双区理论——定量结构致癌活性关系及化学致癌机理的新观念

结构致癌活性关系研究的重要性 近百年来的流行病学和化学研究工作证明,环境中的化学致癌剂对人类癌症的病因,有着重要的贡献。我国恶性肿瘤的死亡率与世界范围的调查研究相一致,在某些特定的地理位置,有着稳定的高发趋势。个旧、宣威、上海等地的肺癌高发,虽然其化学病因学尚亟待解决,但无疑与煤的燃烧及其所产生的多环芳烃(PAH)污染有关。当前,结构生理活性关系的研究,仍然是一个疑难的科学问题。单纯根据分子结构,我们不能确切地预言分子的生理性质,虽然从理论上讲这是可能的。结构致癌活性关系(SCAR)的研究,在阐明致癌作用的机理方面,将是一个强有力的工具,因而在这一领域中,是一个最为重大的问题。     

多环芳烃的电子结构与致癌活性的关系

多环芳烃(以下简称PAH)是最早被发现的环境玟癌物。到目前为止,大约已有一千多种物质证实能使动物致癌,其中多环芳烃差不多占了三分之一以上,所以,对多环芳烃的研究无论在理论上和实际上都具有重大的意义。对于多环芳烃的电子结构与致癌活性关系的研究是量子生物学研究的重要课题,多年来,为了弄清这个问题,人们做了大量     

N,N-二甲基氨基偶氮苯及其某些衍生物结构与致癌活性的定量研究

根据双区理论,对N,N-二甲氨基偶氮苯(DAB)及其某几种衍生物的结构与致癌活性进行了定量研究。运用HMO方法,在综合分析它们生物代谢的实验基础上,计算了分子在代谢中可能形成的阳离子亲电活性中心的离域能,并根据相对活性标度和五级标度得出两个适用于DAB类化合物的双区公式,对23个该类化合物进行了计算。两种活性标度的理论计算和实验结果都得到良好的符合,符合率近于100％。文中还讨论了“生物测不准”原理,认为对复杂的生物代谢过程,进行结构活性关系的定量处理只能得到统计的近似的结果,但当生物实验者以及实验条件不变时,也可能得到相对的更高精度的定量处理。     

有机污染物的单电子氧化结构-反应活性定量构效关系

单电子氧化反应是自然界中普遍存在的一种弱氧化反应过程,但不同有机污染物的单电子氧化反应活性具有显著差异,实验筛选需要耗费大量时间和成本.而氧化体系中有机污染物的反应速率常数是衡量其单电子反应活性的一个重要参数.因此,本文首先通过文献系统总结氧化锰体系24种有机污染物的反应动力学速率常数,并基于密度泛函理论（DFT）计算不同有机污染物的电子结构特征参数,进一步采用非线性回归及多元线性回归的方法将不同有机污染物的电子结构特性与单电子氧化的反应速率常数之间构建定量构效关系（QSAR）模型,最后采用留一法对构建的模型进行内部验证;并通过实验补充有机污染物的单电子氧化反应速率常数来验证QSAR模型的预测能力.结果表明,根据文献总结91组氧化锰准一级和二级动力学反应体系构建并筛选得到的最优QSAR模型,均展现了较好的拟合度（R₁²=0.845,R₂²=0.928）,且经过实验总结18组数据进行内外部验证确认了其稳定性(Q²_LOO1=0.801,Q²     

有机污染物的单电子氧化结构-反应活性定量构效关系

单电子氧化反应是自然界中普遍存在的一种弱氧化反应过程,但不同有机污染物的单电子氧化反应活性具有显著差异,实验筛选需要耗费大量时间和成本.而氧化体系中有机污染物的反应速率常数是衡量其单电子反应活性的一个重要参数.因此,本文首先通过文献系统总结氧化锰体系24种有机污染物的反应动力学速率常数,并基于密度泛函理论（DFT）计算不同有机污染物的电子结构特征参数,进一步采用非线性回归及多元线性回归的方法将不同有机污染物的电子结构特性与单电子氧化的反应速率常数之间构建定量构效关系（QSAR）模型,最后采用留一法对构建的模型进行内部验证;并通过实验补充有机污染物的单电子氧化反应速率常数来验证QSAR模型的预测能力.结果表明,根据文献总结91组氧化锰准一级和二级动力学反应体系构建并筛选得到的最优QSAR模型,均展现了较好的拟合度（R₁²=0.845,R₂²=0.928）,且经过实验总结18组数据进行内外部验证确认了其稳定性(Q²_LOO1=0.801,Q²     

基于高光谱数据藻类水华重要参数——叶绿素a的定量反演模型研究

水库富营养化导致的水华问题严重影响了饮用水的利用和保护,而水体叶绿素a在营养化水体中比例稳定,可以在很大程度上反映水体的营养状况,是水华监测的重要参数。目前,大多数研究集中在较为典型的富营养化水体,对中/贫营养化水体的研究较少。以莆田东圳水库为研究区,随机选取112组叶绿素a浓度数据和高光谱数据中的72组数据进行模型构建,剩余40组数据用于模型验证。在对叶绿素a浓度和光谱反射率曲线进行相关分析的基础上,通过对水体光学特性的分析和统计分析,筛选出单波段、波段比值、三波段、四波段、荧光峰高度、荧光峰位置、峰谷距离等特征参数建立反演模型。通过模型精度验证的对比分析,确定了最优叶绿素a浓度的反模型。结果表明,经过900 nm处归零化预处理的单波段模型和四波段模型对东圳水库水体叶绿素a浓度的反演效果最佳,其决定系数R²均为0.91,平均绝对误差MAE分别为1.82μg/L和2.81μg/L,MAPE分别为22.53%和21.53%。对于叶绿素a浓度较低、跨度较小的库区水域,波段算法类模型建模精度优于荧光算法类模型。该研究结果可以为后续东圳水库的常规水质监测和水华预警提供一定...     

取代苯甲醛衍生物的定量结构—活性关系（QSAR）研究

本文研究了反应性化合物取代苯甲醛衍生物对大型蚤的４８ｈ急性毒性,建立了定量结构－活性关系模型,探讨了其毒性作用机制,发现其毒性主要取决于苯环上取代基的Ｈａｍｍｅｔｔ电效应常数。模预测结果与实验结果基本一致。     

单取代苯衍生物的QSAR研究——分子表面积和活性基团表面积的应用

本文对３０种单取代苯衍生物的结构和毒性关系进行了研究，由于取代基的多样性和性质的各不相同，用量子化学计算所得电子性质参数，拓扑指数和某些经验参数作描述参数，均不能得到好的与毒性的相关性，为此，引入了与取代基相关的取代基活性基团表面积，再加上反映分子总体性质和形状分子表面积及三阶形状指数，所得回归方程较好反映了结构和毒性关系，这也说明了对于单取代苯衍生物，取代基在致毒作用中可能起重要作用。     

基于实时荧光定量PCR技术对不同盐碱程度土壤甲烷氧化菌比活性的研究

为了探究不同盐碱程度土壤甲烷氧化菌比活性与甲烷吸收速率的关系,通过室内CH4培养实验,采用实时荧光定量PCR技术,研究3种不同盐碱程度土壤,即:轻度盐化土壤(SA)、强度盐化土壤(SB)、盐土(SC)CH4吸收速率和甲烷氧化菌比活性。以含有甲烷氧化菌功能基因pmo A片段的重组质粒为标准品,测得标准曲线的相关系数r2为0.9977,扩增效率为86%,溶解曲线峰值均一。结果表明:轻度盐化土壤(SA)、强度盐化土壤(SB)、盐土(SC)CH4吸收速率分别为28.4、20.6、17.7 ng·kg-1·h-1,表现为轻度盐化土壤(SA)强度盐化土壤(SB)盐土(SC)。土壤CH4吸收速率与土壤甲烷氧化菌比活性显著正相关,Person相关系数r=0.788(P=0.012,n=9)。由Monte Carlo法检验后表明:p H、土壤浸提液电导率EC与土壤甲烷氧化菌比活性显著负相关,相关系数分别为-0.943(P=0.000 1,n=9)和-0.895(P=0.001,n=9),而容重ρb、总磷TP、总氮TN、有机碳OC与土壤甲烷氧化菌比活性无显著相关性(P0.05)。较高p H和EC的盐碱土壤,土壤甲烷氧化菌比活性低,CH4吸收速率低。     

应用模式识别法研究芳腈化合物结构与活性的关系

基于２３个芳腈衍生物对发光菌的毒性疚和一批结构参数，用模式识别法研究了结构与活性的关系。在化合物的生物活性类别与模式特征之间建立的３个类别判别函数对化合物活性类别的判别正确率达９１．３％，并为进一步的研究工作合理地挑选了４个代表性化合物。     

应用XCT断层扫描技术和GAN深度学习模型的多孔介质微观结构定量研究

物质在土壤中的迁移转化行为是研究地下水动力学的核心问题。定量化表征多孔介质拓扑结构并计算分析相关表面形态学参数,为研究复杂介质内物质运移微观机理提供了重要的数据基础和参数。应用微米级X射线计算机断层扫描(XCT)和图像处理技术,结合前沿的机器学习算法重建和定量分析多孔介质微观结构,可快速、批量创建高分辨率的复杂多孔介质研究样本。首先采用XCT技术,提取石英砂和散装土壤两类典型多孔介质的微观孔隙结构;而后基于生成对抗神经网络(GAN)模型重构复杂多孔介质的微观空间结构,与XCT扫描图像进行交叉验证;最后,计算获取Minkowski形态学参数,并基于多孔介质微观结构开展计算流体力学（CFD）数值模拟,计算石英砂和土壤多孔介质内的流动特征和渗透率。结果表明：1)GAN生成的合成数据与原始数据符合KS同分布,说明GAN能够成功合成与原始图像结构空间分布模式一致的图像;2)Minkowski宏观参数评价误差的较小,KS同分布结果表明,多孔介质样本的结构异质性会在一定程度上影响GAN模型的计算精度和效率;3)Open FOAM模拟计算得到的渗透率结果表明,GAN模型生成的多孔介质图像与原始图像具有...     

甲醇燃料汽车排气催化净化研究——催化剂的制备和活性评价

本文研究了以堇青石蜂窝体为载体、贵金属Pd为活性组分的催化剂制备方法,以及该催化剂体系用于净化甲醇汽车(M100)排气的可能性。实验室和台架试验的结果表明,含活性氧化铝涂层的堇青石蜂窝体为载体的Pd催化剂体系(Pd0.75～1.4克/升),具有良好的活性和热稳定性,经1000℃焙烧后活性不下降,排气起燃温度是129—137℃;在空速4—13×10~4小时~(-1)、甲醇浓度4—10万ppm,甲醛50—530ppm及未加二次空气条件下,甲醇净化率～99％,甲醛净化率不稳定。涂层料中加入稀土氧化物有助于改善催化剂的热稳定性,台架试验结果还表明,排气中O_2含量少,不足以把甲醇和CO完全氧化成CO_2。因此,为同时获得甲醇、甲醛和一氧化碳的良好净化效果,需要补充二次空气。     

1,3-丁二烯与DNA交联致癌机理的研究——代谢产物与鸟嘌呤反应及与DNA交联作用的AM1计算

采用AMI方法计算了环境致癌物1.2-环氧3,4-丁烯(EB)和1,2,3,4二环氧丁烷(DEB)与DNA鸟嘌呤反应过程速率控制步骤的活化能及DEB与DNA片段生成烷化交联产物的结构和能量、结果得出:用烷化反应的难易程度难以解释DEB的致突性比EB大100倍的实验事实;强致突的DEB可与鸟嘌吟发生两次烷化反应,生成DNA交联产物,交联后的DNA结构稳定、变形小:而EB则不能交联.这可能为两者基因毒性差异巨大的分子机制.     

养分(磷)吸收机理模型的应用研究──Ⅱ.模型参数的敏感性分析

采用Claassen的养分吸收机理模型探讨了玉米与大豆幼苗磷吸收过程中的参数敏感性,结果表明：在一般土壤与施肥条件下,玉米与大豆幼苗吸收磷的高度敏感性参数或重要限制因素为根系伸长速率与根半径;在相同土壤供磷条件下,供试大豆幼苗根系的磷摄取能力远低于玉米幼苗根系的磷摄取能力,其原因归结于两者在根系最大养分流Imax与根系伸长速率K两个敏感性参数上的差异;玉米与大豆幼苗磷吸收过程中三种根毛参数的敏感性均较低,这主要与土壤供磷水平较高有关;土壤含水量在玉米幼苗磷吸收过程中表现了极高的敏感性,当土壤含水量降低时,土壤养分供应参数对玉米幼苗磷吸收的敏感性与限制作用均增大。     

生态足迹分析法在生态持续发展定量研究中的应用--以南京市1998年的生态足迹计算为例

利用生态足迹分析方法计算了南京市1998年的生态足迹和生态承载力.认为南京市生态足迹需求对本地生态系统持续发展不构成威胁,但对全国或全球可持续发展造成负面影响.     

氨基葡聚糖的应用研究——氨基葡聚糖絮凝剂的性能

本文对氨基葡聚糖的絮凝特征作了研究,并与日本强阳离子型和弱阳离子型合成高分子絮凝剂及国产阴离子型合成高分子絮凝剂作了对比。实验结果表明,氨基葡聚糖属于弱阳离子型絮凝剂,但不易产生絮凝恶化现象。氨基葡聚糖无毒、无味,成本低廉;具有自由胺基,是一种很有发展前途的天然高分子絮凝剂,操作稳定性很好。适用于酸性和中性废水处理。     

养分(磷)吸收机理模型的应用研究──Ⅲ.定量评价适应机制对玉米与大豆幼苗P吸收的作用

采用Claassen的养分吸收机理模型定量评价了不同土壤条件下,机理模型中未考虑的其它适应机制对玉米与大豆幼苗P吸收的作用。结果表明：同样土壤养分胁迫条件下,供试玉米与大豆幼苗的其它适应机制对P吸收的贡献率分别为1/4与1/5;土壤养分胁迫、土壤水分胁迫、土壤供N形态、土壤性质及土壤供Ca水平或pH值对这一P吸收适应机制的作用程度均有一定的影响,土壤水分胁迫能明显加强这一适应机制对玉米幼苗P吸收的作用;粘质棕红壤上养分胁迫与水分胁迫同时作用时,这一适应机制对玉米幼苗P吸收的贡献率可达69％。     

氨基葡聚糖的应用研究——交联氨基葡聚糖树脂的制备及性能

本文介绍了制备交联氨基葡聚糖树脂的方法。从蟹壳提取的氨基葡聚糖,用Cu~(2 )离子将其螯合基团络合保护后,再用戊二醛交联,并在稀酸条件下将Cu~(2 )洗脱,得到螯合基团依然保留的交联氨基葡聚糖树脂。它对过渡金属有强的螯合作用,并具有弱碱性阴离子交换作用。其交联度为14％,对过渡金属离子的螯合容量以汞测定为2.50mmol/g,其阴离子交换容量以阴离子染料酸性红G测定为1.48mmol/g。它对酸碱稳定,通透性好,可以反复使用。     

绿色财富核算的理论方法及其应用研究——以神农架林区为例

提出了绿色财富核算的概念,对绿色财富核算的内容和范围进行了界定;在前人研究的基础上,对绿色财富各组成内容的核算方法进行了探索研究。以湖北省神农架林区为例,首次在国家区域层面对绿色财富进行了核算。研究结果表明:2004年神农架林区绿色财富总值为236.13亿元,自然资产总价值为46.91亿元,占整个绿色财富的比例为19.86%;生态服务功能总价值为189.23亿元,占整个绿色财富的比例为80.14%,生态服务功能价值高于自然资产价值约60个百分点;同时,神农架林区的绿色财富要远远高于物质财富,绿色财富大约是物质财富的4.6倍,高出物质财富约185亿元,绿色财富在总国民财富中发挥着重要作用。论文的研究方法和结论为国家自然保护区的生态补偿、财政转移支付、自然资源管理等政策的制定提供了定量分析基础。