大数据挖掘和机器学习在毒理学中的应用

随着高通量筛选技术的快速发展,化学品的毒性相关信息与日俱增。现今快速发展的数据挖掘技术和机器学习等计算机方法为化学品的毒性预测和风险防控提供了新途径。有害结局路径(adverse outcome pathway, AOP)将化合物的结构、分子启动事件和生物的有害结局建立关联,为污染物的毒性测试、预测和评估提供了新的模式,最终实现风险评估并应用于管理决策。定量结构-活性关系(QSAR)建模、分子模拟以及多组学技术在AOP的各个方面发挥了重要作用。基于此,本综述主要介绍数据挖掘与机器学习在毒理学中的应用方法,涉及QSAR建模、分子模拟及组学等方面,并结合实例分析系统阐述了当前研究的重点与方向,以更好地适应当前大数据时代的研究背景。     

基于泥质的污泥脱水策略与数学模型构建研究

本研究以无锡市A~2O-MBR(Anaeroxic Anoxic Oxic-Membrane Bio-Reactor,A~2O-MBR)工艺、CAST(Cyclic Activated Sludge System,CAST)工艺和氧化沟工艺3种不同工艺的污泥泥质为对象,通过试验测定7种污泥泥质参数,分析不同污泥泥质参数间相关性.并通过主成分分析发现含固率、胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)蛋白质和多糖是影响污泥脱水性能的主要因素.通过均匀设计实验探究不同药剂投配比对污泥毛细吸水时间及有机物含量的影响,并采用统计分析软件(Statistical Product and Service Solutions,SPSS)构建污泥脱水药剂线性回归模型,得到线性方程:含固率=2.5049-0.0261X_1-2.28×10~(-3)X_2;有机物=40.5728-0.1894X_1+0.2264X_2.通过验证试验发现,此线性方程残差低于3.0,可用于指导实际工程中药剂投配比.     

遗传算法在多目标土地利用规划中的应用

在建立和求解多目标土地利用规划模型过程中，采用遗传算法并结合多目标模糊优选理论处理多目标土地利用结构优化问题。其详细步骤为：在分析区域特征基础上构建时间序列；通过现状分析设置土地利用类型决策变量、确定优化目标和约束条件。构建土地利用结构多目标优化模型；用灰色GM（1，1）预测模型对土地利用结构优化多目标模型参数进行预测；用遗传算法多目标优化方法对土地利用结构优化模型求解得pareto解集；最后运用多目标模糊动态优选方法对规划期内各时间段的pareto解集进行模糊动态优选，以最大优属度判定原则确定出最优决策序列。自贡实例表明，该方法有助于解决多目标协调问题，通过遗传算法避免了人为偏好权重的主观性，并通过提供多方案选择性，从而使规划更具灵活性，同时又便于充分吸纳公众参与，减少规划中的不确定性，增加规划的科学性、现实性和可操作性。     

我国主要河流中3种氯酚混合物的生态风险评价

氯酚类化合物是我国河流中广泛存在的一类优先控制污染物. 利用基于相似作用模式的混合物风险商（RQ_m）的方法,对我国主要河流中五氯酚、2,4-二氯酚和2,4,6-三氯酚组成的混合物进行了生态风险评价. 结果表明:我国河流中3种氯酚化合物的RQ_m均小于1. 黄河中3种氯酚化合物的RQ_m最高为0.377,长江、珠江、淮河和松花江中3种氯酚化合物的RQ_m分别为0.055、0.039、0.035和0.010,其他河流的RQ_m均小于0010. 整体上看,我国北部河流3种氯酚化合物的RQ_m比南部河流高.      

美欧中印“国家自主贡献”目标的力度和公平性评估

基于气候公平的不同原则,采用动态的衡量指标,建立了公平分配未来碳排放空间的综合性框架,计算了基数、平等、能力、责任和混合方案下2010~2100年全球累积碳排放配额的地区分布,并评估了美欧中印“国家自主贡献（Intended Nationally Determined Contribution,INDC）”目标的力度,提出了各国减排目标力度应当增加的程度.结果表明：美欧中印总体的INDC力度离实现2℃目标仍有差距,不同方案下的排放差距为8.0~9.6Gt CO₂,超出2030年2℃目标下全球排放的比例为20%~24%.在各自最为有利的方案下,中印能满足实现2℃目标的公平分配方案的低限要求.而在所有方案下美欧距离实现2℃目标的公平分配要求均有差距,需要进一步提高力度.公平指标的动态和静态衡量方法,以及历史责任计量起始年的选取,对公平分配的结果影响很大.     

根表铁膜对水稻吸收转运稀土元素Ce的影响

采用溶液培养的方法探讨根表铁膜形成对水稻吸收积累和转运稀土元素Ce的影响。结果表明,Ce污染胁迫可抑制水稻根表铁膜的形成,根表铁膜吸附的Ce量随着溶液中Ce浓度的提高而增加。根表铁膜形成可降低水稻根系但提高水稻茎叶对Ce的吸收积累。当溶液中Ce浓度为0.1、0.5和1.0 mmol·L~(-1)时,铁膜诱导组水稻根系Ce含量分别比非诱导组水稻根系Ce含量降低38.60%、45.94%和32.75%,诱导组水稻茎叶Ce含量分别比非诱导组水稻茎叶Ce含量提高42.37%、28.87%和22.62%。根表铁膜形成可影响Ce在水稻植株中的富集和转运能力。非诱导组水稻根系富集Ce的能力远大于茎叶。诱导组水稻根系对Ce的富集能力最强,其次是根表铁膜,最后是水稻茎叶。诱导组水稻根系Ce转运系数显著大于非诱导组的根系,说明根表铁膜形成可促进水稻根部Ce向茎叶中转运。可见,根表铁膜对水稻吸收转运稀土元素的影响机理比较复杂。     

醋酸铅对大鼠胰岛瘤细胞INS-1自噬与凋亡的影响

为了研究环境中常见重金属污染物铅对大鼠胰岛瘤细胞INS-1自噬与凋亡的影响及其可能的分子机制,使用不同浓度醋酸铅暴露大鼠胰岛瘤细胞INS-1,利用磺酰罗丹明B(sulforhodamine B,SRB)法检测细胞存活率;Western blot法检测不同浓度醋酸铅对细胞中自噬与凋亡标志蛋白及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信号通路标志分子表达的影响;利用活性氧(reactive oxygen species,ROS)试剂盒检测细胞内ROS水平;用ROS清除剂N-乙酰-L-半胱氨酸(N-acetylcysteine,NAC)预处理细胞,检测醋酸铅引起的细胞自噬与凋亡是否受到影响。使用统计学软件SPSS 17.0对数据进行统计学分析后,与对照组相比,醋酸铅导致INS-1细胞的存活率下降(p0.05),且呈时间-剂量依赖性;随醋酸铅浓度增大,自噬和凋亡标志蛋白表达增加,mTOR信号途径标志分子没有明显变化;NAC预处理后醋酸铅引起的细胞自噬和凋亡减少。实验结果表明,醋酸铅可通过mTOR-非依赖途径诱导INS-1细胞的自噬与凋亡,其可能机制为刺激细胞内ROS的产生。     

河北省衡水湖沉积物中汞的分布特征及生态风险

衡水湖是华北平原上第一个国家级内陆淡水湖泊湿地类型的自然保护区,为了解衡水湖沉积物中汞的分布特征及生态风险,于2013年8月在衡水湖采集了5根柱状沉积物,对其中的总汞、甲基汞、孔隙水溶解态汞、有机质、pH以及含水率进行了分析。结果表明,衡水湖沉积物中总汞的平均含量为22.5 ng·g-1,低于全国及河北省表层土壤背景值。但表层沉积物汞含量明显高于底层,说明近年来的外源汞输入对湖泊汞负荷产生了一定影响,且靠近湖泊东部106国道的采样点汞含量明显高于湖泊中西部的采样点,暗示交通运输等人为活动是该湖泊的一个重要汞输入源。利用潜在生态危害指数法进行评估,显示汞的生态风险较低,说明现阶段衡水湖的沉积物汞浓度不会对生态环境产生不利影响。     

沈阳沈抚灌区上游土壤石油烃污染残留调查及现状评价

以沈阳沈抚灌区上游指定区域为研究对象,监测分析了停灌十多年来土壤中石油烃污染残留状况;采用单项污染指数法和综合污染指数法评价了采样区域的土壤中石油烃污染现状,同时运用Arcgis软件分析绘制了采样区的单项污染指数分布图。结果表明:采样区域石油烃存在残留和污染现象,按照单项污染指数评价,60%的行政村土壤属于高污染级以上。按照综合污染指数评价,80%的行政村土壤属于重污染级。污染指数分布图显示,离主干灌渠的源头越近,污染越严重。对于土壤石油烃修复效果,旱田作业要好于水田作业。     

典型抗生素二元混合物对明亮发光杆菌的急性联合毒性

以明亮发光杆菌作为受试生物,测定了不同类型抗生素的二元混合物对明亮发光杆菌的等比急性联合毒性.结果表明,4类抗生素对明亮发光杆菌二元等比急性联合毒性主要呈加和效应及拮抗效应.本研究可为水体中抗生素的联合生态风险评价和修复提供理论依据.