蛋白组学技术的发展及在水生态毒理学中的应用

作为后基因组时代重要的研究工具,蛋白组学技术的发展对水生态毒理学研究产生了巨大的促进作用。对近年来应用于水生态毒理学研究中的蛋白组学技术的发展历程和应用现状进行了全面的阐述。从蛋白提取、蛋白分离和鉴定、蛋白定量等方面对蛋白组学研究技术的发展进行了系统的介绍,重点介绍和比较了蛋白分离和鉴定技术中的基于胶的技术和非胶技术。在简介蛋白组学技术发展的基础上,以蛋白的识别和定量,特定功能蛋白的研究,蛋白相互作用研究这3个蛋白组学的研究方向为切入点,详细阐述了各类技术在水生态毒理学研究中的应用,如蛋白组学在阐明各种污染物对水生生物的毒性作用机制方面的应用,以及在水体污染状况的监测和评价方面的应用等。最后,指出了目前蛋白组学研究的不足,并有针对性地提出了水生态毒理学研究中蛋白组学的发展方向。     

碲化镉量子点Cd~(2+)释放对小鼠肝、肾组织毒作用的研究

探讨碲化镉量子点(cadmium telluride quantum dots,Cd Te QDs)Cd2+释放与其体内毒性之间的关系。将24只雄性ICR小鼠(24.7~26.8g)随机分为4组,每组6只,分别为0 nmol组(对照组)、5 nmol染毒组、50 nmol染毒组和500 nmol染毒组(以Cd2+的摩尔浓度计算)。采用尾静脉注射方式进行染毒,染毒组注射0.15 ml不同浓度的Cd Te QDs溶液,对照组注射同等体积的生理盐水。染毒24h后小鼠脱臼处死,计算脏器系数,进行血常规和血清生化指标分析以及肝、肾组织的病理组织学检查。选取金属硫蛋白(metallothionein,MT)作为生物体内游离Cd2+水平的生物标志物,通过酶联免疫吸附实验(ELISA)和免疫组织化学技术检测小鼠肝、肾组织中的MT水平。结果表明,各染毒组小鼠肝、肾脏器系数与对照组相比,差异无统计学意义(P0.05),尿素氮水平与对照组相比显著降低(P0.01)。随着染毒剂量增加,小鼠肝、肾组织病理改变逐渐加重,肝细胞可见不同程度的水性样变和肿胀;肾小管管腔水肿、肾上皮细胞水样变性,以及远曲小管水肿。染毒组小鼠肝、肾组织中MT的含量与对照组相比明显升高(P0.05),且随着染毒剂量增加MT表达增强。研究结果提示,Cd Te QDs对小鼠肝、肾组织具有一定的毒作用,其毒作用大小与Cd Te QDs降解释放的游离Cd2+含量呈正相关。     

钝化剂对轻中度镉污染农田的安全利用效果

为研究酸性镉（Cd）污染土壤安全利用问题,以陕西商洛轻中度Cd污染农田为研究对象,分别施加生石灰、生物炭和钙镁磷肥,通过小麦-玉米轮作试验,探究不同用量钝化剂对Cd污染土壤的安全利用效果,筛选出最佳的钝化剂配比.结果表明：①通过钝化剂的施加,能不同程度地改善土壤质量.②施用钝化剂后,小麦和玉米的籽粒产量均有不同程度地提高.③3种钝化剂可有效地提升土壤pH值和降低土壤有效态Cd含量,生石灰2 340 kg·hm^-2（C3）处理效果最佳,分别增加小麦和玉米土壤pH 1.453和1.717单位,减少有效态Cd含量34.38%和30.20%.④施加生物炭1 800 kg·hm^-2（B2）处理对降低小麦根系、秸秆和籽粒Cd含量效果最好,较CK分别显著降低了53.60%、38.86%和52.96%,其小麦籽粒ω（Cd）降低至0.09 mg·kg^-1,低于《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762-2017）中规定的小麦Cd限量值（0.1 mg·kg^-1）;施加生物炭1 260 kg·hm^-2（B1）处理对降低玉米根系、秸秆和籽粒Cd含量综合效果最佳,较CK分别显著降低43.74%、53.20%和94.57%,其玉米籽粒ω（Cd）降低至0.001 9 mg·kg^-1,远低于《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762-2017）中规定的玉米Cd限量值（0.1 mg·kg^-1）.因此,在田间试验条件下,综合考虑各项指标的影响,生物炭在轻中度Cd污染的小麦-玉米轮作区农田土壤效果最好.     

根施伯克氏菌对小麦镉吸收转运的两段式阻控作用

为评估将伯克氏菌Y4（Burkholderia sp.Y4）作为污染农田小麦降镉（Cd）菌的可行性,通过微生物高通量测序、土壤Cd逐级提取、小麦Cd亚细胞分布和赋存形态检测等手段,分析了菌株Y4处理下根际土壤微生物群落和Cd有效态变化,以及小麦根、基节、节间和籽粒Cd含量及其转运特征.结果表明,根施菌株Y4显著降低了小麦根部和籽粒Cd含量,与对照处理相比降幅分别为7.7%和30.3%.小麦营养器官Cd含量及Cd转移因子结果显示,菌株Y4处理使Cd从基节向节间的转移因子降低79.3%,小麦节间Cd含量也随之降低50.9%.Cd赋存形态研究发现,菌株Y4处理增加了根和基节中残渣态Cd占比,降低了根系中无机态和水溶态Cd的含量,并提高了基节中残渣态Cd含量.进一步检测Cd的亚细胞分布发现,根细胞壁和基节细胞液中Cd含量增幅分别达21.3%和98.2%,可见菌株Y4处理提高了根细胞壁和基节细胞液对Cd的固定能力.深入研究根际土壤发现,菌株Y4处理使小麦成熟期根际伯克氏菌的相对丰度由9.6%提高至11.5%,并改变了土著微生物的群落结构,提高了Gemmatimonadales、Pseudomonadales和Chitinophagales等相对丰度,并降低了Acidobacteriota等相对丰度.同时,施加菌株Y4提高了根际土pH值,增幅达8.3%;降低了土壤中的可交换态Cd、碳酸盐结合态Cd和铁锰氧化物结合态Cd含量,其降幅分别达44.4%、21.7%和15.9%,而残渣态Cd比例高达53.6%.根施菌株Y4提高了土壤中硝态氮和铵态氮的含量,增幅可达22.0%和21.4%,并且碱解氮含量也有一定程度提高.由此可见,根施菌株Y4不但提高了土壤氮素可利用性,同时能够通过降低根际土壤中Cd有效性、提高小麦根和基节的Cd拦截固定能力,“两段式”阻控污染土壤中Cd向小麦籽粒的转运积累.故伯克氏菌Y4作为小麦降Cd促生菌剂具有一定的应用潜力.     

镧对酸雨胁迫下水稻种子可溶性蛋白和脯氨酸含量的影响

分别采用pH值为2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,4.5和5.0的模拟酸雨和La(浓度为1mg·l-1)处理水稻种子,测定不同酸雨胁迫下La对水稻种子可溶性蛋白和脯氨酸含量的影响,结果表明,当酸雨胁迫7d时,随胁迫强度的增加(pH5.0-2.0),可溶性蛋白含量逐渐降低,而脯氨酸含量逐渐升高.La可缓解pH5.0-3.0胁迫的伤害;但对pH2.5-2.0无明显防御作用.pH4.0时,解除酸雨胁迫(t=5d,3d)后可溶性蛋白含量即时提升(第6天和第4天),La处理亦可提高可溶性蛋白含量,对脯氨酸含量均无明显影响,pH2.5处理过长时(t≥5d),对水稻种子造成不可逆伤害,可溶性蛋白含量小于对照,而脯氨酸含量大于对照,La处理无明显效应;当酸雨处理3d时,可溶性蛋白与脯氨酸含量均显著大于对照,经La处理后均有所提高,表明La丑对酸雨胁迫下水稻种子萌发有一定防御作用.     

不同外源条件下稀土在小麦植株中的残留

采集了全国14个稀土施用区3种不同施用条件（土施、喷施、拌种）下的成熟小麦样品及未施用稀土对照样品，利用等离子体质谱法（ICP－MS）测定了小麦植株的根、茎、叶及籽粒中14种稀土元素的含量。分别探讨了不同外源下小麦植株各部位稀土元素的含量及分布特征，并与有关文献中的报道进行了对比。研究结果表明，土施和拌种的小麦各部位没有发现明显残留，施用样各部位稀土总量比对照样增加约5％－10％，其分布模式与土壤类似；喷施的小麦样品的根、茎、叶中稀土残留严重，其含量比对照样高一个数量级，其分布模式与土壤及对照完全不同，表现为轻稀土更富集；3种施用方法的小麦籽粒中稀土残留均不明显。     

G蛋白偶联雌激素受体1介导的环境雌激素效应研究进展

环境雌激素进入生物体后,可通过多种方式介导发挥类似内源雌激素的作用,干扰生物体的正常功能,进而对生物体产生毒害作用。其中,基因组方式介导的雌激素效应主要通过与细胞核内的雌激素受体(如ERα和ERβ)结合;而非基因组方式介导的雌激素效应则主要通过与膜雌激素受体结合从而发挥作用。近年来对G蛋白偶联雌激素受体1(GPER1)的研究表明,该受体是区别于雌激素核受体的膜雌激素受体,可单独介导雌激素诱发的非基因组方式雌激素效应,然而目前对其介导的雌激素效应机制研究并不完善。综上,本文结合近年来对GPER1的研究进展,从该受体的发现、特性以及其介导的雌激素效应和相关通路进行了综述。     

重金属Cd、Pb对褐菖鲉肝脏组织中HSPs基因表达的影响

为了解重金属污染对海洋鱼类热休克蛋白(HSPs)基因表达的影响,将褐菖鲉(Sebastiscus marmoratus)分别暴露于1.6、8、40、200、500μg·L~(-1)Cd、Pb溶液中,用环介导等温扩增技术(loop-mediated isothermal amplification,LAM P)定量检测褐菖鲉肝脏HSP60、HSP70、HSP90、HSC70 mRNA表达量。结果表明:Pb仅在40μg·L-1时显著抑制HSP60、HSP90、HSC70 mRNA表达量,8μg·L~(-1)时即可显著抑制HSP70 m RNA表达量,并在40μg·L~(-1)时达到最小值;Cd对HSP60、HSP90、HSC70的诱导不明显,但能显著诱导HSP70,并在500μg·L~(-1)时达到最大值。相比之下,褐菖鲉肝HSP70基因对重金属Cd、Pb污染较为敏感,有潜力成为监测海洋重金属污染的预警分子。     

机体细胞镉摄入离子转运通道研究进展

镉是人体非必需金属离子,长期镉暴露易引发镉中毒。机体内没有负责镉转运的特定载体,镉可通过必需金属离子转运载体进入机体细胞。机体内能够转运镉的载体有多种,主要包括铁的转运载体二价金属离子转运蛋白1(DMT1)、钙离子通道(电压门控钙通道(VGCC)、瞬时感受器电位(TRP)和钙库调控的钙通道(SOC))以及锌铁调控蛋白ZIP家族中的ZIP8和ZIP14等,且不同的机体细胞镉吸收所需转运载体不同。转运载体对镉离子的转运符合米氏方程,不同载体调节镉吸收的米氏常数Km值不同。机体细胞镉的吸收是个复杂的过程,通常存在着多种转运载体的交互作用,机体细胞可根据环境变化而选择镉的转运载体。对镉的生理毒性,以及细胞镉吸收常用的转运载体类型加以阐述,并分析了不同机体细胞镉吸收的可能转运载体,以期为后续探究机体细胞镉吸收具体分子机制提供理论指导。     

小麦根系菲与磷吸收及转运的相互作用

作物根系对多环芳烃(PAHs)与磷吸收及转运之间的相互作用研究对农产品的安全生产和PAHs污染环境植物修复的强化具有重要意义。为此,本文以菲为PAHs的代表,采用水培试验研究了不同磷、菲水平下小麦根系菲、磷吸收及其转运的效果,旨在揭示植物根系吸收PAHs与磷素的相互作用。结果表明,在0~1 200μmol·L~(-1)磷浓度范围内,小麦根系、茎叶菲含量在低磷浓度(10μmol·L~(-1))时最高,分别为36.87 mg·kg~(-1)和2.07 mg·kg~(-1);磷含量总体呈现随磷处理浓度的升高而增大的趋势;成对数据t-检验显示无论加菲与否,根系、茎叶磷含量无显著性差异(P0.05)。磷可促进菲从根部向地上部转运,而菲对磷转运没有显著性影响。在低磷浓度下(10μmol·L~(-1)),随着菲浓度的升高,小麦根系、茎叶菲含量呈现显著升高趋势(P0.05)。磷、菲共存处理介质pH升高幅度大于单一处理。