硫丹的生物学效应研究进展

硫丹是一类持久性有机污染物,与人类许多疾病的发生密切相关而引起人们的广泛关注。虽然硫丹在2011年被列入斯德哥尔摩公约禁用物质列表,但由于其环境行为的特性包括持久性、生物富集性、高生物毒性,具有潜在的致癌致突变性和内分泌干扰素作用,会对环境和人类健康产生长久的影响因而不容忽视。总结近年来有关硫丹的环境行为、生物毒性和对人类的危害,着重对硫丹的细胞毒性进行了归纳、整理和深入的分析,并对未来的研究方向提出有价值的建议。以期能够有利于人们认识其被禁用的原因,并为揭示包括硫丹在内的持久性有机污染物的生物学效应机制提供新的思路。

空间生物学中应用秀丽隐杆线虫的研究进展

空间环境能够对包括人类在内的生物体产生多种生物学效应,其中空间辐射和微重力是主要的影响因素,可以引起生物体在多个生物学水平上发生明显的变化。受空间飞行试验的条件限制,选择一种合适的生物学模式材料就成为了开展空间生物学效应研究的前提和基础。本文主要概述了秀丽隐杆线虫的生物学优势,总结了利用线虫开展的空间生物学研究进展,并对利用线虫进行地面辐射和模拟微重力的实验结果进行了讨论,总结和分析了利用秀丽隐杆线虫进行空间生物学研究应该注意的问题。

大连温带海域潮间带底栖海藻固碳和储碳潜力模拟研究

底栖海藻是海洋生态系统中重要的初级生产力,开展其固碳和储碳机制研究,有利于提高对我国海域海洋固碳和储碳潜力的认识。本文基于海区条件的模拟,开展了大连海域潮间带优势海藻的日固碳量、日呼吸量和日有机碳释放量的测定,结合海区生物量的调查,阐述了3个海藻床潮间带海藻固碳和储碳的季节变化规律。结果显示:在海藻固碳能力方面,绿藻类的固碳能力最强,褐藻类次之,红藻类最低。大连海域潮间带海藻的固碳量、储碳量和有机碳释放量在12月至5月处于较高水平,6月至11月较低,平均每个海藻床潮间带区域年固碳量和年有机碳释放量分别为1.72×10^5 g/a和2.1×10^4 g/a。潮间带海藻月固碳量是储碳量的1.7倍。

空间环境诱导秀丽隐杆线虫差异表达基因位点分布的研究

目的研究不同空间环境中差异表达基因位点在秀丽隐杆线虫染色体上的分布特征。方法利用基因位点可视化软件对经空间飞行环境、空间辐射及微重力处理的秀丽隐杆线虫全基因组表达谱进行分析,统计差异表达基因位点数量、比例,并通过指数模型分析其分布特征。结果空间飞行环境较辐射或微重力环境能够诱导更多的基因发生差异表达,差异表达基因分布也更为集中;在三种空间环境中均为Ⅴ号染色体上差异表达基因数量最多,而不同的空间环境中分别在Ⅱ号,Ⅲ号和Ⅴ号染色体上比例最高,在Ⅰ号和Ⅴ号染色体上差异表达基因分布最集中。结论空间环境诱导的秀丽隐杆线虫差异表达基因位点分布特征具有环境特异性,且染色体间存在环境敏感性差异。

基于生命周期评价法的条斑紫菜养殖加工产业碳足迹分析

应用生命周期评价法(LCA)对条斑紫菜养殖加工行业进行了全周期的碳足迹分析,明确了各环节中碳排放源的种类和数量。结果表明,100亩条斑紫菜养殖加工过程中碳排放总量为1.25×10^(5)~2.47×10^(5) kg CO_(2),远高于条斑紫菜100亩养殖形成的可移出碳汇量(9.43×10^(3) kg CO_(2))。基于全产业链的分析,条斑紫菜产业尚不是一个碳汇产业。养殖阶段碳排放量最大,排放源主要来自石油化工材料的大量使用。二次加工阶段碳排放量仅次于养殖阶段,排放源主要来自纸壳包装和塑料包装的大量使用。在一次加工阶段,热源的使用是影响该阶段碳排放的主要影响因素,生物质燃料是碳排放量最低的热源形式。

缘管浒苔和羽藻氮、磷营养生理学研究

以无性繁殖系为材料,开展了缘管浒苔和羽藻对NO3-,NH4+和PO43-的吸收动力学、生长动力学研究。吸收动力学研究结果表明缘管浒苔和羽藻对NO3-和PO43-的吸收方式为主动运输,对NH4+的吸收方式为被动扩散。缘管浒苔对NO3-的最大吸收速率(Vmax)、对NH4+的吸收斜率都大于羽藻,说明缘管浒苔对高浓度的NO3-和NH4+具有更强的吸收能力。缘管浒苔吸收NO3-和NH4+的a值远大于羽藻,说明在低营养盐浓度时,缘管浒苔对NO3-和NH4+的亲和力更强。在PO43-的吸收中,羽藻的最大吸收速率(Vmax)远大于缘管浒苔,说明羽藻对高浓度PO43-的吸收能力更强,但缘管浒苔的a值远大于羽藻,说明前者在低营养盐浓度时PO43-的亲和力更强。生长动力学研究结果表明,硝酸氮是促进两种海藻快速生长的最适宜氮源形式,氨氮更易促进藻体叶绿素的积累。在相同氮营养条件下,羽藻表现出比缘管浒苔更强的生长优势。

空间诱变水稻多蘖矮突变体不同分蘖期蛋白质组研究

JB-1返回式卫星搭载水稻(Oryza sativa L.)丙95-503干种子,地面种植后筛选出多蘖矮杆突变体R955。利用荧光差异显示双向电泳(2-D DIGE)对突变体播种后第14天(未发生分蘖)、第21天(分蘖起始)、第55天(最高分蘖期)3个营养生长期叶片总蛋白进行分离及定量分析(未搭载植株为对照),检测到在各发育时期共有97个蛋白点发生差异表达,经串联质谱鉴定后得到59个独特的蛋白。功能分析发现能量代谢、光合作用、蛋白代谢、氮元素同化、氨基酸代谢以及胁迫应答等过程均参与了突变体的分蘖发育。对差异蛋白在不同时期相对表达量的K-均值聚类分析显示不同功能蛋白表现不同表达模式。两因素差分析(Two-way ANOVA)筛选出S-类核糖核酸酶可能与水稻分蘖性状直接关联。

基于基因本体论的模式生物分子功能分布异同

基因本体论是关于基因和蛋白质知识的标准词汇,也是今后实现各种与基因相关的数据统一、数据转换、数据挖掘的基础。本文通过分子功能基因本体论比较了不同模式生物基因产物分子功能分布的异同。结果发现:在动物类、植物类以及真菌类模式生物中,大部分已知功能基因的分布比例是基本一致的,存在一定的同源性;但在动物中结合类基因数量较多而在植物与真菌中反而催化类基因数量较多,信号传导相关基因在动物中的分布数量多间接证明了动物在进化上的高等性,而植物中特有的大分子传递相关编码基因,可能与植物的养分、水分在机体种的传输相关。

植物组蛋白密码研究进展

组蛋白密码学说提出后,大大丰富了人们对遗传信息的认识,使得组蛋白修饰的研究备受瞩目。近年来包括组蛋白乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等在内的多种共价化学修饰在植物生长发育过程中参与基因表达调控的作用机制逐渐被阐明,组蛋白各种修饰之间的相互关系也有了进一步的认识。随着研究的深入,将加快组蛋白密码的破译,帮助我们认清植物基因表达调控的本质。

氯代阻燃剂得克隆在大连黄海海域潮间带不同环境介质中的含量及生物富集

得克隆(dechlorane plus,DP)是一种人工合成的氯代阻燃剂,具有顺、反两种异构体(syn-DP和anti-DP),被广泛添加于电线、电缆和电脑连接器、建材等塑料产品中而被美国EPA划为高产量化学物(high production volume,HPV)。由于其产品使用过程中或者废弃后很容易释放到环境中,已成为广泛存在的环境污染物。本研究以大连黄海海域潮间带为研究区域,测定了表层海水、底泥以及大型海藻中DP两种异构体的含量。结果显示,两种DP同分异构体在大连黄海海域潮间带的3种环境介质中均被检出,表层海水、底泥和大型海藻样品中DP的平均浓度分别为(1.54±0.73)ng/L、(0.87±0.18)×10-9干重(dw)和(4.84±1.25)×10-9湿重(ww),f syn值(syn-DP所占比例)分别为0.34±0.06、0.51±0.03和0.18±0.01。表明不同环境介质对两种异构体存在不同的代谢和富集形式。表层海水与底泥中DP的含量线性相关(R=0.849,P=0.032<0.05)。大型海藻可富集海水及底泥中的DP(BCF=21 200±12 300,BSAF=5.93±1.46),其中anti-DP更易富集,具体原因尚待研究。

甲藻孢囊在长山群岛海域表层沉积物中的分布

2007年10月,在大连长山群岛海域采集了25个站点的表层沉积物,研究了甲藻孢囊的水平分布。在沉积物样品中共检测出甲藻孢囊46种,其中Pentaphasodinium dalei和Warowia rosea,在我国是首次报道。各站位孢囊种类数在7—20之间,平均14种;丰度在182—2960个/g干重之间,平均为1201个/g干重。香农-威纳指数(H′)的变化范围为2.4—3.4。麻痹性贝毒藻——亚历山大藻的孢囊在调查海域分布广泛,最高密度达829个/g干重,可能是造成该海域虾夷扇贝贝毒超标的原因之一。

甲藻孢囊在辽东半岛沿岸海域表层沉积物中的分布

孢囊是诸多有毒有害甲藻赤潮暴发的种源,也是底栖贝类毒素积累源之一。近年来,北黄海沿岸海域贝毒呈现明显增加的趋势,为掌握有毒有害甲藻在辽东半岛沿岸海域的种源分布情况,笔者于2013年在辽东半岛普兰店(皮口)、庄河、东港浅海海域的菲律宾蛤仔增养殖区域布设12个站位,利用柱状采泥器采集表层沉积物,通过定性和定量分析,研究甲藻孢囊在辽东半岛沿岸海域的空间分布情况,并通过群落相似性分析,研究3个海域甲藻孢囊群落的相似性情况。研究结果显示,3个调查区域共检测出甲藻孢囊10属15种,其中自养型9种,异养型6种。各区域各站位孢囊丰度相差较大,为87~775孢囊/g,平均丰度为393孢囊/g,东港和庄河海域丰度较低,普兰店海域丰度相对较高。相似性分析结果显示,3个海域孢囊群落组成亲缘关系较远。普兰店海域有毒有害甲藻分布广泛,且临近孢囊种类和丰度较高的长山群岛海域,毒素在贝类体内累积的可能性较高,需引起重视。

人工湿地处理造纸废水后细菌群落结构变化

人工湿地通过模拟自然湿地的生态系统,能够实现污染物的去除,是一种高效经济的污水处理手段,但是对人工湿地处理后污水中细菌群落的研究较少。采集了造纸厂排污口和人工湿地出水口的水样,检测了溶解氧、pH值和盐度等水质指标,对主要污染物的含量进行了测定和分析,并利用DGGE技术对细菌群落的变化进行了研究。结果表明:(1)造纸污水经人工湿地处理后水质有明显提高;(2)人工湿地处理后细菌群落结构发生变化,优势菌由γ变形菌和衣原体变为α变形菌,而且微生物多样性指数Shannon-Wiener's降低;(3)人工湿地处理前污水中存在着大量致病微生物和降解微生物,处理后以环境友好的固氮菌和少量致病菌为主。研究结果揭示了人工湿地不仅可以去除造纸废水中的污染物,改善水质而且可以大大减少向环境中排放的致病微生物,防止由致病微生物引起的生态灾难的发生,为将来人工湿地应用于工业污水处理和微生物生态安全评估提供有效可靠的依据。

洪水对大凌河河流浮游细菌群落的影响

洪水是一种突发性强、破坏力大的自然灾害,它不仅造成巨大的经济损失,而且对生态环境也有严重危害。在地球生物化学过程中起重要作用的微生物是否也受到影响值得深入研究。2012年采集了洪水暴发前后辽宁省锦州段大凌河表层水样,利用DGGE技术,结合PCA和RDA分析研究了洪水对河流表层水中细菌群落的影响。结果表明:(1)洪水发生前后河流表层水中的细菌群落发生了改变:洪水发生前河流中细菌群落结构与河段所处的自然环境有很大的相关性,而洪水发生后这一现象消失。(2)洪水发生前,影响细菌群落结构的主要环境因素是pH和盐度,而洪水发生后,影响细菌群落结构的主要环境因素是总磷。这一研究结果提示洪水通过改变河流表层水环境特性对其中的细菌群落进行重塑。

低剂量重离子辐射对水稻种子和幼苗DNA甲基化的影响

为了研究低剂量重离子辐射对植物产生的表观遗传学效应,采用高传能线密度(62.2 keV/μm)和低剂量(2 Gy)的放射性束流^(12)C对水稻(Oryza sativa,japonica)的干种子和幼苗进行辐射。采用甲基化敏感限制性酶切多态性分析(MSAP)的方法对材料基因组CCGG位点的甲基化状态进行检测。共选用12对选择性引物扩增了共800个条带,其中有65个条带(8.13%)在种子辐射后发现呈多态性,而只有10个条带(1.3%)在幼苗辐射后发现呈多态性。统计学分析显示高能量低剂量的重离子对水稻种子和幼苗的基因组甲基化状态都产生了影响,而且种子受到辐射后产生的甲基化改变明显高于幼苗(P=0.011)。另外,甲基化和去甲基化变化类型的分析也表明种子和幼苗辐射后发生甲基化变化的趋势也不相同。

空间飞行水稻pi-hit-1基因启动子功能分析

pi-hit-1基因是本实验室通过空间诱变找到的一个水稻新基因。为了对pi-hit-1基因启动子结构和功能进行研究,首先使用植物启动子分析数据库(PlantProm DB-TSSP,TFSEARCH,PLACE及PlantCARE)对该基因转录调控区序列进行预测分析,结果显示该基因上游调控区存在多个顺式元件,主要集中在翻译起始位点前300bp的区域,转录起始位点位于翻译起始位点前100bp,在转录起始位点前132bp存在TATA box元件。凝胶电泳迁移率实验(EMSA)发现翻译起始位点上游约300bp存在转录因子特异结合位点,为该基因的核心启动子,这与预测结果一致。采用系统生物学的方法研究水稻新基因pi-hit-1启动子结构,发现了该基因的核心启动子元件,为研究空间环境如何影响基因的转录调控提供了重要依据。

模拟载人探月中航天员空间辐射风险评估

空间辐射是长期载人航天飞行任务中影响航天员健康的重要风险因素。为了探求载人探月过程中对空间辐射的合理防护方式,文章借助空间辐射场模型对"嫦娥三号"飞行任务在不同质量厚度材料屏蔽下的舱内空间辐射环境进行了仿真计算,并确定了航天员各器官接受的空间辐射剂量、剂量当量以及有效剂量等辐射防护量以进行辐射风险评估。结果表明,随着屏蔽厚度的增加,航天员的各组织或器官的吸收剂量和剂量当量以及有效剂量均明显降低;采用质量屏蔽的方法对低于100 Me V的质子具有很好的防护效果,但对高能质子或重离子的防护效果不明显。计算和分析显示,载人探月过程中,只要采取适当的防护措施,航天员的空间辐射风险是可控的。

空间飞行对水稻CDA基因甲基化的诱变效应

为了研究空间飞行对植物CDA基因甲基化的影响,以第21颗返回式卫星搭载的水稻种子和地面对照为试验材料,采用亚硫酸盐处理测序的方法对水稻胞嘧啶脱氨基酶(RCDA)基因CpG簇以及第一外显子区域胞嘧啶甲基化进行检测。与地面对照相比,空间飞行导致RCDA基因第一外显子发生可遗传的高甲基化变化。半定量PCR检测显示空间飞行后RCDA基因表达水平下降。另外采用药物5-氮杂胞苷处理水稻使RCDA基因甲基化水平降低,同时检测到基因表达水平上升。结果说明,空间飞行能够对RCDA基因产生甲基化诱变效应,并且甲基化水平的变化与基因表达相关。本研究从表观遗传学角度探讨了空间飞行环境对植物诱变效应的机制。

一种推广的靶效应模型及其对剂量-存活率的拟合探讨

辐射生物物理模型对于准确、有效地评估空间辐射引起的生物损伤及风险具有重要意义。目前较为流行的基于地基模拟的"靶效应模型"和"非靶效应模型",是进一步探索空间辐射生物物理模型的基础。在考虑了辐射的非靶效应和机体复杂的修复过程的基础上,将传统理论中"击中"即"失活"的线性关系进行了推广,提出了基于否定算子的靶效应模型。通过对辐射钝感和敏感的两类细胞辐射实验中剂量与细胞存活率数据进行拟合发现,对于正常皮肤成纤维细胞的存活率数据,经典的靶学说与基于否定算子的改进靶效应模型都有较好的拟合效果;而对于人类胚胎肝细胞的存活率数据,基于否定算子的改进靶效应模型的拟合结果明显优于传统的靶学说模型。拟合结果中的模型参数值在人成纤维细胞和胚胎肝细胞中明显不同,说明了本模型的参数与传能线密度,细胞的种类、以及修复能力等物理和生物因素有关。

单链DNA纯化对变性PAGE凝胶银染片段回收效率的提高

为了提高变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)银染后片段回收的效率,本实验在传统的煮沸法的基础上加入单链DNA纯化的步骤对水稻基因组CCGG为点甲基化敏感限制性酶切多态性(MSAP)分析片段进行回收,并对加入该步骤后的再扩增的效率与传统煮沸法进行了比较。实验结果显示,加入单链DNA纯化步骤后的回收效率比传统煮沸法提高了约6倍。改进后的方法可以有效地用于扩增片段长度多态性(AFLP)以及MSAP等差异显示PAGE凝胶银染DNA片段的回收。