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.

傅里叶变换离子回旋共振质谱分子表征^(15)N同位素标记羟胺衍生化天然有机质

羟胺化合物是地球氮循环过程中的重要中间产物.天然有机质(NOM)作为环境中普遍存在的复杂有机混合物,对羟胺的环境转化有重要影响.本研究采用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FTICRMS)在分子层面表征羟胺与NOM的相互作用产物,采用^(15)N同位素标记羟胺作为反应物以排除NOM本身存在的化合物的质谱峰干扰,特异性识别^(15)N同位素标记羟胺衍生化NOM的质谱信号;同时考察了反应时间对NOM与羟胺反应活性的影响.结果表明,NOM与过量^(15)N同位素标记羟胺在室温条件反应下10 h,可以鉴定到2137个^(15)N同位素标记羟胺衍生化NOM产物分子式,其中包括,1个^(15)N同位素标记羟胺分子与1个仅含C、H、O元素的NOM分子反应形成的产物分子式1346个(CHO^(15)N_(1),约占产物分子式总数63%),两个^(15)N同位素标记羟胺分子与一个仅含C、H、O元素的NOM分子反应形成的产物分子式194个(CHO^(15)N_(2),约占产物分子式总数9%),一个^(15)N同位素标记羟胺分子与一个仅含C、H、O和一个S元素的NOM分子反应形成的产物分子式376个(CHOS1^(15)N_(1),约占产物分子式总数18%),一个^(15)N同位素标记羟胺分子与一个仅含C、H、O和一个N元素的NOM分子反应形成的产物分子式221个(CHON_(1)^(15)N_(1),约占产物分子式总数10%).这些羟胺衍生化NOM产物主要属于维管植物源多酚类和高不饱和酚类化合物,86%以上的产物很可能通过羟胺与NOM分子所含的羰基基团发生肟化反应形成.CHO^(15)N_(1)类产物的形成具有高度的时间依赖性,高氧化高饱和度的NOM化合物需要较长的反应时间才能形成羟胺衍生化NOM产物,表明此类化合物与羟胺的反应活性较弱;而低氧化高不饱和度的NOM化合物仅需要较短的时间便能形成羟胺衍生化产物,且随着反应时间延长,其中的部分化合物可以进一步生成多肟化产物或不稳定的其他产物,此结果表明这类NOM化合物对羟胺的反应活性较强.本研究采用FTICR-MS首次在分子水平全面表征了羟胺与FTICR-MS相互作用产物信息,可为羟胺在地球氮循环过程中的迁移转化机制研究提供全新视角和信息.

北京官厅水库-永定河水系水体中持久性有机氯农药污染

报道了官厅水库-永定河水系中持久性有机氯农药的污染水平,研究发现在水体中存在六六六(HCHs), 滴滴涕(DDTs), 七氯等在内的有机氯污染物,在所有13个采样点的水样中,18种有机氯农药的浓度为4.2-96.9 ng/L,其中六六六、滴滴涕的含量分别为0.09-53.5ng/L和nd-46.8 ng/L.对污染来源进行分析,发现除了主要是源于历史上农田中有机氯农药的残留外,近期可能有新的农药污染源进入水环境,如林丹和三氯杀螨醇的使用可能造成了新的有机氯农药污染.和国内主要河流相比,官厅水库-永定河水系中有机氯农药的污染属轻度污染.

珠江澳门河口沉积物柱样中有机氯农药的垂直分布特征

以GC/ECD内标法定量测定了沉积物柱样品中有机氯农药含量 ,以便探讨柱样中有机氯农药的垂直变化特征及可能的来源 .样品采自珠江澳门河口 ,柱样以2 10 Pb同位素法定年 .定量测定结果表明以BHCs、DDTs总量计算时 ,样品中含量分别为 0 4 8～ 2 6 2 8ng/ g、1 92～ 39 1 3ng/ g .柱样中农药含量随深度变化和珠江口区的水域水流量随年份的变化有着很好的对应性 .有机氯农药主要是来源于施用农药长期风化后的土壤 .样品中DDTs的浓度超过了河口沉积物化学品风险评价最低值标准 .

珠江三角洲地区水体表层沉积物中有机污染状况初步研究

1997年 3月在珠江三角洲典型水体共采集了 17个表层沉积物样品 ,对其中的优控有机污染物如多氯联苯、有机氯农药和多环芳烃含量分别用GC/ECD和GC/MSD内标法定量分析测定 ,以了解目前珠江三角洲地区表层沉积物中有机污染现状 .研究结果表明 :16种优控多环芳烃、多氯联苯和有机氯农药的含量范围分别为 :40 8— 10 810 μg/kg、10 .2— 485 .5 μg/kg、5 .8— 16 5 8μg/kg ;从污染区域分布特征来看 ,呈现出广州芳村 >澳门内港 >珠江广州河段 >狮子洋 >伶仃洋≈西江 ,但是西江部分样品污染程度较高 ,发现了广州芳村和澳门内港两个高污染区 ;以Long等确定的沉积物中化学品风险评价数值来判别沉积物的可能的生态效应 ,结果表明广州芳村和澳门内港两区域为高风险生态区域 .

珠江三角洲一些表层沉积物中多氯联苯的初步研究

本文报导了采自珠江三角洲地区一些水体(包括澳门河口湾)的17个表层沉积物样品中多氯联苯(HCBs)的含量、分布特征的初步研究结果.结果表明:①分布于五个地区的17个表层样品中PCBs的含量以广州市附近的样品含量最高,澳门内港次之,分别为485.45μg.kg^(-1)和338.53μkg^(-1),其余样品均比广州、澳门低一个数量级,而且从珠江干流上游至下游,PCBs含量具有明显降低的趋势;②广州工业区和澳门内港样品的PCBs组成有明显的差别.

珠江口现代沉积物柱芯样多环芳烃高分辨沉积记录研究

通过对采集于珠江三角洲澳门河口区的沉积物柱状样品中多环芳烃的GC MS定量分析测定,并结合210Pb同位素定年分析,重建了珠江口近代有机污染物的污染史(1959～1996年).研究结果表明,柱芯样品中多环芳烃的浓度为0.6～4.5μg·g-1(干重计),污染程度为中等.其中在20世纪60年代和80年代分别记录到两个高的污染峰,表明这两个时间段内有较大的污染物输入.以母体化合物比值对沉积物样品中的多环芳烃来源进行了分析,结果表明是受到了以油类和不完全燃烧产物为主的混合污染,且污染来源较为单一.对沉积物毒性潜在效应的计算表明,表层沉积物毒性效应较大,且从90年代初期开始后至1996年,毒性当量浓度呈线性趋势增加.

官厅水库及永定河水中挥发性有机物分布规律

以吹扫 捕集方法定量测定了采自官厅水库库区及下游永定河水中的挥发性有机污染物的含量 ,共检测到 2 6种有机污染物 ,其中 9种属于国家地表水环境质量标准 (GHZB 1- 1999)中特定项目 .主要是卤代烃、苯系物、硝基苯、丁酮、氯乙腈等 ,挥发性有机污染物的总含量为 19 37— 10 0 92mg L ,未检出三卤代甲烷类化合物 .根据污染物浓度的空间分布规律 。

珠江三角洲河口及邻近海区沉积物中含氯有机污染物的分布特征

对采自珠江三角洲河口及其邻近海区的表层沉积物样品中含氯有机污染物多氯联苯和有机氯农药进行了定量分析测定，并探讨了其在珠江三角洲地区的分布特征．结果表明，沉积物已受到了一定程度的污染，其中澳门内港和广州河段的样品已经受到严重的有机氯污染.从有机氯农药来看，其分布为澳门内港＞澳门南环湾＞珠江广州河段＞狮子洋＞伶仃洋＞西江；多氯联苯的分布为广州芳村＞澳门内港＞珠江广州河段＞狮子洋＞伶仃洋≈西江．

固相萃取法测定水源水中的有机磷农药

采用固相萃取盘萃取水中的有机污染物，以大口径毛细管柱气相色谱法一火焰光度检测器（ＣＧＣ／ＦＰＤ）定量测定了水源水中的有机磷农药研究了１０种有机磷农药的气相色谱法（ＧＣ－ＦＰＤ）的分析条件结果表明均加标回收率的范围为５０％～９６％．方法的最低检测限为１１９～５３４ｎｇ／Ｌ．对某水厂水源水中的有机磷农药含量进行了分析测定，结果表明久效磷、敌百虫检出量较大，分别为 ０．１６５μｇ／Ｌ和０．１３７μｇ／Ｌ，除草醚有痕量检出。

珠江澳门河口沉积物柱样品正构烷烃研究

报道了珠江澳门河口沉积物柱芯样品中正构烷烃的浓度和分布类型，并通过因子分析方法对正构烷烃的来源加以初步探讨。沉积物柱芯样品于１９９７年３月采自珠江澳门河口区，沉积年龄以^（２１０）Ｐｂ法稳恒初始放射性模式（ＣＡ模式）测定。样品中的有机污染物以二氯甲烷／丙酮混合溶剂索氏提取后，正构烷烃组分以ＧＣ／ＭＳＤ定量分析测定。研究结果表明，该现代沉积物柱芯样品沉积时间约历时４０ ａ，柱芯样品中正构烷烃的含量范围为０．４７～２７．５ｍｇ／ｋｇ（干重）；在对应于沉积时间为１９８８年～１９９０年的两个样品中，正构烷烃的浓度有相当高的数值，呈现出明显的外源性石油污染。因子分析表明，沉积物柱芯样品中的正构烷烃可能来自于４种不同类型的污染源，其中以陆源径流的贡献最大，占５２．５％，并且和样品中正构烷烃的不同组成特征相互对应。

沉积物内多氯联苯测定中有机氯农药的排除及质量控制/质量保证研究

报道了沉积物样品中多氯联苯(PCBs)的分析方法及质量控制/质量保证(QA/QC)研究,结果表明多级复合硅胶柱对有机氯农药去除效果良好.采用25种PCBs同族体标样PCB25对分析方法进行了QA/QC研究,PCBs的平均回收率在97%～118%之间.用本方法测定25种多氯联苯同族体的检测限范围在0.5～1.4ng/g之间.

数理统计分析方法用于珠江三角洲表层沉积物中有机污染物分析

利用环境统计分析技术对珠江三角洲水体表层沉积物样品中优控有机污染浓度的定量分析数据进行分析。因子分析结果表明 ,主要有三种类型的污染物来源 ,它们对环境样品的贡献分别为 5 6 %、19%和 12 % 。

珠江三角洲沉积物中毒害有机物的污染现状及评价

参照美国EPA 80 0 0系列方法及质量保证和质量控制 (QA/QC) ,对珠江三角洲河流和河口表层沉积物中的有机氯农药、多氯联苯(PCBs)和多环芳烃 (PAHs)进行了定量分析。与世界各地表层沉积物中毒害有机污染物的浓度进行对比 ,分析了珠江三角洲地区沉积物的污染现状 ;与国外生态风险评价标准对比表明 。

邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯酶促降解性的研究

从处理石化厂废水的活性污泥中分离出一株邻苯二甲酸酯降解菌FS1(PseudomonasfluorescensFS1) ,测定了P .fluo rescensFS1的邻苯二甲酸酯降解酶对邻苯二甲酸二 (2 乙基己基 )酯 (DEHP)的降解特性 .P .fluorescensFS1细胞中的颗粒部分、溶液部分对DEHP都具有降解作用 ,初步认为P .fluorescensFS1降解酶属胞内酶 .P .fluorescensFS1降解酶对DEHP的最适酸度为 pH 6 .5— 8.0 ,温度为 2 5— 35℃ ,米氏常数Km为 190 .48nmol/mL .在好氧条件下 ,DEHP与P .fluorescensFS1降解酯酶作用 ,形成邻苯二甲酸单酯和邻苯二甲酸后 ,可进一步降解成苯甲酸、对羟基苯甲酸 ,最终转化为CO2 和H2

官厅水库沉积物柱状样中有机氯农药的垂直分布特征

以气相色谱-电子捕获检测器(GC-ECD)内标法定量测定了官厅水库永1008横断面沉积物柱状样品中有机氯农药的含量,以便对自蓄水以来官厅水库沉积物中有机氯农药的历史沉积变化特征和可能的来源进行初步探讨。定量测定结果以HCHs,DDTs和有机氯农药总量(OCPs)计算,样品中w(HCHs),w(DDTs)和w(OCPs)分别为2 0～25 7,0 3～1 9和3 2～28 3ng g;据永1008横断面沉积图推算,官厅水库永1008横断面沉积物中有机氯农药的主要来源是上游地区的农业生产和工业排污,集中在1980—1991年。因此,在未来库区的清淤疏浚工程中,应特别注意不同层次底泥中有机氯农药的再悬浮与释放,以及清淤后底泥的防污处置。

新生态MnO_2吸附剂对酸性媒介染料废水脱色特性研究

本文主要报道了一种用于染料废水处理的新型材料即新生态MnO2 及其对三种酸性媒介染料染色废水的脱色作用及影响脱色效果的主要因素。研究结果表明 ,新生态MnO2 对酸性媒介染料的吸附能力很强 ,当染料浓度为2 0 0mg/L、pH <2时 ,其对酸性媒介黑T、酸性媒介绿G和酸性媒介黄GG的脱色率分别达 98.2 %、94.5 %和 96 .4%。染料吸附效果受体系pH值、MnO2 投加量、吸附时间及温度等因素的影响 ,其中pH值是最主要的影响因素。新生态MnO2

原油破乳剂和破乳机理

本文阐述了原油破乳剂类型、研究概况、应用简况和发展方向,对原油破乳效果方面的研究以及破乳机理也作了探讨。

PM2．5的透射电镜及能谱表征

大气颗粒物中单个颗粒物本身的微观化学和物理性质各不相同，其化学组成也不均匀。本文利用高分辨透射电镜结合EDX能谱技术，对大气中PM2．5进行表征分析，得到颗粒物的形貌及能谱分析结果，单个颗粒形貌差异较大，大部分颗粒物的化学组成为0、Si、Al、Fe、Ca、K、Mg、C等常规元素，也有部分颗粒物中检测到Cr、W、Mn、Ti等重金属元素。以此对颗粒物的来源进行推测，此大气颗粒物主要为扬尘及汽车尾气等。同时对电镜高真空强电子轰击条件下颗粒的形貌变化进行了追踪分析，大部分颗粒有趋于圆形的变化，但是不同颗粒变形前后其元素相对含量变化也不同。

活性染料印花用增稠剂RPT的研制、性能和应用

研制传统印花糊料海藻酸钠的代用品。纤维素、醚化剂、交联剂等原料合成了增稠剂RPT,对其各项性能与海藻酸钠、合成胶C进行对比 ,并经应用试验。结果表明:RPT增稠剂成糊率高 ,原糊稳定性、耐酸碱、耐热抗冻等性能优良 ,较好的流变性适用圆(平)网印花;应用范围广 ,适合多种染料印花;用于活性染料印花印制效果好 ,各项牢度与海藻酸钠相当 ,达到国家标准;生产和应用成本又比海藻酸钠低 ,有可观的经济效益。