海洋低氧区的微生物效应研究进展

低氧区（oxygen minimum zones,OMZs）是海洋中的溶解氧含量极低的一种特殊生境,广泛分布在世界各地的远洋或近海,低氧会对其生态系统功能以及沿岸的经济发展产生影响,严重时会引发物种灭绝。由于低氧使得该区域内几乎没有多细胞生物,其内部的元素循环几乎都是靠微生物驱动,微生物在其中的地位至关重要。本文首先简述了低氧区的形成机制以及影响低氧区形成与发展的因素,而后综述了其中的微生物为了适应环境变化而进化出独特的呼吸方式,低氧区对微生物最直接的影响,造成了微生物群落结构和功能活性不同于富氧环境,并将本部分归纳为微生物学效应。对低氧区微生物的研究复杂且具有挑战,但为我们更好地认识微生物在环境中的适应性、多样性和进化提供了特殊的通道,对于完善我们对生物地球化学循环的理解具有重要意义。     

典型光化学污染期间杭州大气挥发性有机物污染特征及反应活性

在2018年9月14～23日选取了典型光化学污染期间,在长三角重点城市杭州市城区开展大气中挥发性有机物(VOCs)的加密观测.对80个有效样品分析结果表明,观测期间大气VOCs的122种化合物平均体积分数为(59.5±19.8)×10~(-9),含氧化合物(OVOC)是其中最主要的组分.用臭氧生成潜势(OFP)评估大气反应活性结果表明,观测期间OFP平均值为145×10~(-9),其中贡献最大的是芳烃和醛酮化合物.其大气VOCs整体活性水平与丙烯腈相当.运用正交矩阵因子(PMF)模型对VOCs进行源解析后,识别出杭州市大气VOCs的5个主要污染源,分别为二次生成(25.2%)、燃烧及工艺过程(27.2%)、溶剂使用(17.3%)、天然源(9.2%)和机动车排放(21.2%).本研究结果可为深入掌握杭州市VOCs污染特征以及科学制定防控措施提供技术支撑.     

二氯苯醌对斑马鱼胚胎发育及超氧化物歧化酶的影响

2,6-二氯-1,4-苯醌（2,6-dichloro-1,4-benzoquinone,2,6-DCBQ）作为一种新型消毒副产物,因其高检出率及高含量的特点而备受人们关注.本研究以斑马鱼胚胎为实验材料探究了2,6-DCBQ的发育毒性.结果发现：斑马鱼胚胎在8~24 hpf（器官发育形成时期）对2,6-DCBQ暴露最为敏感,死亡率最高;2,6-DCBQ安全浓度为27.15 μg·L^-1,属于极度危险外源化学物.在本实验中,2,6-DCBQ对斑马鱼的生长没有显著影响,但高浓度（100和150 μg·L^-1）2,6-DCBQ会显著增加斑马鱼胚胎及仔鱼的畸形率.在实验过程中还发现,高浓度（≥ 80 μg·L^-1）2,6-DCBQ会明显抑制斑马鱼胚胎的心率.此外,≥ 30 μg·L^-1 2,6-DCBQ可提高超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase,SOD）的活性,并影响Cu/ZnSOD和MnSOD的正常转录.本研究较全面地探究了2,6-DCBQ对斑马鱼早期发育阶段的发育毒性,可为2,6-DCBQ的毒性研究提供可靠证据.     

硫酸亚铁和硝酸铁施用对根际土壤-水稻系统中镉运移的影响

我国稻田镉（Cd）污染治理刻不容缓.氮（N）、硫（S）和铁（Fe）的生物地球化学循环,以及Fe-N和Fe-S循环耦合体系,都与土壤-水稻系统中Cd运移密切相关.以N、S和Fe对水稻生长的营养供给为切入点,研发抑制稻米Cd累积的营养型阻控技术及产品,势必能为稻田Cd污染治理提供新的解决途径.本文在前期研究成果的基础上开展根际袋-盆栽试验,分析硫酸亚铁（FeSO₄）和硝酸铁［Fe（NO₃）₃］处理条件下根际土壤中Cd活性变化与水稻体内Cd转运规律,探索糙米Cd累积的影响因素及制约机制.结果表明,FeSO₄和Fe（NO₃）₃处理都显著减小了根际土壤中有效态Cd（NH₄Ac-Cd）含量,且前者减小的幅度（55.6%）小于后者（76.0%）;FeSO₄和Fe（NO₃）₃处理都明显改变了水稻体内Cd分布特征,但前者增大了糙米Cd含量（0.6mg ·kg^-1）,而后者却减小了糙米Cd含量（0.1mg ·kg^-1）.根表铁膜对Cd的吸附或与Cd共沉淀、水稻根、茎和叶对Cd的累积量增大以及根、茎和结节对Cd的转运能力增强,是导致FeSO₄处理中糙米Cd含量增大的重要原因;Fe（NO₃）₃处理中糙米Cd含量减小,则可归结为无定形铁矿物对Cd的吸附或与Cd共沉淀、铁硫化物与Cd共沉淀、茎和结节对Cd的累积量减小以及根、叶和结节对Cd的转运能力减弱.本研究成果将为后期营养型阻控产品及施用技术研发提供科学依据,并为我国稻田Cd污染治理提供重要参考.     

Cl-/PMS体系降解甲氧苄啶的效能与机理

采用氯离子（Cl^－）作为阴离子活化剂,活化单过硫酸氢钾（PMS）氧化降解甲氧苄啶（TMP）.研究了Cl^－/PMS体系降解TMP中起主要作用的活性物种,同时考察了Cl^－浓度、PMS投加量、初始pH值对降解效果的影响,并研根据中间产物推断了TMP降解路径.实验结果表明,Cl^－/PMS体系中的主要活性物种是Cl^－和PMS直接反应生成的活性氯.降解过程符合拟一级反应动力学模型（R²>0.99）;随着Cl^－浓度和PMS投加量增加,反应速率常数k_obs增大;初始pH范围在5.0~9.0范围内,随着pH值的增大,TMP的去除率先减小后增大;TMP主要经历了氯取代和羟基取代过程,其核心结构上没有实质性的分解.     

膜电解氢自养MBBR反应器深度转化水中高氯酸盐

建立膜电解电化学氢自养MBBR反应器（移动床生物膜反应器）用于去除水中高氯酸盐,微生物利用阴极电解产生的氢气将高氯酸根还原为氯离子,而后氯离子在阳极发生氧化析氯反应生成活性氯进一步提升出水水质,从而实现高氯酸根的深度转化.利用该反应器研究了高氯酸根的转化过程及相关影响因素,结果表明：进水ClO₄^-浓度为（4.98±0.091）mg/L,维持HRT（水力停留时间）为4h,施加电流由6mA增加至15mA,反应器对高氯酸根的去除率由（39.75±2.09）%增加至（98.99±0.05）%,总出水活性氯浓度由（0.057±0.003）mg/L增加至（0.070±0.002）mg/L,pH值稳定在7.96~8.11,浊度较低为（0.89±0.27）NTU.进一步增大施加电流（20mA）,导致阴极室溶液pH值超过9.5,进而影响微生物活性,去除率急剧下降至（30.75±1.19）%.利用扫描电子显微镜（SEM）观察反应器内微生物形貌,发现反应器内微生物均附着于填料表面,以短杆菌为主,增殖缓慢.运用高通量测序技术对接种及运行第24d的微生物群落结构展开分析.结果显示,反应器运行过程中,菌群多样性下降,Thauera菌属为主要的氢自养还原优势菌属,其丰度达到8.25%.     

南京市大气PM2.5无机组分及对A549细胞的毒性效应

为研究不同来源的大气颗粒物中PM_2.5对人体的健康毒性效应,于2016年1-3月在南京市交通源区、化工园区、生活区等代表性站点分别采集PM_2.5样品,分析其水溶性离子和金属元素含量,并以PM_2.5对人体肺上皮细胞A549染毒24 h,研究暴露于不同来源颗粒物后的细胞活性和氧化损伤程度.结果表明:交通源区和化工园区日均ρ（PM_2.5）远高于生活区,3个区域均含有大量二次污染物,其中SO₄2-、NO₃-和NH₄+占PM_2.5总离子质量的80.6%~85.0%.交通源区PM_2.5中w（Zn）较高,主要来源于燃料燃烧和柴油发动机排放;而化工园区PM_2.5中w（Cu）、w（Pb）和w（Mn）均高于其他站点.将PM_2.5染毒剂量设定为50、100、200、400 μg/mL,各站点颗粒物均显著抑制A549细胞的存活率,并呈剂量-效应关系,化工园区对细胞存活率的半抑制浓度（IC₅₀=229.1 μg/mL）最低,而在高暴露浓度（200 μg/mL）下化工园区诱导产生的活性氧（ROS）最少.因此,南京地区主要受二次污染影响,机动车污染正在加剧;化工园区的颗粒物具有较大的细胞毒性,而较低的氧化损伤程度可能与该站点颗粒物中较低的w（Zn）以及测试暴露时间有关.      

活性化合物热稳定性预测技术研究进展

为了研究活性化合物热稳定性预测技术,调研了国内外活性化合物热稳定性预测技术的发展情况,综述了活性化合物起始放热温度、分解热、自加速分解温度的预测方法,着重介绍了定量结构-性质相关性（QSPR）研究方法在热稳定性预测领域的应用情况,分析了活性化合物热稳定性预测早期研究情况。基于量子力学计算的QSPR研究情况、QSPR数据样本的选取、分子描述符的选取、QSPR建模方法的选择,提出了热稳定性QSPR预测领域中存在的问题,并对热稳定性QSPR预测技术未来的发展方向进行了展望。     

氮添加对亚热带森林土壤有机碳氮组分的影响

为了研究氮添加对森林土壤有机碳氮组分稳定性的影响,选取我国亚热带典型常绿阔叶林(浙江桂天然林和罗浮栲天然林)和针叶林(杉木人工林),开展为期5年的野外模拟氮沉降试验,分别设置对照〔0 kg/(hm2·a),以NH₄NO₃中的N计,下同〕、低氮〔75 kg/(hm2·a)〕和高氮〔150 kg/(hm2·a)〕3个氮添加水平,用H₂SO₄分2步酸水解获得LPⅠ(活性有机库Ⅰ)、LPⅡ(活性有机库Ⅱ)和RP(惰性有机库),定量研究土壤活性和惰性有机碳氮组分以及微生物生物量碳氮对氮添加的响应. 结果表明:氮添加仅对w(LPⅡ-C)(LPⅡ-C为活性有机碳Ⅱ)有显著影响,而对其他活性和惰性有机碳氮组分的影响不显著,并且对不同林分的影响存在差异. 与对照处理相比,低氮处理下浙江桂天然林、罗浮栲天然林和杉木人工林土壤w(LPⅡ-C)的增幅分别为15.3%、29.8%、68.8%;高氮处理下杉木人工林土壤w(LPⅠ-C)(LPⅠ-C为活性有机碳Ⅰ)、w(LPⅠ-N)(LPⅠ-N为活性有机氮Ⅰ)和w(RP-C)(RP-C为惰性有机碳)的增幅分别为32.4%、78.6%、28.7%;氮添加使得土壤w(SMB-C)(土壤微生物生物量碳)的增幅为18.1%~202.5%、w(SMB-N)(土壤微生物生物量氮)的增幅为0%~103.6%;在氮添加处理下,除杉木人工林土壤SMB-N/LPⅠ-N〔w(SMB-N)/w(LPⅠ-N)〕是随着氮添加水平的增加而降低外,微生物对其他林分土壤活性有机氮的利用均表现为随着氮添加水平的增加而增加. 研究显示,氮添加对阔叶林和针叶林土壤活性和惰性有机碳氮组分的影响存在差异,但差异不显著,这与它们归还土壤的凋落物性质差异有关,并且凋落物的分解差异也可能是影响土壤不同碳氮组分变化的原因.      

北京市城市河流中精神活性物质的污染水平及环境风险

为评价北京市城市河流地表水体中5种精神活性物质〔METH(甲基苯丙胺)、AMP(苯丙胺)、KET(氯胺酮)、EPH(麻黄碱)和HA(羟亚胺)〕的环境风险,通过对固相萃取柱(Oasis HLB、Oasis MCX、Oasis WAX和Oasis PRiME HLB)类型、水样酸化、洗脱剂类型及体积等条件的确定,建立了同时测定水环境中精神活性物质的固相萃取-液相色谱-质谱(SPE-LC-MS/MS)联用方法,并对北京市城市河流地表水体中5种精神活性物质的质量浓度水平进行了调查,采用RQ(风险熵)法进行了风险评价. 结果表明,在水样未酸化条件下,Oasis MCX柱对精神活性物质的回收率最高,使用含5%(V/V)氨水的甲醇作为洗脱液,5种精神活性物质的回收率可以达到81.8%~91.1%. 地表水水体基质加标结果表明,5种精神活性物质的加标回收率均大于75.5%,相对标准偏差均小于10.0%. 方法检出限为0.30~0.80 ng/L,定量限为1.00~2.68 ng/L. 北京市7条城市河流中5种精神活性物质的质量浓度在1.00~99.51 ng/L之间. EPH在所有采样点均被检出且质量浓度较高,ρ(EPH)平均值为22.79 ng/L;ρ(AMP)相对较低,在1.54~11.23 ng/L之间,但AMP检出率为97.06%;ρ(METH)较高,平均值为14.63 ng/L,最高值(99.51 ng/L)出现在坝河. 研究显示,北京市地表水中5种精神活性物质的RQ均小于0.1,表明其可能的环境风险较低,但由于精神活性物质本身具有生物活性,它们对城市河流水生生态系统产生的潜在危害不容忽视.