基因工程菌在石油污染修复中的研究进展与前景

构建基因工程菌(genetically engineered microorganisms,GEMs)是石油污染生物修复的重要发展方向.目前,通过基因编辑、过表达和定向进化等手段改造微生物的石油污染物降解和调控途径,可以提高微生物的环境适应能力和污染物降解能力,用于石油污染物的生物降解和监测.本文概述了石油污染物降解基因工程菌的主要构建策略,包括选择和改造宿主菌、改造与优化石油污染物关键酶和代谢通路、开发微生物全细胞传感器和构建基因工程菌的自毁程序.此外,基因工程菌也可用于石油污染的酶修复、微生物菌群修复和细菌-植物联合修复.随着系统生物学和合成生物学在降解微生物中的应用,基因工程菌在石油污染修复中展现出良好的研究和应用前景.

镉全细胞微生物传感器研究进展

镉全细胞微生物传感器(cadmium whole-cell biosensors,Cd-WCBs)以微生物为载体,利用微生物的调节元件组成模块化基因回路,以实现镉生物有效性的简单、经济和高通量检测.本文概述了基于转录因子和酶生物传感器构建的非特异性Cd-WCBs,以及基于转录因子和荧光共振能量转移构建的特异性Cd-WCBs.本文还总结了Cd-WCBs的基本优化策略,主要包括对识别蛋白进行定向改造或定向进化、利用反馈调控优化基因回路以及改造底盘细胞的金属调控系统.目前,Cd-WCBs已经用于不同环境介质中镉的生物有效性检测,但是其在实际环境中细胞活性,和检测性能仍有待提高.本研究指出未来可通过开发和改造底盘生物来提高传感器的环境适应能力,利用多种合成生物学手段进一步提高传感器的检测灵敏度和特异性.

藻类对甲基汞的富集与传递研究进展

甲基汞是一种高毒性的污染物,其易累积在水生生物体内,从而对水生生态系统和人体健康产生危害.作为水生生态系统的初级生产者,藻类控制着进入食物链的甲基汞浓度和总量.藻类对甲基汞的显著富集作用及水生食物链传递过程导致其在高营养级生物中显著累积.因此,厘清藻类在甲基汞的富集与食物链传递过程中的作用对于揭示甲基汞的生物累积和预测甲基汞的环境风险具有重要意义.本文概述了藻类对甲基汞的富集与食物链传递特征与机制,总结了影响富集与食物链传递的生物与环境因素,讨论了全球变暖和富营养化等环境变化对藻类富集与传递甲基汞的影响,并展望了藻类富集甲基汞研究的发展方向.

汞的环境光化学

作为一种全球污染物,汞在水体、底泥、土壤、大气等介质中以各种不同形态存在.各种汞形态具有不同的理化特性及毒性.汞形态的转化对于汞的迁移、毒性、食物链富集放大效应等具有重要影响.光照在汞的形态转化中起着重要作用,主要涉及光氧化、光还原、甲基汞的光降解以及无机汞的光化学甲基化等四个方面.本文对不同环境介质中汞的光化学转化过程研究进展进行了总结,并提出了以后研究重点的建议.

液相色谱-双通道原子荧光检测联用法同时测定砷和硒的形态

建立了一种利用高效液相色谱-双通道原子荧光检测联用同时进行砷和硒形态分析的方法。以10mmol/LNH4H2PO4溶液（pH5.6）（添加2.5%（体积分数）的甲醇）为流动相,在12min内同时分离了三价砷（As（Ⅲ））、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）、五价砷（As（Ⅴ））、硒代胱氨酸（SeCys）、硒代蛋氨酸（SeMet）和四价硒[Se（Ⅳ）]等化合物。As（Ⅲ）、DMA、MMA、As（Ⅴ）、SeCys、SeMet和Se（Ⅳ）的检出限分别为1,3,2,3,4,18和3μg/L（进样量为200μL）,5次测定的相对标准偏差为1.9%-6.1%（As100μg/L,Se300μg/L）。应用该方法对人体尿样及硒酵母片中砷和硒的形态进行了分析,目标物在尿样中的加标回收率为83%～108%,在硒酵母片中的加标回收率为88%～105%。实验结果表明,该方法可用于尿样及药品中砷和硒形态的日常分析。该方法减少了样品的分析时间和试剂用量,降低了工作强度,提高了工作效率。

非水胶束电动色谱分离邻苯二甲酸酯类化合物

非水胶束电动色谱(NAMEKC)兼具非水毛细管电泳的优点和胶束电动色谱的分离机制,尤其适于对强疏水性化合物进行分离分析。在以甲酰胺为非水溶剂的电泳介质中,采用十二烷基硫酸钠(SDS)形成胶束相,开展NAMEKC方法的研究。通过添加水溶液、调节水溶液酸度、添加有机溶剂、改变SDS浓度等操作条件的考察,在15 min内实现了3种美国环保局优先监测的污染物———邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯的分离。分离度最小者为1.5,检测限优于3.04 mmol/L(以信噪比为3计)。3种典型的强疏水性物质的成功分离,显示出NAMEKC方法在分离疏水性物质方面的优势,扩展了NAMEKC在电中性有机物分析中的应用。

区段灌注毛细管电泳研究药物与牛血清白蛋白的相互作用

以毛细管电泳为手段,采用毛细管区段灌注技术,对麻黄碱、咖啡因和扑热息痛3种药物与牛血清白蛋白(BSA)之间的相互作用进行了研究。将两个较短的药物区带分别置于一个较长的BSA区段前后,以区段前的药物为标记物,采用峰漂移模型,同时测得麻黄碱、咖啡因和扑热息痛与BSA的结合常数,其值分别为3 38×104L/mol,4 79×104L/mol和6 13×104L/mol。结果表明这种方法可作为药物与蛋白相互作用分析的一种改进方法,并且有效地避免了常规峰漂移模型和迎头分析法中采用非涂层毛细管时蛋白质在毛细管壁上的吸附和蛋白质背景吸收的干扰问题。

糊精介质中西酞普兰的毛细管电泳手性分离与定量测定

以糊精作为毛细管电泳手性分离选择剂,对药物西酞普兰对映体的分离进行研究.考察了糊精浓度、缓冲液体系离子强度和pH及分离电压对对映体分离的影响.在糊精7.0%(m/V)、磷酸盐80 mmol/L(pH 5.4)的运行缓冲液中,分离电压20 kV时,西酞普兰对映体分离度达3.9,同时对拆分机理进行了初步探讨.测定S-(+)-西酞普兰原料药中R-(-)异构体的含量,在0.05～4.00 g/L浓度范围内线性关系良好,R-(-)-西酞普兰与S-(+)-西酞普兰的检出限分别为25.3 mg/L和27.3 mg/L,线性相关系数均在0.9970以上;RSD低于3.2%.

二甲亚砜捕获-高效液相色谱测定天然水体中羟基自由基的光化学生成

利用二甲亚砜捕获羟基自由基定量生成甲醛,甲醛与1,3-环己二酮和氨衍生反应,衍生产物在400 nm的激发波长下,在460 nm处具有特征荧光,建立了一个新的高效液相色谱分离、荧光检测水体中光学反应产生的羟基自由基的方法.考察了捕获剂用量、酸度、温度、时间以及衍生试剂用量对羟基自由基测定的影响,在优化的实验条件下,该方法对羟基自由基的定量下限为0.066μmol·L-1.采用建立的方法对湖水、海水以及湿地水在氙灯模拟光源以及太阳光下羟基自由基光化学生成进行了初步研究,表明太阳光照下羟基自由基的生成速率约为氙灯光照下羟基自由基生成速率的两倍以上,说明羟基自由基在实际自然条件下的生成速率有可能被低估.天然水体中的羟基自由基的生成与水体成分密切相关,由铁和可溶性有机质(DOM)光照产生羟基自由基的机理较为复杂,DOM和铁的相互作用对天然水体中羟基自由基的光化学生成影响有待于进一步研究.

紫外光谱研究中药大黄有效成分与牛血清白蛋白的相互作用

目的 用紫外光谱研究大黄有效成分 :大黄素、大黄酸和大黄酚与牛血清白蛋白的相互作用 ,了解大黄有效成分的生物结合活性。方法 采用紫外光谱法 ,通过测量加入牛血清白蛋白后药物吸光度值的变化 ,以Scatchard方程作图求解。结果 大黄三种主要有效成分 :大黄素、大黄酸和大黄酚与牛血清白蛋白相互作用的结合常数分别为K =1 .4 7× 1 0 5,K =5 .0 0× 1 0 5,K =1 .1 8× 1 0 4。其中大黄素与牛血清白蛋白的结合常数与文献值较一致 ,大黄酸、大黄酚与牛血清白蛋白的结合常数未见报道。结论 从结合机制上对测定结果进行了探讨 ,大黄类有效成分与牛血清白蛋白的结合能力随其所含极性基团的增多而增强。表明该方法研究药物 蛋白相互作用简便、快速、可行。

太阳光下水中2,4,6-三氯酚的光解机制研究

对比研究了太阳光下2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)在纯水,可溶性有机质(DOM)溶液和实际地表水中的光解情况.结果表明,2,4,6-TCP在纯水中主要为直接光解和自敏化光解,涉及的活性物种为单线态氧;在DOM水溶液中主要为直接光解和敏化光解,涉及的活性物种为单线态氧和羟基自由基;2,4,6-TCP在纯水,DOM溶液和实际地表水中的光解速率均随溶液含氧量的提高而增加.太阳光可见区对2,4,6-TCP直接光解没有贡献,UVA贡献为72.60%,而当有DOM存在时,可见光区对2,4,6-TCP的光解贡献为12.39%,UVA的贡献为52.73%.2,4,6-TCP在实际地表水中的光解与在DOM水溶液中的光解类似,都表现为通氮抑制光解,通氧促进光解,并且光谱贡献率也十分接近,表明溶解氧和DOM是2,4,6-TCP在地表水中间接光解的主要影响因素.

不同光谱区间日光照射下水体成分的光致羟基自由基生成研究

本文对硝酸根、亚硝酸根、过氧化氢和可溶性有机质(Dissolved organic matter,DOM)等4种水体成分在不同波段的太阳光照射下羟基自由基的光化学生成情况进行了研究.结果表明,硝酸根、亚硝酸根和过氧化氢三者的光致羟基自由基生成速率(vs.光通量)与其浓度之间有良好的线性关系,说明三者的光致羟基自由基生成是三者直接光解产生羟基自由基,都为一级反应,单位浓度(mol·L^(-1))的硝酸根、亚硝酸根、过氧化氢的羟基自由基生成速率分别为13.6、2.11×10~3、2.90×10~2μmol·L^(-1)·E^(-1)·m^2;DOM的光化学过程可以产生羟基自由基,但羟基自由基生成速率与DOM浓度间不存在明显的线性关系,具体的原因可能是DOM光致羟基自由基生成可经由非过氧化氢途径(途径1,DOM直接光解)和过氧化氢途径(途径2,过氧化氢光解)两种途径生成,而高浓度DOM的存在会产生较强的滤光作用,同时也会阻断途径2中过氧化氢的生成,降低羟基自由基的生成速率;不同光谱区间的日光对4种成分的羟基自由基贡献不同,可见光区对4种组分贡献均远小于紫外区,紫外区UVA和UVB对硝酸根和过氧化氢的羟基自由基光化学生成贡献较为接近,UVA和UVB对亚硝酸根和DOM的羟基自由基光化学生成贡献存在明显差异,差异的产生由水体成分对太阳光谱的吸收性质和太阳光谱能量分布共同决定.

两种细菌的毛细管电泳分离及其与药物相互作用的研究

通过对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的毛细管电泳行为的研究,包括对细菌样品预处理、缓冲液、检测波长以及聚合物添加剂对分离度的改进等的考察,在优化的实验条件下,实现了大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的快速分离,从而建立一种新的细菌辅助识别与定性的补充方法。将抗菌药物阿奇霉素与金黄色葡萄球菌混合培育,发现由于阿奇霉素抑制细菌表面蛋白合成,造成与金黄色葡萄球菌作用后,细菌表面电荷密度降低,表现为阿奇霉素对金黄色葡萄球菌的电泳淌度的影响,而且培育时间与金黄色葡萄球菌的淌度线性相关。

非水毛细管电泳及其在电中性和手性化合物分离上的应用

讨论了非水毛细管电泳(NACE)的优势和缺点,分别评价了常用非水溶剂作为运行介质的潜力,非水介质中电渗流的产生原因与控制机理。对于NACE的分离机理,尤其是静电相互作用与疏溶剂相互作用对分离的影响进行了讨论。着重评述了NACE在电中性物质的分离以及离子对手性拆分方面的应用及其机制。

天然水体溶解性物质对5种抗生素光解的影响

建立了分析水体溶解性物质对抗生素光解影响的方法,对比研究了8种典型天然水体成分对3类5种抗生素光解的影响及其作用机制.结果表明,不同水体成分对不同抗生素光解影响呈现很大的差异性.甲砜霉素主要发生间接光解,纯水中光解速率只有1.33×10^(–5)min^(–1),而其他抗生素则同时发生直接光解和间接光解.水体成分中NO_3~–,Fe^(2+)和Cl~–主要通过光致活性物种(·OH和~1O_2)影响抗生素光解,DOM主要通过滤光作用影响抗生素光解.另外Ca^(2+)和Mg^(2+)对不同抗生素的光解影响主要通过其与抗生素分子的络合作用实现,Ca^(2+)和Mg^(2+)分别促进了恩氟沙星光解(0.3933min^(–1)和0.2314min^(–1)),但一定程度上抑制了沙拉沙星的光解(0.0447min^(–1)和0.0289min^(–1)).

水环境中铁-汞耦合对汞生物地球化学循环的影响研究进展

汞及其化合物是一类重要的全球污染物.水环境是汞重要的汇,也是汞发生形态转化与生物富集的重要场所.水环境中铁-汞相互作用对汞的生物地球化学循环有重要的影响.本文围绕水环境中铁-汞生物地球化学循环的耦合,讨论并总结了含铁矿物对汞的吸附、硫铁矿物对汞的硫化、溶解性铁与含铁矿物对二价汞的还原、铁对汞微生物甲基化的影响、铁参与的甲基汞降解、铁硫矿物介导二甲基汞生成以及水稻根系铁膜对汞吸收的影响,并进一步对铁-汞耦合对汞的生物地球化学循环影响的未来研究重点进行了展望.

无固定相分离-电感耦合等离子体质谱法在环境中痕量金属纳米颗粒分析中的应用

环境中金属纳米颗粒的分析检测不仅需要关注其浓度和化学组成,还需要对其形状、粒径和表面电荷等进行表征。此外,环境中金属纳米颗粒的分析需要解决其低赋存浓度以及复杂基质干扰的难题。无固定相分离技术与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)的在线联用,具有较强的颗粒分离能力和较低的元素检出限,能够快速准确地提供金属纳米颗粒的粒径分布、化学组成等信息,在金属纳米颗粒的分离检测方面表现出极大的潜能。但这一联用技术尚无法获得金属纳米颗粒物的颗粒数浓度和单个颗粒的元素信息,难以判断金属纳米颗粒涂层厚度、纯度以及颗粒的均相/异相团聚行为等。新兴的单颗粒-电感耦合等离子体质谱(SP-ICP-MS)与无固定相分离技术的在线联用,可以获得金属纳米颗粒的流体动力学粒径、元素质量计算粒径和颗粒数浓度等信息,进而弥补无固定相分离与ICP-MS在线联用技术的不足。该文介绍了流体动力色谱、毛细管电泳和场流分离3种常用无固定相分离技术的分离机制和适用检测器,着重综述了无固定相分离技术与ICP-MS/SP-ICP-MS在线联用技术的特点及其在环境金属纳米颗粒分析中的应用。关于场流分离,主要介绍了可以与ICP-MS联用的沉降场流分离和流场流分离。该文还对流体动力色谱、毛细管电泳和流场流分离与ICP-MS在线联用技术的特点进行了比较。最后,该文对无固定相分离技术与ICP-MS/SP-ICP-MS在线联用技术的发展提出了展望。

砷化合物的摄入调控机制

流行病学结果显示慢性砷暴露可导致人群罹患皮肤癌、膀胱癌、肺癌等恶性疾病,但其致毒/癌机制尚不明确.目前关于砷暴露致毒/癌机理的讨论主要集中在砷的胞内作用途径,而较少关注砷摄入调控过程对其暴露致毒/癌的贡献.在生理条件下,部分砷化合物由于结构与磷酸根、葡萄糖、甘油等天然底物相近,可借由相应的载体被细胞摄入,摄入途径和效率存在显著的砷形态依赖性.此外,砷化合物的生物毒性效应与其赋存形态直接相关.可见,砷的摄入调控对于砷的暴露致毒/癌具有重要作用.本文主要综述了在哺乳动物体系中不同砷形态的摄入载体、载体调控及对应的砷摄入分布、效率和暴露毒性,在此基础上,强调了以往在砷致毒/癌机制研究中被忽视的砷摄入调控途径.然而,砷摄入调控过程中的诸多重要环节如砷胁迫下的摄入启动和调控机制等都是空白,需进一步系统深入地研究,为深入理解砷的致毒机制提供了新的视角和研究思路.

硫化汞纳米颗粒的微生物摄入及其在汞甲基化中的作用

甲基汞因其独特的食物链富集特性和毒性使汞成为重要的全球污染物.厌氧环境中微生物介导的汞甲基化是甲基汞生成最主要的来源,厌氧环境中不同汞地球化学形态控制着甲基汞的生成过程.硫化汞纳米颗粒是在实际厌氧环境中新近发现的重要颗粒汞形态,对其环境行为还缺乏基本认识.本文基于硫化汞纳米颗粒的环境行为,重点围绕其与微生物的相互作用,讨论并总结了硫化汞纳米颗粒的生成、硫化汞纳米颗粒的微生物摄入、溶解以及硫化汞纳米颗粒对微生物汞甲基化的影响,并进一步对硫化汞纳米颗粒与微生物相互作用的未来研究重点进行了展望.

七株硫酸盐还原菌汞甲基化能力的比较

目前硫酸盐还原菌汞甲基化的研究集中在Desulfovibrio desulfuricans ND132菌株上,由于D.desulfuricans ND132并非商业化提供的菌株,使得国内很多实验室难以获得该菌株开展微生物汞甲基化的相关研究.本文收集了7株商业化的硫酸盐还原菌,通过系统研究探寻其中可用作替代的汞甲基化模式菌株.在实验室培养条件下,通过对甲基化关键基因(hgcA和hgcB)、生长特性、汞的耐受性以及汞甲基化能力的测试,结果发现,Desulfomicrobium escambiense(CGMCC 1.3481)生长较快、具有较好的汞甲基化率(7.5%±0.7%),具备作为汞甲基化模式菌株的潜力.