根际化学与生物多样性的表征方法:组学技术的机遇与挑战

根际是联结植物、土壤和微生物的重要界面,是化学与生物过程耦合最活跃的区域.根际环境影响土壤中有机和无机污染物的行为,而研究方法的完善与提升有助于阐释根际中复杂的过程与作用机制.本文从传统的化学和生物学方法到新兴的组学技术对根际科学的方法学研究进展进行了综述,重点讨论了当今组学技术在根际研究中应用机遇与挑战,同时展望了今后需要关注的科学问题.根际化学组分的传统分析方法涵盖了光谱、色谱、质谱和色质联用等技术,主要聚焦于低分子量有机酸等小分子的定性定量测定,导致对根际化学多样性的认知偏差;传统的根际微生物研究依赖于培养技术,对微生物多样性的描述存在很大的局限.揭示根际异质性和复杂性,亟需采用高端的技术,组学方法显示出极大的优势,显著提高了研究者对根际科学的认识.基于靶向和非靶向代谢组学有利于深入研究根际复杂的化学多样性过程;基于宏基因组学、转录组学和蛋白组学等组学工具能够提供微生物组基因和蛋白的表达、功能特性等更详细的信息,可以全面地揭示根际微生物的多样性.应该强调的是,未来多组学整合分析更是表征根际化学与生物多样性的一个强有力工具,但需要更多的模型、框架和计算基础来实现根际基因、蛋白、转录和代谢水平的多层次关联,以助于挖掘根-微生物-土壤界面大量尚未揭示的关键过程、机理及生态环境效应.

蚯蚓对土壤中四溴双酚A的富集特征及影响因素

四溴双酚A(TBBPA)是一种使用量最大的溴代阻燃剂,为深入了解其进入土壤环境后的生态风险,本研究以蚯蚓为受试生物开展了暴露实验。首先,建立了蚯蚓样品中TBBPA母体的LC-MS/MS检测方法,同时优化了提取与净化预处理环节。其次,通过测定不同暴露期的生物富集量,研究了蚯蚓对污染土壤中TBBPA母体的富集与排出特征。最后,通过相关性分析阐明了土壤理化性质与老化过程对蚯蚓富集TBBPA的影响。研究结果表明,暴露3周后蚯蚓对TBBPA的富集即可达到平衡,生物富集系数(BCF)为117.1,排出处理1个月后,31.5%的TBBPA仍残留于蚯蚓体内。蚯蚓富集量与土壤pH呈正相关,而与土壤有机质含量呈负相关关系。土壤有机质对TBBPA较强的吸附作用抑制了其生物可利用性,pH可通过改变TBBPA赋存形态及其理化特性影响其生物有效性。污染土壤老化处理90 d后,蚯蚓对TBBPA的吸收量下降79.7%~95.3%,老化可明显降低TBBPA的生物有效性。本文为评估TBBPA污染土壤生态风险提供了参考依据。

玉米对纳米TiO_2的吸收和累积

研究了玉米对不同浓度及粒径纳米TiO2的吸收和累积,并应用同步辐射微束X射线荧光分析(μ-XRF)在微观尺度表征了玉米根中纳米TiO2的分布.结果表明,纳米TiO2主要累积在玉米根部,且在根部的累积量随暴露浓度的增加而增加;茎叶中TiO2累积很少,其在玉米体内的传输因子小于0.01.根中纳米TiO2的累积与其在溶液中的分散稳定性及表面电荷密切相关,团聚和沉降明显降低玉米根对纳米颗粒的吸收和累积.粒径较大的纳米TiO2在玉米根中的累积量较少,天然有机质胡敏酸(HA)的存在显著降低玉米根对纳米TiO2的吸收(p<0.05).同步辐射μ-XRF分析为植物体内纳米TiO2颗粒的分布提供了直接证据,纳米TiO2主要分布在根表皮层,木质部中含量极少,因而限制了纳米TiO2在植物体内的迁移.

室内模拟研究颤蚓扰动对污染沉积物中镉形态分布的影响

通过室内模拟颤蚓在镉污染湖泊沉积物中的生物扰动,采用Tessier连续萃取法对生物扰动后不同深度沉积物中的镉进行形态分析.通过研究颤蚓扰动对沉积物不同深度的氧化还原电位及上覆水pH值的影响,进一步分析其对沉积物中镉形态分布的影响.结果表明,颤蚓扰动可以改变其活动区域内沉积物的微环境(如pH值、氧化还原电位等),进而对沉积物中镉的主要存在形态产生影响;颤蚓扰动可提高镉从沉积物内部微孔向溶液中扩散的速率,进而提高沉积物中镉的纵向迁移能力,促进镉从铁锰氧化物结合态向可交换态的转移;颤蚓扰动还能增加沉积物表层碳酸盐结合态及可交换态镉的质量比,影响水/沉积物界面镉的交换;有机/硫化物结合态及残渣态镉的质量比较低,受颤蚓生物扰动影响不显著.

近边X射线吸收精细结构光谱法研究土壤腐殖质组分含碳官能团组成及磷酸根影响

应用同步辐射近边X射线吸收精细结构(NEXAFS)光谱技术研究了土壤腐殖质各组分(富里酸、胡敏酸及胡敏素等)的含碳官能团组成信息,并通过分析PO43-存在条件下胡敏酸、胡敏素的官能团组成变化特征,探讨了PO43-与土壤腐殖质之间的微观作用机制。结果表明,土壤腐殖质不同组分的官能团分布具有类似的光谱特征,但组成比例存在明显差异。随着腐殖质组分的酸不溶性增加,胡敏酸、胡敏素疏水性脂肪基官能团比例显著高于富里酸,芳构化程度也明显增加,而亲水性羧基官能团比例趋于降低;PO43-通过静电作用、取代反应可以选择性释放胡敏酸中部分小分子羧基官能团,从而改变胡敏酸官能团的组成特征。此研究结果对于应用NEXAFS研究有机碳官能团形态、结构及理解PO43-在土壤微界面上的反应机制具有重要意义。

刚性悬挂接触网设计若干技术问题探讨

结合工程实际,对石门西至怀化段隧道内刚性悬挂接触网设计中遇到的若干问题进行探讨,提出设计原则,对解决工程设计中的实际问题和丰富刚性悬挂接触网的设计经验,提高工程质量有一定的意义。

全氟和多氟烷基类化合物(PFASs)的环境转化与分类管控

全氟和多氟烷基类化合物(per-and polyfluoroalkyl substances,PFASs)具有环境持久性、生物累积性和生物毒性(PBT),其暴露所引发的环境与健康风险已在世界范围内引起关注.近期,有学者提议将PFASs作为一类高持久性物质进行全面管控,并淘汰PFASs的所有非必要用途.鉴于PFASs在工业领域的不可或缺性,加快PFASs的淘汰进程势必会对社会和经济产生较大影响.因此,淘汰PFASs需要一个漫长的过渡期.在这期间,亟需开展积极有效的应对措施,最大程度地将PFASs暴露对生态环境乃至人体健康产生的潜在危害降到最低.笔者认为加强PFASs的降解转化研究是目前较为有效且可行的策略之一,这将有助于理解PFASs的PBT特性,进而推动PFASs的分类管理.笔者提出可在“疑似靶向/非靶向高分辨率质谱技术开发”“PFASs的传递、积累、代谢和消除行为”和“PFASs转化产物与不良健康影响之间关系的系统毒理学网络”等方面开展PFASs的降解转化研究.通过高效筛查识别PFASs的分子转化机制,解析转化产物的PBT性质,进而对PFASs进行合理归类划分,并为制定PFASs及替代品的分类管控决策提供依据.

电力变压器的经济运行探讨

本文论述了配电变压器经济运行的基本原理和实现方法。

一种适用于复杂异相体系中羟基自由基定量检测的探针分子--香豆素

系统比较了3种定量检测羟基自由基(·OH)的探针分子对苯二甲酸二钠(TPA)、苯甲酸钠(BA)和香豆素(COU),相应的转化产物分别为2-羟基对苯二甲酸(h TPA)、2-羟基苯甲酸(SA)和7-羟基香豆素(7-hCOU).结果表明,最常用的TPA和BA的转化产物在水铁矿表面存在明显的吸附,最大吸附量分别为2. 49和2. 09 mg/g,因而不适合作为复杂矿物体系的探针分子.就探针分子对·OH的响应灵敏度、响应线性及线性范围而言,COU的表现明显优于TPA和BA,并且7-hCOU的检测限与h TPA和SA相仿(分别为0. 005,0. 046和0. 072μmol/L).通过COU在微生物-矿物体系还原-氧化循环过程及土壤/沉积物还原-氧化过程中对·OH测定的应用,进一步验证了该探针分子用于·OH定量检测的稳定性和重现性.因此,COU可作为复杂异相体系中·OH定量检测的探针分子.值得注意的是,pH对·OH的产生影响极大,因此在比较不同体系间·OH产量时应注意使其处于相同的pH缓冲液中以排除干扰.

用有限元法仿真确定刚性悬挂合理的跨距范围

通过有限元法对刚性悬挂进行了仿真计算 ,从计算结果的分析中提出了刚性悬挂存在一定的合理跨距范围 ,可以在实际的设计和施工中起到指导性的作用。从而节约投资 ,达到良好的社会和经济效益。

铁路客运专线建设接口工程管理

铁路客运专线工程建设是在建设单位领导下,多方参与、多专业协调、多方位推进、多工种交叉作业的系统工程。大型工程项目的接口管理是各种矛盾产生的焦点,为确保设计、施工、安装、调试等各阶段顺利开展及资料正常提交,建设单位必须重视并加强接口管理,理清接口预留的质量控制点,明确各参与方分工与责任,科学有序地控制好接口质量。

隧道内接触网基础槽形滑道预埋实践

介绍了武广客运专线隧道内接触网基础采用预埋槽形滑道的原因,对化学粘结锚栓和预埋槽形滑道进行了方案比较,论述了槽形滑道的特点和预埋的施工方案、误差要求.槽形滑道的预埋将提高接触网的施工精度,缩短施工工期.

变电站设备状态检修优越性及实施方案

随着国家电力系统的飞速发展,整个电网的日益庞大和复杂,国家和网络社区的稳定运行提出了更高的要求。网络主设备必须保持良好的健康状况和设备良好,运行安全可靠,以确保稳定运行和提高电网的可靠性率。状态检修是基于对预防工作的电力设备的真实状况。在电网的不断扩大、用户日益苛刻的今天,状态检修已起到了保证电网的可靠性不可替代的作用。

客运专线综合接地系统中接触网闪络保护及回流接地系统设计

正1客运专线接触网闪络保护及回流接地基本要求针对客运专线牵引负荷大的特点,按照"以人为本"原则,参照国际国内较高的安全接地要求。

关于变电站变电设备状态检修研究

作为电力能源变送及分配的枢纽载体的变电站，其安全运行对电网的稳定运行至关重要。因此，对变电站设备进行状态检修势在必行。本文分析了变电站状态检修的必要性、含义和原则、工作流程，探讨了实施变电站状态检修的具体应用。

客运专线电气化设备采用点检定修制的思考

分析了设备维修理念的进化过程,介绍了点检定修制的由来、特点和实施内容.掌握设备的状态是实现设备状态检修的基础,设备点检是实施状态检修的主要数据来源之一.为了配合电气化设备的状态维修,客运专线需要建立相关的设备管理信息系统,相关的数据必须来源正确,才能保证状态维修的决策符合实际需要.

武广铁路客运专线综合接地预留方案与工程实践

介绍武广铁路客运专线建设中通信、信号、电力、接触网等站后四电专业在路基、桥梁、隧道工程中的综合接地接口预留方案,探讨客运专线综合接地技术的具体实践,结合武广客运专线目前综合接地工程实际,提出了接地方案的施工质量控制要点。

软体沉排在松干堤防护岸固脚工程中的应用

软体沉排在木兰县松干堤防护岸固脚工程应用中证明 ,它具有良好的柔性 ,能适应水下河床表面形状的变化 ,紧帖其上 ;具有良好的连续性和整体性 ;具有较高的抗拉强度 ;施工时间短 ,经济效益可观。

人工纳米材料与植物的相互作用:植物毒性、吸收和传输

近十几年来纳米科技取得了突飞猛进的发展,人工纳米材料的应用日益广泛,势必导致大量纳米材料进入生态环境中,因此纳米材料可能带来的环境污染和生态效应也受到了高度关注。越来越多的研究表明,纳米材料对微生物、水生和陆生动物和植物都具有一定的毒性效应。植物是生态系统的重要组成部分,一方面纳米材料可能影响植物的发育与生长;另一方面,植物的代谢活动会影响纳米材料在环境中的迁移转化行为及其在食物网中的传递。但是,目前关于纳米材料与植物相互作用的研究还十分匮乏,多数研究只局限于相互作用导致的表观现象,例如:毒性的研究多关注于纳米材料对植物或植物细胞的表观毒性效应,缺乏对致毒机制的探讨;纳米材料的植物吸收和传输研究也仅停留在现象观察阶段,缺乏对吸收与传输机理的深入研究。而且很多研究结论还存在较大的争议,因此非常有必要对相关的研究进展与结论做全面梳理。本文综述了近年来关于纳米材料与植物相互作用的研究,从植株到植物细胞水平讨论了不同纳米材料对植物的毒性效应以及纳米材料的植物吸收和传输过程。

环境中纳米材料的分离与分析方法

随着纳米科技的发展和纳米材料的广泛应用,进入环境中的纳米材料必将随之增加。由于纳米材料可能对生态环境和人体健康带来潜在的危害,了解环境中纳米材料的浓度水平和行为有助于正确认识和评价纳米材料的环境风险,并做出相应的防治对策。然而,纳米材料所具有的诸多特殊性质直接影响它们的环境行为和生态毒性,因此,环境中纳米材料的分析不仅包括浓度的定量测定,还包括对其组成、粒径和表面电荷等性质的表征,是一项具有挑战性的工作。本文综述了近年来关于环境纳米材料分离、表征及检测的相关手段和方法,重点包括场流分离、色谱分离和电泳分离在纳米材料分离以及显微和谱学技术在纳米材料分析中的应用;提出了一些思考和展望,希望能够增进对环境中纳米材料分离和分析方法的了解,有助于纳米材料环境分析方法的建立和推动纳米材料环境行为和生态毒理研究的进一步规范。