同步辐射技术在环境纳米金属组学研究中的应用

随着我国工业的发展,在工业产值不断提升的同时,向环境中释放出的各类污染物也逐渐增加,其中包括多种金属纳米颗粒物。这些金属纳米颗粒物进入大气、水源及土壤中,累积到一定程度引起环境安全问题;进一步可被动植物所吸收,经过食物链富集和传递,造成直接或间接人体暴露,危害人体健康。环境纳米金属组学,研究的范畴主要涉及自然或人为因素产生的金属纳米颗粒在环境介质和生物有机体中的生物/化学行为、转化归趋,并且据此评价金属纳米颗粒物的环境安全性及其生物健康效应。随着对金属纳米颗粒环境效应研究的不断深入,对传统的研究方法提出了更多的挑战。同步辐射具有高亮度、高准直和宽频谱等特性,在金属元素分析方面具有无可比拟的优势。本文主要介绍了同步辐射技术,如同步辐射X射线荧光分析技术(SR-XRF)和同步辐射X射线吸收光谱技术(SR-XAS)等,在金属纳米颗粒物的环境行为及其生物健康效应研究中的应用;结合本实验室及国内外的一些研究工作,阐述了同步辐射技术应用于环境纳米金属组学研究领域所取得的一些新进展,以期为拓展同步辐射技术在环境金属纳米颗粒物分析的应用研究提供参考价值。     

不同水分管理下施用尿素对土壤镉污染钝化修复效应及微生物结构与分布影响

通过水稻盆栽实验,开展了全生育期淹水灌溉和湿润灌溉二种水分管理模式条件下,施用不同量尿素对土壤镉污染钝化修复效应及微生物结构与分布影响研究.结果表明,海泡石钝化修复下,淹水灌溉和湿润灌溉处理时,施用不同量尿素对土壤中0.025 mol·L-1HCl浸提态Cd含量无明显影响;但二乙基三胺五乙酸浸提态Cd含量均显著性降低.与海泡石单一钝化处理相比,淹水灌溉和湿润灌溉下海泡石钝化处理时,施用不同量尿素可使水稻根系铁氧化物胶膜中的Fe含量分别降低39.61%—55.59%和22.51%—53.63%.淹水管理下施用尿素对水稻根膜吸附土壤中Cd有抑制作用,而湿润管理下施用尿素对水稻根膜吸附土壤中Cd有激活作用.淹水灌溉和湿润灌溉下海泡石钝化处理时,施用不同量尿素可使水稻根系中的Cd含量分别增加36.11%—71.30%和58.20%—89.42%,水稻根系中还原型谷胱甘肽活性则分别降低30.82%—41.97%和13.47%—62.36%.淹水灌溉下海泡石钝化处理时,施用不同量尿素可以降低水稻根系中非蛋白巯基化合物含量,降幅可达13.02%—29.54%;但在湿润灌溉下海泡石钝化处理时并无明显影响.与海泡石单一钝化处理相比,淹水灌溉下钝化处理时,施用低量尿素和中量尿素时可使糙米中Cd含量分别增加28.89%和8.89%,而施用高量尿素时则使糙米中Cd含量降低22.22%;湿润灌溉下钝化处理时,施用低量尿素、中量尿素和高量尿素时糙米Cd含量与海泡石单一处理间并无明显差异.土壤微生物的非加权组平均法和主成分分析表明,实验条件下的钝化处理不会对土壤中微生物的结构与分布产生明显影响.     

北京市春夏挥发性有机物的污染特征及源解析

2017年4月-7月期间对北京北五环附近大气中的挥发性有机物（VOCs）进行观测研究,并利用主成分分析/绝对主因子得分受体模型对VOCs进行源解析,同时结合气象数据推判污染源分布.结果表明,观测期间VOCs主要有烷烃、烯烃、芳香烃、卤代烃和含氧烃等.源解析的结果表明,VOCs来源于燃料挥发、汽车尾气排放、溶剂挥发、单一的溶剂使用、工业排放和干洗六种污染源.其中汽车尾气排放、燃料挥发和溶剂挥发共占所有污染源的73%,是主要的污染源.观测期间污染物的高值区主要分布于观测点南部,而无具体污染源的污染物则可能受气象等因素的影响而更广泛地分布在观测点周围.     

珠江口海域3种重要有害藻类的溶血毒性研究

从珠江口海域分离、鉴定出3种重要有害藻类小普林藻JX12 (Prymnesium parvum)、剧毒卡尔藻JX24 (Karlodinium veneficum)、红色赤潮藻JX14 (Akashiwo sanguinea),在实验室条件下研究了不同反应温度和pH值对小普林藻溶血活性的影响,在此基础上对海洋微藻溶血活性的测定方法进行了优化,并进一步分析比较了不同藻株以及不同生长时期溶血毒性的变化特征。研究结果显示,在实验温度范围内 (4～50 ℃),小普林藻的溶血活性随温度的升高而增大,37 °С为其最佳反应温度,pH 8和50 min为其最佳反应条件。不同生长时期的小普林藻溶血毒性具有显著差异,对数期溶血活性(5.67×10^-7 HU·cell^-1)显著高于稳定期 (2.32×10^-7 HU·cell^-1)和衰亡期 (3.40×10^-7 HU·cell^-1)。分离自珠江口海域的3种微藻均检测出溶血毒性,单个细胞溶血活性由强到弱分别为红色赤潮藻 (976.20×10-7 ^-7 HU·cell^-1)、小普林藻 (5.67×10-7 ^-7 HU·cell^-1)、剧毒卡尔藻 (2.58×10^-7 HU·cell^-1)。值得注意的是,红色赤潮藻中国株JX14的单位细胞溶血活性显著高于美国株AS2,是后者的2倍以上。本研究首次确认珠江口海域红色赤潮藻、小普林藻和剧毒卡尔藻均具有较强的溶血毒性,这些有害藻类一旦形成赤潮可能对河口生态系统安全以及水产养殖业造成严重危害。     

微塑料与有机污染物的相互作用研究进展

微塑料(粒径小于5 mm的塑料)作为海洋中一种新型的污染物正受到越来越多的关注。微塑料在全球多个海域均有检出,根据其来源分为原生微塑料和次生微塑料。原生微塑料由人工直接制造所得,常见于日常生活用品中;次生微塑料由大块塑料制品长期风化、磨损和光解形成。塑料自身含有多种有机添加剂,不断向环境中释放,污染海洋环境;微塑料表面还可吸附有机污染物,此吸附作用受两者的物理化学性质和环境条件影响,吸附污染物后的微塑料生物毒性增强。另外,聚合物复合光催化材料可加快有机污染物如染料的光降解反应速率,因而微塑料可能会促进有机污染物的光解。针对目前微塑料对有机物光降解的贡献、机理鲜见研究的问题,未来应加强以下3方面的研究：(1)微塑料对不同有机污染物光降解是否存在影响？(2)微塑料类型、尺寸以及反应条件对有机污染物光降解如何影响？(3)微塑料对有机污染物光降解影响的内在机制是什么？     

大气中黑碳的健康效应及机制研究进展

虽然人类社会不断进步发展,但大量工业和自然排放也导致了严重的空气污染。大气颗粒物是大气污染物的主要成分之一,黑碳是其中的重要组成成分,被国际癌症研究机构(IARC)归类为2B类致癌物。黑碳可以吸附其他致癌物质,会对环境和人体健康产生不利影响,因此黑碳暴露对人类的危害得到越来越多的重视。空气中黑碳的水平与心血管、呼吸和神经系统疾病的发生都有关系;黑碳主要通过引起氧化应激和炎症反应,诱发基因突变等一系列损伤。虽然现今对于黑碳健康效应的研究已取得了一些进展,但研究多数处于起步阶段,且仅针对黑碳本身进行单独研究,未来还需要加强开展对黑碳和其他污染物联合毒性效应及机制的研究。本综述主要针对近年来已开展的研究进行了总结归纳。     

百草枯急性暴露对肝细胞L-O2的毒理研究

百草枯(paraquat, PQ)是目前农业生产上使用较为广泛的除草剂,PQ毒性极大,能造成人和动物多器官损伤。因肝脏是主要的受损器官之一,故以肝细胞L-O2为研究对象,探讨PQ急性暴露对肝细胞产生的毒理影响。结果显示在40~640 μmol·L^-1暴露浓度下作用24 h,PQ显著抑制肝细胞L-O2的增殖活性(P<0.01),半抑制浓度(IC₅₀)为263.2 μmol·L^-1。将肝细胞L-O2暴露于不同浓度的PQ(60、120、180和250 μmol·L^-1),作用24 h后,与对照组相比,PQ暴露组的活性氧(ROS)累积和细胞凋亡率都表现出明显的浓度依赖性升高(P<0.01;P<0.05),细胞周期阻滞在S期。Western blot结果显示,除60 μmol·L^-1外的其他暴露组中活化的胱天蛋白酶9(caspase-9)表达显著上调,Bax和Bcl-2的比值显著增大,提示细胞凋亡机制可能与内源性线粒体通路的激活有关。此外,碳酸酐酶9(CA9)mRNA表达显著升高,提示PQ暴露下可能引起酸性代谢产物出现,对细胞产生酸毒害,但其内在的机制还需进一步研究。     

磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯导致小鼠神经毒性结局的潜在靶点研究

磷酸三（1,3-二氯-2-丙基）酯（TDCPP）在环境介质及生物样本中被广泛检出,为探究TDCPP的潜在神经毒性以及作用机制,以C57BL/6小鼠为动物模型,考察经300 mg·kg^-1·d^-1的TDCPP持续染毒35 d后,小鼠大脑皮层神经功能相关因子及血清代谢组学的变化。结果显示,小鼠在TDCPP染毒35 d后,大脑皮层中5-羟色胺（5-HT）含量和乙酰胆碱酯酶（AChE）活性无显著变化（P>0.05）,而促炎性细胞因子白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）及胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）基因表达水平显著上调（P<0.05）,神经营养因子-3（Ntf3）基因表达水平显著下调（P<0.05）;同时,TDCPP染毒显著干扰了小鼠的代谢过程,引起异亮氨酸、谷氨酸、甘氨酸和β-葡萄糖等多种神经性疾病相关生物标志物的改变,以及氨基酸代谢、糖类代谢和脂质代谢紊乱。研究结果表明,TDCPP的神经毒性效应与神经炎症和神经元损伤相关因子转录水平改变,以及代谢失衡引起的信号紊乱有关。     

内分泌干扰物对机体脂质代谢的影响及其机制研究进展

近年来许多动物实验研究表明,内分泌干扰物（endocrine disrupting chemicals,EDCs）暴露除了会损伤生殖、免疫和神经系统等,还能够干扰脂质代谢,增加肥胖、非酒精性脂肪肝和高脂血症等疾病的发病风险。笔者总结了多种EDCs对不同动物模型（哺乳动物、硬骨鱼类、两栖动物）脂质代谢的影响,主要包括促进哺乳动物脂肪细胞分化、脂质蓄积和促进肥胖的表观遗传跨代继承,促进硬骨鱼类脂肪从头合成和脂质蓄积,破坏两栖动物的脂质平衡;并从4个方面综述了EDCs影响脂质代谢的作用机制,包括（1）影响转录因子的表达,从而影响脂质代谢相关酶和蛋白的表达水平;（2）影响调控昼夜节律的时钟基因的活性继而诱导脂质蓄积;（3）影响内源性大麻素和大麻素受体的表达从而改变瘦素或脂肪肝信号神经肽Y的表达;（4）影响表观遗传修饰继而影响脂质代谢相关酶、转录因子和脂肪细胞因子的表达。最后,提出今后研究需关注新型EDCs对脂质代谢的影响,同时应深入研究昼夜节律、内源性大麻素系统和表观遗传修饰等不同途径之间的交叉作用,以更好地了解EDCs通过以上机制影响脂质代谢的过程。     

城市污水雌激素活性研究进展——毒性评估、致毒物解析及毒性削减

城市污水成分复杂,含有多种有毒有害物质,使其能对生物体产生各种不良生物效应,其中,内分泌干扰物,尤其是雌激素类物质以及具有雌激素活性的污染物,因能影响生物的生殖系统并造成受纳水体鱼类性别转变等危害而备受关注,城市污水的雌激素活性也一直是污水处理领域的研究热点。当前,城市污水回用是缓解全球水资源危机的重要途径之一,在此背景下开展污水雌激素活性毒性评估、致毒物解析及毒性削减研究对于保障其回用过程中的安全性至关重要。笔者围绕这一条研究主线,以城市污水为研究对象,对污水雌激素活性表征方法、雌激素活性关键致毒物解析以及污水处理过程中雌激素活性削减的相关研究成果进行回顾和总结,为今后城市污水安全排放和回用提供参考。