溶解性有机质在岩溶水系统中的迁移转化及影响因素分析

溶解性有机质(DOM)的荧光物质是一种较好的示踪剂,用于鉴别DOM的来源及其在水文系统中的地球化学行为.该物质在岩溶水系统中的研究较少,并且要作为潜在示踪剂,系统中有很多因素影响其光谱信息.实验选取一典型岩溶流域,通过三维荧光光谱技术(EEMs)和平行因子分析(PARAFAC),结合水化学数据分析,揭示DOM荧光物质在不同岩溶含水空间的组成和转化关系,刻画流域尺度DOM的来源,探讨水化学因素对DOM荧光物质转移的影响机制.结果表明,流域外源地表水和岩溶地表水中的DOM以类蛋白色氨酸为主,浅层岩溶水和深层岩溶水以类蛋白色氨酸和酪氨酸为主.荧光指数(FI)、生物指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)的综合分析认为,浅层岩溶水和深层岩溶水的DOM主要来自于内源微生物分解,岩溶地表水和外源地表水的DOM既有陆源输入又有内源微生物分解,且内源贡献占有较大比例.受岩溶水化学参数的影响,3种荧光物质具有明显的分异特征:类酪氨酸物质对Ca~(2+)和HCO_3~-具有较强的适应性,在岩溶水中存在的比例比较大.类色氨酸物质则相反,类富里酸物质则与TDS、浊度、Cl~-、SO_4~(2-)等呈现极显著正相关关系.流域上游浅层岩溶水中的DOM主要来自内源.出露地表以后,其有机质同时来自内源和外源输入.在流域下游渗入深层岩溶地下水以后,DOM逐渐向低芳香烃有机质化合物转化,大分子DOM逐渐减少,荧光强度减弱.主成分分析(PCA)提取出3个主成分,分别为反映岩溶水渗滤、转化、水流条件的水体矿化指标,反映土壤淋滤和自然渗滤关系的TOC、NO_3~-及类蛋白质指标,以及反映岩溶水系统水化学、生物化学过程的Ca~(2+)、HCO_3~-、荧光指数和类富里酸指标.此外研究还认为,总荧光强度,类富里酸物质和类蛋白物质可以分别作为岩溶水快速渗流、转化及岩溶含水层脆弱性的示踪剂.研究结果有助于认识岩溶地下水DOM的生物地球化学循环,进行岩溶系统有机污染控制,为岩溶水系统中物质的地球化学过程表征提供一种新的工具.     

周村水库主库区水体热分层形成过程中沉积物间隙水DOM的光谱演变特征

运用三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析法(PARAFAC)以及紫外-可见光谱技术,对周村水库热分层形成过程中沉积物间隙水中溶解性有机物(DOM)的垂向分布及光谱特性进行分析.结果表明:周村水库沉积物间隙水DOM的紫外-可见吸收光谱吸收系数的变异系数在-400%~400%之间,表明其性质在不同深度上存在差异; E2/E3变化说明随着热分层的形成,富里酸所占DOM的比例也随之升高; E3/E4 3. 5以及SR 1表明DOM为生物源,以富里酸为主;荧光光谱中出现了类富里酸峰(C1、C3)、类蛋白峰(C2、C5)和类腐殖酸峰(C4、C6);类富里酸以及类蛋白是DOM的主要构成组分; DOM总荧光强度、各组分荧光强度随着热分层形成过程呈下降趋势,垂向间和采样点的分布差异明显;热分层形成过程中水库沉积物间隙水的高BIX、FI、β:α以及低HIX,表明沉积物间隙水DOM以生物活动的内源为主,具有低腐殖化,强自生源特征.     

两种沉水植物对风浪及持续高水位胁迫的适应性研究

以两种沉水植物马来眼子菜(Potamogeton malainus)和狐尾藻(Myriophyllum spicatum)为研究对象,通过原位模拟试验,比较在相同水位变化幅度下不同高水位持续胁迫水平(分别以T0、T1、T2、T3表示恒静止、持续4 d、持续8 d和持续12 d)对沉水植物的生物量、植株伸长、具体形态指标和光合荧光特性的影响,并同步分析滆湖大洪港内两处风浪差异区(湖岸区M1和湖心区M2)两种沉水植物相应的适应性和形态变化的特征.结果表明,马来眼子菜和狐尾藻都表现出了较好的环境适应性,T0时任意两处的两种植物生物量和株高均最大;在风浪扰动较小区域(M2),持续高水位减弱了两种植物的伸长和生长(p0.01),并显著限制其在地上生物量的投资和茎干横向的分支(p0.05).在风浪扰动较大区域(M1),持续高水位对两种沉水植物产生了相同的形态变化,并显著降低各梯度下其Fv/Fm和快速光响应曲线(p0.05),但M1处两种沉水植物的光合能力均显著大于M2处.狐尾藻对风浪扰动和长时间水位胁迫能表现出更强抗弱光性和光合作用能力.因此,持续高水位胁迫下(小于8 d)两种沉水植物对一定程度水动力仍有较好的形态和生长适应性,对特定水文波动特征进行合理应对以保持沉水植物活力和维持湖泊生态系统具有指导作用.     

典型可溶有机质与磺胺二甲嘧啶的络合作用研究

以藻源有机质(AOM)和腐殖酸(HA)作为典型生物大分子可溶有机质(DOM)和腐殖化DOM,采用荧光猝灭滴定和光谱分析考察磺胺二甲嘧啶(SMZ)与DOM的络合作用.三维荧光光谱结合平行因子分析显示AOM荧光组分主要由类酪氨酸和类色氨酸物质组成,而类富里酸和类腐殖酸物质是HA荧光组分的主要构成.4种荧光组分可与SMZ发生不同程度的静态猝灭,且猝灭过程中DOM分子构象改变.同步荧光光谱结合二维相关图谱进一步发现类酪氨酸优先于类色氨酸组分与SMZ发生络合作用.Ryan-Weber非线性模拟拟合表明AOM中各荧光组分与SMZ的络合稳定常数(logK)大小为:类富里酸(3.33)类酪氨酸(3.12)类色氨酸(2.15)类腐殖酸(1.57);而HA中大小为:类富里酸(3.06)类腐殖酸(2.02).总体上生物大分子DOM对SMZ的亲和力高于腐殖化DOM.DOM与SMZ的相互作用可改变水环境中抗生素的形态和归趋,影响其生物有效性和生态毒性.     

水库热分层期沉积物中有机物特性及对好氧反硝化细菌脱氮的影响

本研究以水源水库热分层期沉积物中有机物为研究对象,在分析其相对分子质量分布和有机物荧光特性的基础上,探究了沉积物中有机物为碳源时,好氧反硝化细菌的脱氮效能、细菌生长及碳去除性能.结果表明：①水源水库在热分层期,沉积物中相对分子质量>100×10³的有机物所占比例较高;同时相比于不同月有机物的相对分子质量分布,7月时沉积物中相对分子质量大的有机物所占的比例最低（44.62%）,显示出较小的相对分子质量;②水源水库沉积物中有机物由陆地类腐殖质组分C1（250 nm,425 nm）、类色氨酸和氨基酸物质C2（230 nm/280 nm,322 nm）和传统微生物类腐殖质混合物C3（250 nm,340 nm）所组成,其中色氨酸和氨基酸类的物质（组分C2）所占比例较高,同时在7月时显示出较大的总荧光强度;③好氧反硝化过程中,5月有机物显示出较好的作为电子供体的特征,而7月的有机物却表现出较好的作为能源物质的性能,同时使得好氧反硝化细菌WGX-9显示出较高的氮去除特性;④相比于天然有机物、藻类有机物和实际水源水库水,沉积物中有机物作为碳源时可以较好地促进菌株WGX-9的好氧反硝化脱氮效能.本文阐明了水源水库热分层期沉积物中有机物特性及对好氧反硝化细菌的影响,将为微污染水体氮污染控制工程提供依据.     

模拟酸雨对烤烟叶片光合特性和叶绿素荧光参数的影响

以烤烟为供试材料,采用土培盆栽的方法研究了不同pH值的模拟酸雨(pH5.6、pH4.5、pH4.0、pH3.5、pH3.0、pH2.5、pH2.0)对烤烟叶片叶绿素含量、气体交换和叶绿素荧光参数的影响.结果表明:pH≥3.5处理的轻度酸雨对烤烟Chl.a含量影响不大,但pH≤3.5处理烤烟叶片Chl.b和总叶绿素含量显著下降.pH≤2.5模拟酸雨使烤烟叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Ls)、胞间CO2浓度(Ci)、叶面饱和蒸气压力亏缺(VPD)显著降低,使烤烟叶片的气孔限制值(Ls)和潜在水分利用效率(WUEi)显著升高,模拟酸雨使pH2.0处理烤烟叶片的蒸腾速率(Tr)和pH2.5处理的瞬时水分利用效率(WUE)显著降低.pH≥3.5处理的光合有效量子产量(EQY)、光合电子传递速率(ETR)和光化学猝灭(qP)与对照差异不大,但pH≤3.0处理明显降低;烤烟叶片的非光化学猝灭呈先升高后降低趋势,pH≥3.5处理的非光化学猝灭(NPQ)明显高于pH≤3.0处理.     

入侵植物互花米草(Spartina alterniflora)叶绿素荧光对淹水胁迫的响应

在上海崇明东滩国家级鸟类自然保护区生态修复示范样地中,开展了持续淹水技术治理入侵植物互花米草的物理控制实验.同时,应用叶绿素荧光技术,分别研究了连续2年持续水淹和淹水1年后排水恢复自然生境条件下,外来入侵植物互花米草叶绿素荧光动力学参数及叶绿素含量的动态变化.结果表明,第1年持续淹水降低了互花米草体内的叶绿素含量和PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ的潜在活性(Fv/Fo)、光合电子传递速率(ETR)和光化学猝灭(qP)等叶绿素荧光动力参数值,抑制了互花米草的光合作用.随着淹水时间的延长,到第2年生长季节时互花米草已可以通过调节热耗散或其他生理生态指标来适应淹水环境,满足其生长繁殖的需要.一旦解除淹水胁迫,互花米草的光合活性可迅速恢复,甚至超过对照,表现出很强的恢复能力.持续淹水胁迫仅能在初期抑制互花米草的光合作用,随着淹水时间的延长,互花米草可以通过调节其他生理指标来适应淹水环境,保障光合作用的正常进行.     

Early stage toxicity of excess copper to photosystem II of Chlorella pyrenoidosa–OJIP chlorophyll a fluorescence analysis

Acute toxicity of excess Cu on the photosynthetic performance of Chlorella pyrenoidosa was examined by using chlorophyll a fluorescence transients and JIP-test after exposure to elevated Cu concentrations for a short time period. High Cu concentration resulted in a significant suppression in photosynthesis and respiration. The absorption flux (ABS/RC) per PSII reaction center increased with increasing Cu concentration, but the electron transport flux (ET₀/RC) decreased. Excess Cu had an insignificant effect on the trapping flux (TR₀/RC). The decline in the efficiency, with which a trapped exciton can move an electron into the electron transport chain further than Q_A−(Ψ₀), the maximal quantum yield of primary photochemistry (?_P0), and the quantum yield of electron transport (?_E0) were also observed. The amount of active PSII reaction centers per excited cross section (RC/CS) was also in consistency with the change of photosynthesis when cells were exposed to excess Cu concentration. JIP-test parameters had a good linear relationship with photosynthetic O₂ evolution. These results suggested that the decrease of photosynthesis in exposure to excess Cu may be a result of the inactivation of PSII reaction centers and the inhibition of electron transport in the acceptor side.     

超滤、三维荧光光谱与高效体积排阻色谱联合表征地表水环境中溶解有机质的性质

超滤、三维荧光光谱以及高效体积排阻色谱3种研究方法的结合可以表征不同类型荧光物质的相对分子质量分布规律,进而揭示它们的来源以及组分差异.用截留相对分子质量为1 000的再生纤维素超滤膜对几种不同类型地表水体中的溶解有机质进行分离后,利用三维荧光光谱以及相对分子质量分布特征谱图表征超滤完成后滞留液中相对分子质量较高的组分和渗透液中相对分子质量较低的组分中溶解有机质的性质.结果发现,湖北神农架大九湖沼泽水中原先被强腐殖酸荧光吸收峰E(Ex/Em: 360 nm/462 nm)掩盖的类富里酸荧光吸收峰A(Ex/Em: 260 nm/450 nm)和C(Ex/Em: 320 nm/439 nm)以及类蛋白荧光吸收峰B(Ex/Em: 275 nm/312 nm)和D(Ex/Em: 220 nm/308 nm)因其相对分子质量较小而被分离进入渗透液中,可被荧光检测;贵州红枫湖南湖内源产生的类蛋白荧光吸收峰B(Ex/Em: 280 nm/334 nm)和D(Ex/Em: 225 nm/328 nm)在原水中含量太低,即使采用灵敏度高的荧光检测手段也很难从原水中直接鉴别出来,但超滤后却因其相对分子质量大而被保存在超滤滞留液中.此外,研究还发现不同来源的类富里酸荧光物质和类蛋白荧光物质其相对分子质量大小也存在差异.如红枫湖南湖内源产生的类蛋白荧光物质具有较大的相对分子质量分布,被保存在超滤滞留液中;而贵州阿哈湖外源输入的类蛋白荧光物质相对分子质量则较小,易通过超滤膜进入渗透液中.因此, 3种研究方法的联合可以为研究地表水体中溶解有机质的性质提供方便直接的定性信息.     

Combined fluorescence and electrochemical investigation on the binding interaction between organic acid and human serum albumin

Human serum albumin (HSA) is a plasma protein responsible for the binding and transport of fatty acids and a variety of exogenous chemicals such as drugs and environmental pollutants. Such binding plays a crucial role in determining the ADME (absorption, distribution, metabolism, and excretion) and bioavailability of the pollutants. We report investigation on the binding interaction between HSA and acetic acid (C2), octanoic acid (C8) and dodecanoic acid (C12) by the combination of site-specific fluorescent probe, tryptophan intrinsic fluorescence and tyrosine electrochemistry. Two fluorescent probes, dansylamide and dansyl-L-proline, were employed in the displacement measurement to study fatty acid interaction with the two drug-binding sites on HSA. Intrinsic fluorescence of tryptophan in HSA was monitored upon addition of the fatty acids into HSA. Electrocatalyzed response of the tyrosine residues in HSA by a redox mediator was used to investigate the binding interaction. Qualitatively, observations made by the three approaches are very similar. HSA did not show any change in either fluorescence or electrochemistry after mixing with C2, suggesting there is no significant interaction with the short-chain fatty acid. For C8, the measured signal dropped in a single-exponential fashion, indicative of independent and non-cooperative binding. The calculated association constant and binding ratio is 3.1×106 L/mol and 1 with drug binding Site I, 1.1×107 L/mol and 1 with Site II, and 7.0×104 L/mol and 4 with the tryptophan site. The measurement with C12 displayed multiple phases of fluorescence change, suggesting cooperativity and allosteric effect of C12 binding. These results correlate well with those obtained by the established methods, and validate the new approach as a viable tool to study the interactions of environmental pollutants with biological molecules.