一及复合污染对草甸棕壤和黑土4个土壤转化酶活性的影响.结果显示,在试验浓度范围内,土壤添加豆磺隆和呋喃丹后,转化酶变化幅度分别为-12%～7%和-6%～7%,表明2种农药对土壤转化酶的毒性较小;Hg对转化酶最大抑制率为22%～35%,二者之间呈显著的对数负相关关系,表明Hg对转化酶的毒性较大,转化酶在一定程度上可作为Hg污染的监测指标,通过对数方程计算出4个土样的生态剂量(ED₅₀)分别为76.68,727.49,236.52,316.59mg/kg;Hg和2种农药之间普遍存在交互作用,豆磺隆与Hg复合污染引起土壤转化酶最大净变化量(△I)为对照的-12%～15%,呋喃丹和Hg为-25%～-6%,有机质对复合污染产生的毒性有明显的缓冲作用.     

氯酚类化合物对淡水发光菌Q67的联合毒性

以淡水发光菌Q67——青海弧菌Q67(Vibrio qinghaiensis sp.-Q67)为生物材料,分别研究了2-氯酚,2,4-二氯酚和2,3,4-三氯酚及其等剂量、等毒性单位配比混合物的发光抑制毒性,并采用相加指数法和相似性参数法评价了混合物的联合毒性效应. 结果表明:3种氯酚对Q67菌的EC₅₀值分别为99.57,25.19和3.42 mg/L,说明氯酚类化合物对发光菌的急性毒性随着氯原子数目的增加而增大,氯酚的二元和三元混合物的毒性作用明显高于化合物的单一毒性. 2种评价指数均采用评价标准的95%置信区间,避免了由实验误差引起的不准确性. 氯酚混合物对Q67菌的联合毒性效应主要表现为简单的相加作用,只有2-氯酚与2,3,4-三氯酚的组合为弱的协同作用. 氯酚的等剂量和等毒性配比混合物毒性作用的评价结果相一致.      

四氯乙烯和对二氯苯对草鱼的联合毒性

采用水生污染暴露试验和水生毒理联合效应相加指数法,研究了四氯乙烯(PCE)和对二氯苯(P-DCB)对草鱼(Ctenopharyngodon idellus)的单一毒性与联合毒性.结果表明,PCE和P-DCB的单一毒性均为高毒,且P-DCB的毒性大于PCE.PCE和P-DCB对草鱼的联合染毒在浓度1:1时,暴露时间为24,48,72,96h的相加指数(AI)分别为0.26,0.37,0.78,0.98,联合毒性为相加作用.PCE与P-DCB对草鱼的联合染毒在毒性1:1时,暴露时间为24,48,72,96h的AI分别为-0.15,0.24,0.83,1.30,联合毒性主要是相加作用,但是随着染毒时间的延长,联合毒性由相加作用向协同作用转变.     

两种分子量分级下DOM的组分特征及其生物毒性

分别采用超滤离心管和超滤杯两种方式制备不同分子量的溶解性有机物（DOM）,探究不同的分子量分级方式对获得的DOM组成成分特征及其生物毒性效应的影响,同时判明各组分联合作用方式.DOM分别来源于城市污水厂出水（EfOM）及商品天然腐植酸（SWR-NOM）.结果表明,两种分级方式获得的不同分子量DOM含有相同的荧光峰,腐殖酸类物质是EfOM与SWR-NOM含有的主要荧光类有机质（FDOM）,占FDOM的56%~91%.同种DOM不同分子量组分中FDOM组成相对含量一致.采用超滤离心管分级得到的DOM在不同分子量区间内SUVA₂₅₄和E2/E3的差异较大,而采用超滤杯分级时差异变化较小.对于发光细菌急性毒性,在同一分子量区间内,采用超滤杯分级获得的DOM组分检测到的发光细菌毒性值大于采用超滤离心管分级检测到的结果,但采用超滤杯分级时<1kDa组分的急性毒性效应值低于检测限.利用浓度加和模型（CA）对DOM中各组分的联合作用方式进行判断,发现DOM混合物的联合毒性符合CA模型,预测联合毒性效应占检测到的实际水样毒性的67%~104%.     

苯胺和硝基苯胺对大型蚤(Daphnia magna)的联合毒性

测得了苯胺与硝基苯胺对大型蚤(Daphnia magna)的单一毒性和二元混合物的联合毒性.用相加指数法(AI)和相似性参数(λ)进行评价,两种方法得出一致的结论,即3种二元混合物的联合作用均为协同作用;比较混合物在等剂量,毒性单位比分别为1∶1,1∶4,2∶3,3∶2,4∶1下的AI值和λ值,发现均在等毒配比时的协同作用最强.      

SDS与取代芳烃多元混合体系联合毒性作用研究

测定了阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和3种取代芳烃苯酚、硝基苯、甲苯对发光菌的单一毒性,以及等浓度配比下SDS与3种取代芳烃二元、三元及四元混合体系的联合毒性效应,并基于常见的4种联合作用评价方法,对混合体系的联合毒性作用进行了评价研究.结果表明,4种不同的评价方法对SDS与苯酚、甲苯和硝基苯的联合效应评价结果具有较好的一致性,即在以SDS为底物的混合体系中,除SDS与硝基苯联合毒性表现为弱拮抗作用外,其它的二元、三元及四元混合体系的毒性均表现为不同程度的协同作用,且甲苯的协同程度最强.在选择的联合研究体系中,以毒性单位法获得参数的数值较大,判定灵敏度较高.根据发光菌发光原理、SDS的分子结构特征和芳烃类化合物取代基的不同,可对联合毒性作用的机理进行初步探讨.