典型PPCPs的生态毒理效应与强化处理技术

人类长期且大量的使用药品及个人护理用品（PPCPs），使其持续不断地输入环境，导致它们在环境中的残留浓度日益增加，并对人类和其他生物产生了不良的生态毒理效应。本文以四种典型PPCPs（对乙酰氨基酚、土霉素、三氯生、佳乐麝香）为研究对象，采用常规的毒理学实验方法，研究了它们对小麦种子发芽、根伸长的急性毒性，以及低浓度长期暴露对小麦幼苗叶绿素（CHL）、可溶性蛋白（SP）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）等生理生化特性的影响。由于PPCPs具有生态风险性，而传统的水处理工艺却不能有效的将这些物质去除。因此，开发更多的新技术以强化处理PPCPs，使它们在环境中残留的浓度尽可能降低是一项很重要的工作。本研究以零价铁处理有机物的原理为依据，自制铁铜双金属复合物，研究了其对PPCPs溶液的处理效果及影响因素，并对整个过程中的反应机理进行了初探。实验结果表明： 实验浓度下，四种PPCPs与小麦根长及芽长抑制率之间具有良好的剂量-效应关系。根据线性回归方程计算的EC50可知，不同种类的PPCPs对小麦种子发芽的毒性大小不同，而且小麦的芽及根部对不同PPCPs胁迫的敏感部位不同。对乙酰氨基酚、土霉素、三氯生对小麦根长的抑制较芽长显著，它们的EC50分别为668.8 mg/L、34.7 mg/L和147.8mg/L；而佳乐麝香对小麦芽长的抑制更为显著，EC50为143.4 mg/L。实验浓度范围内，四种PPCPs对小麦种子的发芽率均没有显著的抑制作用。四种PPCPs暴露21天后，2.8～22.4 mg/L对乙酰氨基酚、0.15～2.4 mg/L土霉素以及0.2～3.0 mg/L三氯生和佳乐麝香显著抑制小麦叶片/根部中的CHL和SP，而且使POD和SOD酶活性降低或上升，从而打破抗氧化系统的动态平衡；暴露21天内对CHL、SP、POD和SOD等含量在不同PPCPs胁迫下的变化趋势具有各自的特点。 以零价铁降解有机物的原理为依据，自制了铁铜双金属复合体系，以强化处理PPCPs溶液。电子扫描显微镜（SEM）及X-衍射（XRD）分析得出铁铜复合物（FeCu/Cu2O）由Fe、Cu及Cu2O组成。与零价铁相比，FeCu/Cu2O显著提高了对PPCPs的去除效果，主要是由于Cu的存在扩大了反应的电极电位差，即增加了Fe-Cu之间的外加阳极电流，从而加速Fe的阳极溶解，产生更多的高活性物质以更好的去除PPCPs。溶解氧是影响FeCu/Cu2O对PPCPs处理效果的重要因素，它们可以在FeCu/Cu2O表面获得电子后生成O2-，形成类Fenton体系。此外，由于Cu2O的光化学活性，光照也可以强化FeCu/Cu2O对PPCPs的处理效果。不同的反应条件下体系内的pH值及自由基的产生量不同。根据实验现象及相关的经典理论，本文对FeCu/Cu2O处理PPCPs的作用机理进行了初探，认为整个反应过程包括Fe的还原反应、Cu2O的光催化反应、Fe-Cu微电解反应以及絮凝过程等。

长白山阔叶红松林生态系统碳密度对采伐干扰的响应研究

本研究以长白山地区原始和次生的阔叶红松林为对象，在2007和2008年共建立了8种类型10块1 ha样地。通过野外调查和取样分析，得到各样地森林生态系统的植物、枯死物和土壤碳密度值，并结合采伐样地经营历史情况（采伐时间和强度），得到长白山地区原始阔叶红松林生态系统碳密度参考值和次生阔叶红松林生态系统碳密度对采伐强度和植被恢复时间的响应特征。在此基础上，通过建立阔叶红松林乔木碳密度与生态系统碳密度的回归关系，并结合露水河林业局3个时期（1987、1995和2003年）的小班数据和原始林碳密度参考值，估算露水河林业局林业用地3个时期和潜在的碳储量。主要研究结果如下： （1）原始阔叶红松林生态系统碳密度参考值：植被、枯死物、土壤和生态系统碳密度值分别为149.18±54.57、20.93±14.33、156.39±14.99、326.50±34.52 t•ha-1。其中下木层、乔木层碳密度分别是1.55±0.74，147.63±54.39 t•ha-1；粗木质残体和枯枝落叶碳密度分别是15.64±13.66、5.29±1.72 t•ha-1；0-50 cm的各层土壤碳密度分别为62.14±6.31、46.17±10.25、27.82±6.20、12.57±4.67、7.69±2.20 t•ha-1。 （2）原始阔叶红松林生态系统碳密度对采伐干扰的响应特征为：采伐干扰均会减少生态系统碳密度；其中植被碳库对采伐干扰最为敏感且碳密度值均减少，采伐强度直接决定植被碳密度的减少程度和恢复时间；枯死物碳库对采伐干扰最不敏感且碳密度值是先增加后减少，采伐强度和植被恢复时建群树种决定枯死物碳密度的变化程度；土壤碳库对高强度采伐干扰敏感，采伐强度决定土壤碳密度是否发生变化。 （3）估算露水河林业局林业用地在1987、1995、2003年和潜在的森林生态系统碳储量分别为29.58×106 t、27.55×106 t、30.46×106 t和38.75×106 t。

甲基对硫磷水解酶结构和功能的研究

本研究以本实验室分离的有机磷农药高效降解菌Pseudomonas sp．WBC-3为材料，通过X-射线晶体学研究确定了甲基对硫磷水解酶（MPH）的三维结构，并在结构基础上探讨了甲基对硫磷水解酶的结构与功能的关系。利用生物信息学手段对Pseudomonas sP.WBC-3中的甲基对硫磷水解酶基因进行分析，推测论H的结构基因的编码序列为398-1393 bp，蛋白大小为331个氨基酸，且具有一个由35个氨基酸组成的信号肤。同时发现，MPH是一个不同于具有相似生物学功能的有机磷水解酶（OPH）的蛋白质，而且在PDB库中尚无与MPH同源性较高的蛋白结构。晶体的生长依赖于高纯度的蛋白质的获得。在本研究中，我们采用阳离子交换树脂和凝胶过滤两步纯化获得了纯度达95％以上的MPH溶液，并采用等离子体质谱仪测定MPH为含锌的金属酶。采用悬滴蒸汽扩散法获得了PI和P43212两种晶型的晶体以及硒标记的MPH晶体。在获得单晶以后，最终利用尸43212晶型的晶体通过多波长反常散射法（MAD）解析了MPH的三维结构。MPH的晶体结构为同源二聚体，具有与OPH类似的二价金属离子组成的活性中心：其中一个单体含有两个锌离子，另一个单体含有一个锌离子和一个锅离子；每个单体的两个金属离子通过AsP 151、His 152、His 302、His 147、His 149、His 234和A印255与蛋白质相连，一个H2O分子桥连于两个金属离子，还有一个H2O分子只与一个金属离子配位。在MPH三维结构知识的基础上，利用分子生物学手段对MPH活性中心附近可能的底物结合氨基酸位点进行了研究。通过定点突变获得了针对Trp179，Phe 196和Phe 119三个位点的六个突变体W179F、W179A、F196W、F196A、FllgW和Fll9A，系统比较了突变体与野生酶的催化动力学特点。结果表明Trp 179，Phel％是MPH活性中心的底物结合部位的关键氨基酸。而Phe 119在与底物结合中的作用不明显。

沈阳城市森林环境效益的生理生态学基础研究

为了对沈阳市绿化树种的合理配置及城市森林环境效益的定量评价提供科学依据，本文以沈阳典型城市森林功能类型为试验区，利用L工一6400光合作用测定系统，采用自然条件下定位观测和室内分析相结合的方法，在典型城市森林功能类型主要绿化树种光合与蒸腾生理生态特性分析的基础上，首次对沈阳市城市森林固碳释氧和降温增湿生态环境效益进行了系统研究。典型城市森林功能类型主要树种的光合与蒸腾日变化曲线多呈单峰型，春季和夏季公园主要树种以双峰型曲线居多。光合速率与蒸腾速率季节变化趋势主要表现为夏季＞秋季＞春季。利用多元逐步回归分析方法，首次建立了沈阳市典型功能类型主要树种光合速率和蒸腾速率与生理生态因子的关系模型，确定了各季节影响光合与蒸腾速率的主要因子。典型城市森林功能类型乔木树种单位叶面积日固碳释氧能力为：白榆＞京桃＞旱柳＞银中杨＞刺槐＞油松＞银杏，降温增湿能力为：白榆＞京桃）银中杨＞旱柳＞刺槐＞油松＞银杏；灌木树种日固碳释氧与降温增湿能力均为：金钟连翘＞重瓣榆叶梅＞紫丁香。碳氧平衡分析表明，沈阳市城市森林年总固碳量205.20万吨，总释氧量147.88万吨，沈阳市耗氧量为1 463.04万吨，森林释氧量为其耗氧量的10.11％。

生物转化合成磷霉素菌株的筛选与转化特性研究

本研究从磷霉素（FOM）生产车间和储存仓库附近土壤中筛选手性环氧化顺式丙基磷酸（cPA）合成FOM的高效生物转化细菌。采用两种筛选模型，从土壤样品中分离到了183株待选细菌，其中147株为FOM抗性细菌，36株为cPA利用细菌。采用改进的琼脂块培养法，初筛获得了22株生物转化合成FOM菌株；再经振荡培养法，复筛获得3株生物转化活力较高的菌株，分别为FB3212、FB4211和FB7912。通过培养特征、生理生化特征性试验和16SrRNA序列分析鉴定，确定FB3212为赤红球菌（Rhodococcusruber），FB4211属于De沂ia菌属，FB7912为梭形芽抱杆菌（Bacillusfusformis），皆为新发现的生物转化合成FOM菌种。通过转化特性试验，FB3211、FB42n和FB7912的FOM转化合成均属于VO3-依赖型。甘油与Co2+对转化有明显的促进作用。在分批培养实验中FoM浓度在72h内随时间延一长而增高。底物cPA浓度对转化的影响最大，在三株菌中，FB7912的底物的抑制效应最小，转化活性最高，当cPA浓度为10mg／mL时，转化效果最佳，磷霉素转化产量为1.15mg/mL，转化率为10.17％。