气相有机化学品与羟基自由基反应速率常数的QSAR模型

气相中有机化学品与羟基自由基(!OH)反应速率常数(k_(OH))是评价化学品大气持久性的重要参数.而化学品种类繁多,现有的k_(OH)实验数据不能满足其生态风险评估的需求.因此,需要建立一种能够快速预测有机化学品k_(OH)的方法,填补现有数据的缺失.本研究搜集整理了917种有机化合物的k_(OH)实验值,采用逐步多元线性回归法(MLR)和支持向量机法(SVM)分别构建了用于预测多种类化合物lgk_(OH)的线性和非线性定量结构-活性关系(QSAR)模型.基于MLR的预测模型具有良好的拟合度(经校正的相关系数的平方R_(adj.tr)~2=0.862、均方根误差RMSE_(tr)=0.455)、稳健性(交叉验证系数Q_(LOO)~2=0.856)和预测能力(外部验证系数Q_(ext)~2=0.850).基于SVM的预测模型也具有良好的拟合度(R_(adj.tr)~2=0.915,RMSE_(tr)=0.358)和预测能力(Q_(ext)~2=0.860).机理分析表明,最高占据分子轨道能(E_(HOMO))、卤素原子在分子中所占的百分比(X%)和分子中具有=CH—结构的数目(NdsCH)是最重要的3个描述符,解释了数据集78.3%的方差.采用Williams法表征模型的应用域.所建立的模型可用于预测烷烃、烯烃、炔烃、芳香族化合物、醇类、酮类、醚类、醛类、酸类、酯类、卤代化合物、含氮化合物、含硫化合物等室温下的k_(OH).     

芳香族化合物与水合电子水相反应速率常数的QSAR模型研究

基于水合电子(e_(aq)~-)的高级还原技术(ARPs)是一种有效地去除水中痕量有机污染物的技术.有机物与水合电子反应的速率常数(k_(e_(aq)~-))是评价高级还原处理体系中有机物去除效率的一个重要参数.然而化学品种类繁多,通过实验方法一一获取k_(e_(aq)~-)是不现实的.因此,需要建立一种能够快速预测k_(e_(aq)~-)的方法,填补现有数据的缺失.本研究搜集整理了94种芳香族化合物的k_(e_(aq)~-)实验值,采用逐步多元线性回归(MLR)和支持向量机(SVM)方法分别构建了预测化合物的k_(e_(aq)~-)线性和非线性定量结构活性关系(QSAR)模型.两个模型均具有良好的拟合度(R_(adj,tr)~2 0.800)、稳健性(Q_(ext)~2=0.782)和预测能力(Q_(ext)~2 0.790).机理分析表明,最低未占据分子轨道能(E_(LUMO))和偶极矩加权的来自扩增边缘邻接处的最大特征值(SpMAD_AEA(dm))是影响有机物同e_(aq)~-反应活性的重要参数,此外,k_(e_(aq)~-)还与化合物的键级和极化率有关.元分析结果表明具有吸电子官能团的芳香化合物比含供电子基团的化合物倾向于与e_(aq)~-有更高的反应活性.     

有机化学品不同温度下(过冷)液体蒸气压预测模型的建立与评价

(过冷)液体蒸气压(PL)是评价化学品在环境中分配、迁移和归趋行为的重要参数。PL具有较强的温度依附性。发展一种能够精确预测不同环境温度下化学品PL的方法,有助于填补化学品生态风险评估的大量数据缺失。本研究收集整理了661种有机化合物在不同温度下(200~830 K)共计10 478个log PL值。在此基础上,采用偏最小二乘(PLS)回归和支持向量机(SVM)方法,构建了PL的线性和非线性预测模型。结果表明:2种模型均具有良好的拟合度、稳健性及预测能力,SVM模型的预测性能略高于PLS模型(PLS:R2adj.tra=0.912,RMSEtra=0.477,Q2ext=0.910;SVM:R2adj.tra=0.997,RMSEtra=0.092,Q2ext=0.967)。机理分析表明,温度是影响PL的主要因素,温度越高,蒸气压越大;其次,X1sol也影响PL大小,X1sol用来描述分子间的色散作用,分子间色散力越小,蒸气压越大;此外,化合物的氢键个数、极性和分子构型等因素也影响PL大小。采用Wiliams plot方法表征了PLS模型应用域。所建立的模型可用来预测烷烃、烯烃、醇、酮、羧酸、苯、酚、联苯、卤代芳香烃、含N化合物及含S化合物在不同温度下的PL数据。     

基于TLSER和QSPR关系预测PAHs和PCBs的LDPE膜-空气分配系数

有机污染物在被动采样材料与环境介质之间的平衡分配系数(K_P),是测定环境中有机污染物浓度的重要参数,但K_P值大部分都需要经过繁琐的实验测定获取,无法逐个测定数量繁多的污染物,因此需开发一种预测K_P值的方法。为此,搜集整理了一些多环芳香烃(PAHs)和多氯联苯(PCBs)的低密度聚乙烯(LDPE)-空气分配系数(K_PA)的实测值,基于理论线性溶解能(TLSER)和定量结构性质关系(QSPR),利用逐步多元线性回归(MLR)分别构建了预测K_PA值的模型。模型的决定系数R2adj分别为0.927和0.956,交叉验证系数Q2LOO分别为0.915和0.946,外部系数Q2ext分别为0.913和0.960。结果表明,2种模型具有良好的拟合优度、稳健性和预测能力,并解释了模型的机理。所构建的2种模型均可用来预测应用域内有机污染物的LDPE膜-空气分配系数。     

双酚A类似物雌激素干扰效应的定量结构-活性关系模型

由于双酚A(BPA)具有内分泌干扰等毒性效应,有些国家已经开始限制其在部分工业品生产中使用。一些双酚A类似物因用于替代BPA而被大量使用。因其与双酚A具有相似的分子结构,双酚A类似物是否也具有内分泌干扰等毒性效应受到越来越多的关注。采用逐步多元线性回归(MLR)方法,构建了可预测双酚A类似物雌激素效应的定量结构-活性关系模型。模型的决定系数R~2=0.899,去一法交叉验证系数Q_(LOO)~2=0.868,Bootstrapping验证系数Q_(BOOT)~2=0.755,均方根误差RMSE=0.339,表明模型具有较好的拟合优度、稳健性;验证集决定系数Q_(EXT)~2=0.921,外部验证系数Q_(EXT)~2=0.810,均方根误差RMSE=0.638,表明模型具有较好的预测能力。采用欧几里德距离方法和Wil iams图表征了模型应用域,依据分子描述符对模型进行了机理解释,并用所建模型,填补了22种其他双酚A类似物缺失的雌激素干扰效应数据。     

有机污染物的被动采样材料-水分配系数的QSAR研究

污染物的被动采样材料-水分配系数(K_(PW))是衡量被动采样器性能和进行优化的一个重要指标,由于实验方法难以逐个测定众多污染物的K_(PW)值,有必要发展其KP W预测方法。本研究选取聚乙烯(PE)、聚丙烯酸酯(PA)和硅橡胶(SR)3类常用的被动采样材料共7种,采用多元线性回归分析方法构建可用于K_(PW)预测的定量构效关系(QSAR)模型。所构建的QSAR模型具有良好的拟合优度(R2a dj介于0.806~0.989)、稳健性(Q2L O O和Q2B O O T分别介于0.786~0.988和0.773~0.801)和预测能力(R_(ext)~2和Q_(ext)~2分别介于0.769~0.989和0.757~0.982),可以用于预测烷烃、烯烃、芳香类、醇类、酮类、酯类、醚类等多种有机污染物的log KP W值。有机污染物的log KP W与分子Mc Gowan体积(Vx)、氯原子个数(n Cl)、环周长(Rperim)、多重键个数(n BM)、N,O极性贡献的拓扑极性表面积(TPSA(NO))、[-N(=)=]结构个数(Ndds N)和羟基个数(nROH)等参数有关。     

基于MLP-ANN和SVM方法的多氯代二苯并呋喃光解半衰期QSPR比较研究

多氯代二苯并呋喃(PCDFs)是全球性污染物之一,光化学降解是其主要的环境降解途径。基于分子二维拓扑结构提出的用于表征化合物结构参数的分子电性距离矢量描述子(MEDV),应用多层感知器神经网络(MLP-ANN)和支持向量机(SVM)对PCDFs在云杉针叶和飞灰表面的光解半衰期(t_(1/2))进行定量结构-性质相关(QSPR)分析,并用交互检验和外部样本对所建模型的稳定性进行了检验。旨在为PCDFs光解机理的QSPR研究提供新思路。结果表明,所建模型均具有良好的稳定性和预测能力,尤以MLP-ANN模型为佳,其建模相关系数(R_(cum))、留一法交互检验相关系数(Q_(LOO))以及外部样本检验相关系数(Q_(ext))分别为0.850、0.816、0.954(云杉针叶表面)和0.892、0.753、0.897(飞灰表面)。     

几类有机污染物的微塑料/水分配系数的线性溶解能关系模型

水体中的微塑料会吸附其中的有机污染物,影响有机污染物和微塑料的环境归趋和生态毒性。研究微塑料对有机污染物的吸附行为,对于评价有机污染物和微塑料的环境赋存、迁移及生物有效性有重要意义。污染物在微塑料与水之间的平衡分配系数(Kd),是表征微塑料对有机污染物吸附能力的重要参数。实验方法难以逐个测定众多有机污染物的Kd值,有必要发展其预测模型。本研究搜集了有机污染物的线性溶解能关系(LSER)参数及Kd值,构建了可预测有机污染物在聚丙烯微塑料与海水、聚乙烯微塑料与海水、聚乙烯微塑料与淡水之间Kd值的LSER模型。模型具有良好的拟合优度(R2adj介于0.794~0.903)、稳健性(Q2LOO和Q2BOOT分别介于0.763~0.863和0.720~0.804)和预测能力(R2ext和Q2ext分别介于0.886~0.971和0.825~0.954),能够用于预测多氯联苯、多环芳烃、六氯环已烷和氯苯类有机污染物的Kd值。     

基于基团贡献法的有机化合物好氧生物降解预测模型研究

从MITI-Ⅰ试验中筛选出587种不同类型有机化合物的可用数据,通过对这些物质的结构进行拆分,随机选择其中50种化合物作为验证集,另外537种作为训练集,利用多元线性回归(MLR)和支持向量机(SVM)2种计算方法分别建立模型。结果表明,芳香酸、醛、芳香碘和叔胺等功能基团对有机化合物的好氧生物降解性影响较大;MLR模型总体预测正确率为81.43%,验证集正确率为82%,SVM模型总体预测正确率为87.90%,验证集正确率为86%。所建立的2种定量结构与生物降解性关系(QSBR)模型有效,可用于化学品的好氧生物降解性评价。     

有机化学品生物富集因子定量结构-活性关系模型

依据经济合作与发展组织(OECD)关于定量结构-活性关系(QSAR)模型构建和使用导则,将780个有机化合物,以4:1的比例随机划分为训练集(624个化合物)和验证集(156个化合物),通过多元线性回归(MLR)方法构建了一个包含12个描述符的有机化合物鱼类生物富集因子(BCF)的QSAR模型。QSAR模型的调整决定系数R2ad j=0.809,去一法交叉验证系数Q2LOO=0.803,外部验证系数Q2EXT=0.732,表明模型具有较好的拟合优度、稳健性和预测能力。采用欧几里德距离方法表征模型应用域,通过威廉姆斯图分析模型离群点,并对模型进行机理解释。所构建的模型,可以用于预测应用域内有机化学品的生物富集因子。     

卤代有机化合物生物富集因子的定量结构-活性关系模型

依据经济合作与发展组织(OECD)关于定量结构-活性关系(QSAR)模型构建和使用导则,通过多元线性回归(MLR)方法建立了一个包含9个描述符的卤代有机化合物鱼类生物富集因子(BCF)的QSAR模型。QSAR模型的调整决定系数R²_adj = 0.877,去一法交叉验证系数Q²_LOO= 0.873,外部验证系数Q²_EXT= 0.757,表明模型具有较好的拟合优度、稳健性和预测能力。采用欧几里德距离方法表征了模型应用域,并对模型进行了机理解释。所构建的模型,可以用于预测应用域内卤代化合物的BCF。     

A comparison of two models with Landsat data for estimating above ground grassland biomass in Inner Mongolia,China

Two models, artificial neural network (ANN) and multiple linear regression (MLR), were developed to estimate typical grassland aboveground dry biomass in Xilingol River Basin, Inner Mongolia, China. The normalized difference vegetation index (NDVI) and topographic variables (elevation, aspect, and slope) were combined with atmospherically corrected reflectance from the Landsat ETM+ reflective bands as the candidate input variables for building both models. Seven variables (NDVI, aspect, and bands 1, 3, 4, 5 and 7) were selected by the ANN model (implemented in Statistica 6.0 neural network module), while six (elevation, NDVI, and bands 1, 3, 5 and 7) were picked to fit the MLR function after a stepwise analysis was executed between the candidate input variables and the above ground dry biomass. Both models achieved reasonable results with RMSEs ranging from 39.88% to 50.08%. The ANN model provided a more accurate estimation (RMSE_r = 39.88% for the training set, and RMSE_r = 42.36% for the testing set) than MLR (RMSE_r = 49.51% for the training, and RMSE_r = 53.20% for the testing). The final above ground dry biomass maps of the research area were produced based on the ANN and MLR models, generating the estimated mean values of 121 and 147 g/m², respectively.     

基于形态修正的描述符构建可电离化合物对大型溞急性毒性的QSAR模型

在环境水体中,可电离有机化合物(IOCs)可解离为分子和离子形态。研究表明,IOCs离子形态的环境行为、毒性效应等都与其分子形态存在较大差异,因而在研究IOCs环境行为、毒性效应时不应忽略离子化的影响。在构建IOCs相关预测模型时如何表征离子化的影响是当前研究的重要内容之一。探讨了采用基于形态修正的描述符构建IOCs水生毒性预测模型的可行性。具体而言,采用逐步多元线性回归(MLR)方法,构建了可预测63种取代酚、取代苯甲酸和取代苯胺等IOCs对大型溞急性毒性的定量结构-活性关系(QSAR)模型。与仅采用分子形态描述符的模型相比,使用基于形态修正描述符的模型决定系数(R2)、去一法交叉验证系数(Q2LOO)、外部验证系数(Q2EXT)等参数从0.622～0.705提高到了0.840～0.875,表明基于形态修正描述符的模型具有更好的拟合优度、稳健性和预测能力。因此,在将来的研究中,可采用基于形态修正的描述符构建IOCs水生毒性效应预测模型。     

15种取代酚对淡水发光菌Q67的毒性及定量构效分析

为了更加准确和便捷地预测各种取代酚类化合物的急性毒性,以淡水发光菌Q67(Vibrio qinghaiensis sp.-Q67)为受试生物,测定了15种典型取代酚的急性毒性;采用logD(正辛醇/水分配系数),LUMO(分子最低空轨道能)和MW(分子量)等取代酚的7种主要结构参数,利用偏最小二乘回归法建立了定量结构-活性相关(quantitative structure-activity relationships,QSAR)模型。结果表明,15种取代酚的EC_(50)在5.76×10~(-6)～1.27×10~(-3)mol·L~(-1)之间,且有很好的剂量-效应关系;QSAR模型的主成分分析显示,-logEC_(50)与logD、LUMO和MW值正相关,且logD对模型的贡献最大,即越容易与Q67菌结合的酚类化合物对其的急性毒性越大;建立的QSAR模型具有较好的预测能力(Q~2_(EXT)=0.91,RMSE=0.49)和较高的稳定性(Q~2_(CUM)=0.58),能够用于预测其他酚类化合物对Q67菌的急性毒性。     

Voltage-clamp measurements on single split lamellae of posterior gills of the shore crab Carcinus maenas

Single split lamella preparations of posterior gills of low-salt adapted shore crabs Carcinus maenas (collected from the Kiel Bay, Baltic Sea in 1991) were mounted in a micro Ussing-chamber. With NaCl salines on both sides we found an outside positive potential difference (PD) of 6.6±1.3 mV, a short-circuit current (I_sc) of-240±65 Acm^-2 and a resistance (R_t) of 25±3 cm² (n=8). Substitution of Cl^- (gluconate) on both sides of the preparation resulted in a decrease of I_sc by more than 90% at constant R_t. I_sc disappeared and R_t increased after substitution of Na⁺ (choline). When ouabain (2 mmol l^-1) was applied to the internal NaCl-saline, I_sc decreased and R_t remained unchanged. Internal addition of 0.1 mmol l^-1 acetazolamide left I_sc and R_t unaffected. Application of amiloride to the external NaCl saline resulted in a increase of both inward negative I_sc and R_t. The dose dependence of the diuretic showed a maximal effect between 50 and 200 mol l^-1 with a half-maximal blocker concentration (K_AMI) of ca. 10 mol l^-1. The results show that the split lamella preparation of posterior gills of C. maenas is a low resistance epithelium which is able to effect a massive, electrogenic and coupled absorption of Na⁺ and Cl^-.