Bioaccumulation and depuration of chromium in the selected organs and whole body tissues of freshwater fish Cirrhinus mrigala individually and in binary solutions with nickel

Contamination of aquatic ecosystems with heavy metals has been receiving increased worldwide attention due to their harmful e ects on human health and other organisms in the environment. Most of the studies dealing with toxic e ects of metals deal with single metal species, while the aquatic organisms are typically exposed to mixtures of metals. Hence, in order to provide data supporting the usefulness of freshwater fish as indicators of heavy metal pollution, it has been proposed in the present study to investigate the bioaccumulation and depuration of chromium in the selected organs of freshwater fingerlings Cirrhinus mrigala, individually and in binary solutions with nickel. The results show that the kidney is a target organ for chromium accumulation, which implies that it is also the “critical” organ for toxic symptoms. The results further show that accumulation of nickel in all the tissues of C. mrigala is higher than that of chromium. In addition, the metal accumulations of the binary mixtures of chromium and nickel are substantially higher than those of the individual metals, indicating synergistic interactions between the two metals. Theoretically the simplest explanation for an additive joint action of toxicants in a mixture is that they act in a qualitatively similar way. The observed data suggest that C. mrigala could be suitable monitoring organisms to study the bioavailability of water-bound metals in freshwater habitats.     

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。     

卤代酚对斑马鱼的急性联合毒性效应研究

为了探讨卤代酚等毒性二元混合物联合毒性效应和评价其联合毒性效应的最佳方法,依次测定了6种卤代酚对斑马鱼的单一急性毒性和二元混合物的联合毒性,其中联合毒性作用类型采用毒性单位法(TU)、相加指数法(AI)和混合毒性指数法(MTI)分别进行评价. 结果表明:单一卤代酚的生物毒性随着卤素原子数目在化合物中的增多呈增强趋势;卤代酚等毒性二元混合物的联合作用方式以部分相加和协同作用为主;毒性单位法(TU)和混合毒性指数法(MTI)可以较精确地评价卤代酚联合毒性作用类型.      

“鸡尾酒”式混合抗生素对细菌耐药性的影响

选择四环素、磺胺、磺胺增效剂3类常用抗生素, 以其对大肠杆菌(E. coli)的单一兴奋效应(hormesis)最大促进效应对应浓度(HC_max)配制等HC_max比的二元及三元混合体系, 探究混合体系对细菌生长和耐药性(突变、质粒接合转移)的联合效应.结果表明, 二元混合抗生素对E. coli生长和接合转移频率起到协同抑制, 对E. coli的突变频率起协同刺激; 三元混合抗菌剂对这三种效应均协同抑制.因此, 推测二元混合体系会导致毒性和耐药性风险同时增加; 三元混合体系会导致毒性风险增加、耐药性风险降低.     

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.      

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.     

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.      

多效应残差法(MERA)表征二甲亚砜-农药二元混合物毒性相互作用

采用直接均分射线设计(EquRay)构建二甲亚砜(DMSO)分别与3种常用农药乐果(DIM)、敌敌畏(DIC)和甲霜灵(MET)的二元混合物,应用微板毒性分析(MTA)测试单个物质及混合物对青海弧菌Q67(Vibrio qinghaiensis sp.-Q67)的发光抑制毒性.以浓度加和(concentration addition,CA)模型检测混合物的毒性相互作用,提出并应用多效应残差法(multi-effectresidual analysis,MERA)定量表征DMSO-农药二元混合物实验观测毒性相对于CA模型预测结果的偏离程度,即毒性相互作用强度.表征结果显示3组DMSO-农药二元混合物的毒性相互作用以拮抗作用为主,最强拮抗作用在-23%～-15%之间,发生拮抗作用的浓度范围及拮抗作用强度受混合物组成、组分浓度比和效应水平等因素的影响.综合分析比较MERA与传统等效线图及扩展毒性单位和对3组二元混合物的表征结果发现,MERA从生物效应角度表征毒性相互作用强度,受到混合物组成和效应水平的限制较少,适用于分析具有复杂相互作用的二元混合物.     

用QSAR模型预测苯酚类化合物对发光菌的联合毒性

测定了苯酚与11种取代苯酚对发光菌的单一毒性和毒性单位比为1:4,1:1,4:1二元混合物的联合毒性.采用相加指数法对联合毒性进行了评价,结果表明,苯酚和取代苯酚的二元混合物对发光菌的联合作用以相加作用为主.在此基础上,根据12种苯酚类化合物的单一毒性建立了QSAR方程: -lgEC₅₀=6.158-0.279pKa,对混合物中取代苯酚的毒性进行了预测,预测值与实测值吻合较好.     

3种离子液体与甲霜灵二元混合物的联合毒性

选择3种咪唑类离子液体(ILs): C10H19ClN2 (IL1), C12H23ClN2 (IL2), C16H31ClN2 (IL3)和一种杀菌剂甲霜灵(MET)为混合物组分,以直接均分射线法构建3组二元混合物体系:MET-IL1, MET-IL2和MET-IL3. 应用微板毒性分析法(MTA)测定二元混合物对青海弧菌Q67 (Vibrio qinghaiensis sp.–Q67)的联合毒性.通过比较实验毒性数据与浓度加和(CA)参考模型分析混合物的毒性相互作用,并利用半数效应浓度(EC50)水平下的等效线图分析毒性变化规律.结果表明3组二元混合物的相互作用明显不同.在MET-IL1和MET-IL2 2组二元体系中,MET浓度比例越高,拮抗作用越明显;在MET-IL3二元体系中,随着MET浓度比例的减小,MET与IL3的相互作用由加和变为协同,并且MET比例越小,协同作用越明显.     

Toxicity evaluation of ZnO and TiO2 nanomaterials in hydroponic red bean (Vigna angularis) plant: Physiology, biochemistry and kinetic transport

The toxicity and kinetic uptake potential of zinc oxide(Zn O) and titanium dioxide(TiO_2)nanomaterials into the red bean(Vigna angularis) plant were investigated. The results obtained revealed that Zn O, due to its high dissolution and strong binding capacity, readily accumulated in the root tissues and significantly inhibited the physiological activity of the plant. However, TiO_2 had a positive effect on plant physiology, resulting in promoted growth. The results of biochemical experiments implied that Zn O, through the generation of oxidative stress, significantly reduced the chlorophyll content, carotenoids and activity of stress-controlling enzymes. On the contrary, no negative biochemical impact was observed in plants treated with TiO_2. For the kinetic uptake and transport study, we designed two exposure systems in which Zn O and TiO_2 were exposed to red bean seedlings individually or in a mixture approach. The results showed that in single metal oxide treatments, the uptake and transport increased with increasing exposure period from one week to three weeks.However, in the metal oxide co-exposure treatment, due to complexation and competition among the particles, the uptake and transport were remarkably decreased. This suggested that the kinetic transport pattern of the metal oxide mixtures varied compared to those of its individual constituents.     

四环素和铜离子对生物除磷微生物的作用效应

选取污水中的污染物四环素和铜离子为二元混合物,以比吸磷率来表征二元混合物对污水生物除磷微生物的联合作用效应.采用直接均分射线法设计3种二元混合物的浓度配比（Ratio1,Ratio2,Ratio3）;采用Logistic方程拟合试验数据获得浓度-效应曲线,并利用浓度加和模型分析二元混合物对生物除磷微生物的联合作用效应及关系.结果表明,不同浓度配比的二元混合物对生物除磷微生物的抑制效应均随着时间的增加逐渐增强,具有明显的时间依赖性.浓度加和模型分析表明,随着反应时间的延长,不同浓度配比的二元混合物对微生物的作用关系均是由拮抗作用逐渐过渡为加和作用和协同作用.但3组不同浓度配比的二元混合物对生物除磷微生物的相互作用也存在明显不同,在Ratio1和Ratio3中各组分所占比例差别较大,拮抗作用较明显,而在Ratio2中各组分所占比例差别较小,拮抗作用相对较弱.     

Molecular structures and associations of humic substances in the terrestrial environment

Here we show, for the first time, evidence of the primary molecular structures in humic substances (HS), the most abundant naturally occurring organic molecules on Earth, and their associations as mixtures in terrestrial systems. Multi-dimensional nuclear magnetic resonance (NMR) experiments show us that the major molecular structural components in the mixtures operationally defined as HS are aliphatic acids, ethers, esters and alcohols; aromatic lignin derived fragments; polysaccharides and polypeptides. By means of diffusion ordered spectroscopy, distinct diffusion coefficients consistent with relatively low molecular weight molecules were observed for all the components in the mixtures, and saccharides were the largest single class of component present. Liquid chromatography NMR confirmed that HS components can be easily separated and nuclear Overhauser effect (NOE) enhancements support the finding that the components are of relatively low molecular weight <~2,000 Da. The widely recognized properties of HS, i.e., characteristics indicative of crosslinked, macromolecular networks, can now be explained as aggregation of mixtures, most likely instigated by complexation with metal cations.     

基于主成分回归的整合模型预测重金属混合物毒性

为解决CA和IA模型预测结果共线性的问题,基于主成分回归改进已有整合加和模型ICIM,建立新的混合物整合模型（PCR-IAM）,并预测加和、协同和拮抗相互作用的重金属混合物联合毒性.以混合物实验浓度为因变量,浓度加和与独立作用预测混合物效应浓度的主成分回归为自变量,建立了PCR-IAM模型.以4个二元混合物体系（Ni-Fe、Ni-Pb、Ni-Cd和Ni-Cr）共20条混合物射线的联合毒性（共240个样本点）验证PCR-IAM模型的预测能力.结果表明,所有二元混合物的PCR-IAM模型的决定系数（R²）和留一法（LOO）交叉验证相关系数（Q²）值均大于0.95,表明PCR-IAM模型能够准确预测20条加和效应、协同和拮抗作用混合物的联合毒性.因此,经验数学模型PCR-IAM模型可以准确预测加和效应、协同和拮抗作用混合物毒性,为构建更合理的整合模型及环境混合污染物的风险评估提供可靠的技术手段.     

自然老化对FOX-7基双元混合物相容性的影响

目的 掌握自然老化如何影响1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烷(FOX-7)基双元混合物的相容性,揭示老化过程对其相容性的潜在影响。方法 采用热分析技术(差示扫描量热法,DSC)和非热分析技术(傅里叶变换红外光谱,FTIR),对老化前后FOX-7基双元混合物的热分解特性和分子结构特征进行评估。利用DSC测得混合物和单质FOX-7的DSC初始分解峰温,对FOX-7与8种含能材料和4种惰性材料的相容性进行评估,再结合FTIR的测试结果辅助说明混合物分子结构的变化。结果 DSC热流曲线显示,除FOX-7/RDX混合物外,其他研究对象在老化前后均展现出良好的相容性。然而,以FOX-7/CL-20为代表的混合物在老化后的最大放热峰温出现明显变化,表明老化对这些混合物的相容性产生了影响。在FTIR光谱分析中观察到的官能团变化进一步表明,FOX-7与RDX、CL-20、AP、HTPB、DOS或WAX等组成的双元体系在老化过程中发生了化学反应。结论 本研究的发现对理解和评估老化过程对FOX-7基双元混合物相容性的影响具有重要意义,可用于指导FOX-7基含能材料长期储存和使用中的安全设计。     

苯胺与甲基苯胺二元混合物对大型溞(Daphnia magna)的联合毒性

研究了苯胺与甲基苯胺对大型溞（Daphnia magna)的单一毒性及二元混合物的联合毒性，采用相加指数法(AI)和混合毒性指数法(MTI)进行评价，结果均为协同作用，并进一步证明混合物的配比对评价结果有一定的影响。     

老化微塑料对水体中重金属铜和锌的吸附行为研究

微塑料（Microplastics,MPs）在水环境中可以作为重金属载体,对金属离子的迁移和毒性效应产生较大影响.本文开展了紫外光老化后的聚丙烯（Polypropylene,PP）和聚乙烯（Polyethylene,PE）对两种重金属离子Cu²⁺和Zn²⁺在单一和二元复合体系中的吸附行为研究.通过拟一级和拟二级动力学模型研究发现,微塑料对重金属离子的吸附过程更符合拟二级动力学过程,利用Langmuir模型和Freundlich模型对吸附等温线结果进行拟合,结果表明,在单一体系中,相同老化条件下的PP相比PE对金属离子的平衡吸附量更高,且对Cu²⁺的吸附量均大于对Zn²⁺;在二元复合体系中,由于竞争吸附作用,MPs对重金属离子的吸附量小于在单一体系中的吸附量,且MPs对重金属离子的吸附过程更符合Freundlich模型,即吸附主要以多层吸附为主.吸附热力学研究表明,老化PP和PE微塑料对Cu²⁺和Zn²⁺的吸附行为属于自发吸热过程.微塑料PP和PE吸附前后对莱茵衣藻的毒性试验结果表明,微塑料存在均对藻类的生长有抑制作用,但吸附重金属后的微塑料对藻的生长抑制率有所降低.通过藻的酶活性（包括超氧化歧化酶（SOD）,丙二醛（MDA）和过氧化氢酶（CAT））的测定结果表明,微塑料对藻造成一定的氧化损伤,而吸附重金属后的微塑料的毒性作用下降.本论文可以为环境中微塑料存在下复合污染物的竞争吸附行为和联合生态效应研究提供理论依据.     

高岭土和蒙脱土存在下nC60纳米颗粒稳定性研究

通过沉降实验研究了不同浓度高岭土和蒙脱土分别对富勒烯纳米颗粒（nC₆₀）稳定性的影响,利用沉降模型并结合zeta电位、粒径、SEM、TEM进行原因分析.单体系中nC₆₀的稳定性好,高岭土胶体稳定性差且随浓度增加而降低,蒙脱土胶体稳定性好且与浓度无明显关系.整体上,高岭土和蒙脱土可以降低nC₆₀的稳定性.随着高岭土浓度增加,nC₆₀稳定性显著降低;而蒙脱土对nC₆₀稳定性降低较小且与浓度无明显关系.结果表明,nC₆₀的稳定性由黏土控制,两种黏土在结构和比表面积上的差异,使它们对nC₆₀稳定性影响不同.模型分析表明,一阶沉降模型和修正的一阶沉降模型分别适用于高岭土和蒙脱土参与的胶体沉降过程.该研究可为评估nC₆₀对地下水环境的影响提供重要参考.