水体中活性氧物种的种类与光化学来源

天然水体系中有机污染物的环境行为与水体中各种活性氧物种的光化学来源密切相关。主要介绍了水体中羟基自由基(·OH)、单线态氧(1O2)、水合电子(e–(aq))、烷基过氧自由基(·OOR)和双氧水(H2O2)五种活性氧物种的性质及其光化学来源。     

凤眼莲及底泥对富营养化水体反硝化脱氮特征的影响研究

利用改进的漂浮箱法,通过直接测定水体释放的N2O、N2,在模拟实验中研究种养及未种养漂浮植物凤眼莲条件下富营养化水体硝化、反硝化脱氮释放N2、N2O特征及其对消减水体氮的贡献。结果表明,种养或未种养凤眼莲的富营养化水体硝化、反硝化脱氮的产物以N2为主,硝化、反硝化脱氮释放N2O而脱除的氮仅占水体TN损失量的0．01％＋0．003％。在实验设定的水体富营养化条件下（NH4^＋ —N浓度6．0～7．2mg·L^-1、NO3^- -N浓度0．81～5．14mg·L^-1、TN浓度为8．9～12．07mg·L^-1）,种养凤眼莲的富营养化水体（无底泥）以向大气界面累积释放N2形式损失的氮量（N2-N量,以N计）为（1609．1±303．4）-（2265．2±262．6）mg,占水体氮损失量的63．2％-17．0％,凤眼莲吸收的N仅占水体TN损失量的（23．7±3．1）％～（28．7±4．8）％,并不是净化水体氮的唯一途径。未种养凤眼莲的富营养化水体（无底泥）向大气界面累积释放N2形式损失的氮占整个水体N损失量的（40．7±8．6）％-（43．6±0．8）％,是富营养化水体自净脱氮的主要途径。施加底泥进一步促进了水体通过反硝化脱氮释放N2而损失的氮量。凤眼莲与底泥对促进反硝化脱氮过程具有良好的交互作用（P〈0．01）。种养凤眼莲的富营养化水体向大气界面释放N2的浓度显著（P〈0．05）高于相应处理下未种养凤眼莲的对照水体,说明凤眼莲可能对水体反硝化脱氮过程有促进作用。     

太湖地区井水中溶解N2O及其排放的研究

水体是氧化亚氮(N_2O)排放的重要来源,连续监测太湖地区井水水面N_2O排放通量和井水中溶解N_2O浓度以及不同深度水样N_2O浓度结果表明,井水N_2O-N年均排放通量为90.85μg/m~2·h,井水中溶解N:O-N浓度年均高达13.09μg/kg,不同层次水样N_2O浓度差异明显,且时间差异显著,暖季井水有作为N_2O汇的趋势,但仍以N_2O源为主导作用。水体N_2O排放通量与井水中溶解N_2O浓度呈显著正相关,且N_2O-N浓度与NO_3~--N浓度和水温呈显著正相关,井水中的反硝化作用强烈,井水是N_2O的重要来源。     

外源NO对镉胁迫下长春花质膜过氧化ATP酶活性及光合特性的影响

为了解镉胁迫下外源NO对地被植物生理响应的调控机制,采用盆栽试验研究了外源NO（SNP）对镉胁迫下长春花幼苗生长、活性氧代谢、质膜ATP酶活性及光合特性的影响。结果表明,外施100μmol·L^-1SNP能缓解25mg·kg一镉胁迫对长春花幼苗生长的抑制,增加叶长、叶宽、株高、基径和生物量。与镉胁迫相比,施用SNP能够降低叶片和根系中丙二醛（MDA）、过氧化氢（H2O2）含量和过氧根离子自由基（O2^-·）产生速率,提高过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性及还原型谷胱甘肽（GSH）含量。SNP能显著缓解镉胁迫对叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）和总叶绿素的抑制,提高叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和气孔限制值（Ls）,降低胞间CO2浓度（G）和瞬时光能利用效率（LUE）。同时,外源NO能诱导叶片和根系中质膜H＋-ATPase和Ca2＋-ATPase活性提升到正常水平（对照）。但外施100μmol·L-1 NO分解产物NaNOx或SNP相似物Na3Fe（CN）6对镉胁迫则无明显缓解作用。因此,外源NO可通过提高活性氧清除能力,增加叶绿素含量,增强质膜ATP酶活性,从而提高叶肉细胞光合能力,加强离子跨膜运输和信号转导,缓解镉胁迫对细胞质膜的损伤。     

城市污水的微生物-植物联合修复对水体N_2O、N_2和O_2释放的影响

针对城市河道污染水体治理这一问题,采用自主研发的自然水体原位收集装置对微生物和微生物-植物联合修复过程中气体N_2O、N_2及O2释放的特征进行野外原位监测。结果表明:微生物菌剂和微生物-植物联合净化期间水体氧化亚氮(N_2O)释放速率均值分别为10.68、5.91μmol·m~(-2)·h~(-1),与对照比,降幅分别为16.37%和53.86%;氮气(N_2)释放速率均值分别为1.49、0.87 mmol·m~(-2)·h~(-1),降幅分别为5.70%和67.54%;氧气(O_2)释放速率均值分别为1.14、0.69 mmol·m~(-2)·h~(-1),降幅分别为14.93%和72.06%;微生物菌剂及微生物-植物联合净化期间,目测水体透明度转好,藻类含量降低,水体溶氧由超饱和状态(17.17 mg·L~(-1))降至正常水体溶氧水平(9.49 mg·L~(-1)),降幅达到50%,可能是水体氧气释放速率降低的原因。因此,微生物-植物联合净化能显著降低水体N_2O、N_2及O_2的释放速率,推测是由于微生物和水生植物对水体养分的同化作用产生营养竞争,抑制了微生物反硝化作用产生N_2O、N_2并抑制藻类生长产生O_2及增加水体溶氧的原因。     

淹水条件下硝态氮对甜樱桃根系抗氧化酶活性和活性氧含量的影响

为探讨淹水条件下NO3-对根系抗氧化酶活性和活性氧（ROS）含量的影响,以美早/Colt甜樱桃（Prunus pseudocerasus Lindl.）为试验材料,研究了NO3-在淹水过程中对甜樱桃根系抗氧化酶活性和活性氧含量的变化。结果表明,淹水过程中甜樱桃根系超氧化物岐化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性和过氧化氢(H2O2)、超氧阴离子(O2—)、丙二醛（MDA）含量变化皆呈先升后降趋势。加入NO3-,甜樱桃根系SOD、POD和CAT活性亦呈先升后降趋势,但均高于对照;而H2O2、O2— 和MDA含量低于对照。因此,淹水条件下,加入NO3-可以提高抗氧化酶活性、降低活性氧含量,从而减轻甜樱桃根系因淹水造成的伤害。     

水稻气孔臭氧通量拟合及通量与产量关系的比较分析

利用田间原位开顶式熏气装置（Open-Top Chambers,OTCs）,研究了5种不同浓度臭氧（O3）处理下（自然大气处理,AA;箱内大气处理,NF;箱内低浓度O3处理,NF＋30nL·L-1;箱内中等浓度O3处理,NF＋60nL·L-1;箱内高浓度O3处理,NF＋90nL·L-1）我国珠三角地区水稻产量损失与累积气孔O3通量（AFstX）和累积O3浓度（AOT40和SUM06）的关系,同时利用边界线拟合法,分析了不同环境因子作用下水稻剑叶气孔导度的变化特征。结果表明：水稻气孔运动的光饱和点和最适温度分别约为500μmol·m-2·s-1和33.1℃,水汽压差、物候期和O3暴露剂量的气孔限制临界值分别约为1.3kPa、500℃·d和5μL·L-1·h,高于此临界值时,气孔导度会明显下降。利用Jarvis气孔导度模型对水稻剑叶气孔导度和气孔O3吸收通量进行了预测,结果表明Jarvis模型解释了水稻实测气孔导度61%的变异性。O3吸收速率临界值（X）为2nmol·m-2·s-1时,累积气孔O3吸收量（AFst2）与水稻产量的相关性最高（R2=0.63）,明显高于O3浓度指标（AOT40和SUM06）与水稻产量的相关性（R2值分别为0.49和0.51）,表明基于气孔通量的O3风险评价指标能更好地反映水稻产量的变化。     

猪粪沼液施用对稻麦轮作系统土壤氧化亚氮排放的影响

以典型的猪粪尿发酵沼液为对象,探讨了沼液施入量和管理方式对以中国东部稻麦轮作农田系统土壤N2O排放规律和排放量的影响。研究结果表明,与化学氮肥相比,沼液施用未影响稻麦轮作系统土壤N2O排放的季节变化规律,但影响其排放量的大小。稻季100%施用沼液的处理（N100%DPS）其累积排放量为0.71kg·hm-（22008年）和1.38kg·hm-（22009年）,显著高于100%施用化肥的处理（N100%Ure）a,即0.68kg·hm-2和1.06kg·hm-2。麦季N100%DPS处理N2O的累积排放量分别为6.56kg·hm-（22008年）和5.05kg·hm-2（2009年）,与N100%Urea处理（2008年：5.89kg·hm-2;2009年：3.93kg·hm-2）无显著差异,但均显著高于稻季各处理。随着沼液替代化学肥料用量的降低,稻田N2O排放量呈降低趋势,而沼液一次性施入和分次施入对稻田N2O排放的季节动态和累积排放量均无显著影响;但沼液不同的管理方式对麦季累积N2O排放量更为复杂。稻、麦两季N100%DPS处理中N2O排放系数（f）均最大,分别达到0.3%和1.6%,但沼液分次施入和一次性施入的处理间f值均无显著差异。     

Mn对超富集植物短毛蓼（Polygonum pubescens Blume）抗氧化机理的影响

采用水培的方法,研究了不同浓度Mn（0、0.5、1、2、4、8mmol·L-1）对新发现的Mn超富集植物短毛蓼（Polygonum pubescens Blume）生长、Mn吸收及Mn对其抗氧化酶和非酶系统的影响。结果表明,锰处理显著增加了（P〈0.05）短毛蓼根、茎、叶中Mn的含量,锰处理还引起了短毛蓼叶片中过氧化氢（H2O2）和丙二醛（MDA）的累积。当Mn处理浓度大于1mmol·L-1时,显著降低了短毛蓼的株高、株重（P〈0.05）;当Mn处理浓度为8mmol·L-1时,短毛蓼叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a＋b含量最低,与对照差异显著（P〈0.05）。Mn处理显著提高了短毛蓼叶片中超氧物歧化酶（SOD）活性（P〈0.05）,而过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性呈先升后降趋势,表明Mn处理打破了短毛蓼活性氧物质的正常代谢,并启动了抗氧化酶系统。8mmol·L-1的Mn处理,显著提高了短毛蓼叶片中巯基（-SH）、还原型谷胱甘肽（GSH）的含量（P〈0.05）,比对照分别提高了10.6%和20%,表明-SH、GSH在短毛蓼缓解Mn毒害的过程中起着重要作用。     

壳聚糖对毒死蜱胁迫下菠菜生理生化指标的缓解作用

以菠菜（Spinacia olerac ea L.）为材料,在露地栽培条件下研究了不同浓度壳聚糖（0、50、100、200mg·L-1）对毒死蜱胁迫下菠菜超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、O2-·产生速率、过氧化氢（H2O2）、丙二醛（MDA）、脯氨酸、可溶性糖积累的缓解作用。结果表明,壳聚糖对毒死蜱胁迫下菠菜抗氧化酶活性及相关生理指标起到了缓解作用,其中低浓度壳聚糖（50、100mg·L-1）的缓解作用更为明显。喷施低浓度壳聚糖后,能提高菠菜的SOD活性,降低O2-·产生速率以及MDA、脯氨酸和H2O2的积累,从而缓解毒死蜱对菠菜的胁迫作用。与毒死蜱胁迫相比,壳聚糖能将毒死蜱胁迫下的抗氧化酶活性及相关生理指标较早的恢复到对照水平,主要体现在SOD活性以及MDA、可溶性糖、脯氨酸和H2O2积累的变化上。就壳聚糖的缓解作用而言,壳聚糖对菠菜SOD活性、O2-·产生速率以及MDA、脯氨酸和H2O2积累的缓解作用较大,而对POD、CAT、APX活性和可溶性糖积累的缓解作用较小。     

镉长期暴露对中华稻蝗抗氧化机制的影响

采用生长于Cd2＋污染条件下的小麦苗喂养中华稻蝗的慢性染毒方法,研究了Cd2＋胁迫对中华稻蝗SOD、CAT、GPx活性和H2O2浓度的影响。结果表明,在Cd2＋的作用下,中华稻蝗体内SOD、CAT、GPx活性和H2O2浓度均发生变化,表明Cd2＋可导致中华稻蝗体内产生ROS。SOD、CAT、GPx3种酶对Cd2＋有一定的耐受性：当Cd2＋浓度在这3种酶的耐受范围内,酶活性提高,反之酶活性降低。Cd2＋与抗氧化系统间的关系复杂,SOD、CAT、GPx共同承担清除ROS、保护中华稻蝗的重要作用。     

Spd浸种对Cd胁迫下油菜幼苗的抗氧化系统的影响

采用水培试验,研究了0.20mmol·L-1Cd2＋浓度下,0.10mmol·L-1亚精胺（Spd）浸种处理对油菜幼苗叶片抗氧化系统的影响。结果表明,Cd胁迫使油菜幼苗叶片褪绿,叶绿素总量及叶绿素a/b含量与对照相比极显著降低,Spd浸种处理可显著逆转这一变化,缓解叶片的褪绿现象。与Cd处理相比,Spd浸种显著或极显著提高了油菜幼苗中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性和可溶性蛋白、谷胱甘肽（GSH）含量,从而降低了丙二醛（MDA）含量,极显著降低了超氧阴离子（O-2·）含量,缓解了Cd的氧化胁迫作用。总之,Spd浸种处理通过提高Cd胁迫下植株体内抗氧化酶及抗氧化剂活性,降低活性氧（ROS）水平来缓解重金属胁迫对油菜幼苗的伤害,提高幼苗的耐重金属能力。     

苯丙烯酸胁迫对黄瓜幼苗生长和抗氧化代谢特性的影响

采用营养钵土培的方法,研究了外源苯丙烯酸对津美1号、绿衣天使、C90和翠龙等不同黄瓜品种幼苗生长和叶片抗氧化酶活性及活性氧代谢的影响。结果表明,外源苯丙烯酸胁迫对黄瓜幼苗生长具有很强的抑制作用,并随着胁迫浓度的增大受抑制的程度加强。在苯丙烯酸胁迫下,黄瓜叶片的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性表现为低浓度升高,高浓度下降的趋势;超氧阴离子（O2-.）产生速率、过氧化氢（H2O2）含量、膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）含量及渗透调节物质脯氨酸（Pro）含量、可溶性糖含量随着苯丙烯酸浓度的升高而显著增加。不同黄瓜品种对苯丙烯酸胁迫的响应存在着品种间差异。     

微囊藻毒素-LR对罗非鱼肝脏活性氧自由基含量及相关抗氧化酶活性的影响

通过腹腔注射的方式研究了微囊藻毒素-LR（MC-LR）对罗非鱼肝脏活性氧自由基含量（ROS）及相关抗氧化酶,如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性的影响。实验设计了5个剂量组（对照组、50、100、250、500μg·kg-1MC-LR）,并在2、12、24、36、84h检测了ROS含量、SOD和CAT酶活性的变化。结果表明,在MC的作用下,肝脏组织能够产生大量的ROS。SOD和CAT这两种抗氧化酶在清除过量ROS的过程中发挥了不同的作用,SOD酶动态变化的过程表现为在36h突然上升后恢复的趋势,而CAT酶活性在24h和84h有两个高峰。实验结果为以抗氧化酶如SOD、CAT作为监测MC-LR引起罗非鱼毒性作用的生物标志物提供了可行性的依据,为进一步从抗氧化系统的角度研究MC对鱼类的毒性作用机制奠定了基础。     

SO2诱导拟南芥气孔保卫细胞致死效应研究

以拟南芥叶片下表皮为材料,研究了SO2体内衍生物——亚硫酸钠和亚硫酸氢钠混合液（3：1,mmol·L^-1／mmol·L^-1）对气孔保卫细胞的致死作用。结果表明,浓度0．5～4．5mmol·L^-1的SO2衍生物处理表皮3h可引起保卫细胞死亡,细胞死亡率呈浓度依赖性增高。抗坏血酸（AsA）或过氧化氢酶（CAT）与SO2衍生物共同作用时,保卫细胞死亡率显著降低。Ca^2＋合剂乙二醇双四乙酸（EGTA）或Ca^2＋通道抑制剂LaCl3与SO2衍生物共同作用时,保卫细胞死亡率亦显著降低。研究发现,一定浓度的SO2可诱导拟南芥保卫细胞死亡,胁迫可能通过诱导活性氧、激活质膜钙通道,造成胞外Ca^2＋内流,引发细胞死亡。     

硒的价态与浓度水平对6种植物种子发芽和根际生长的影响

本文研究了硒的价态（Se6＋和Se4＋）和浓度水平（0～100mgSe·L-1）对6种植物（大麦、小麦、花椰菜、萝卜、苜蓿和欧芹）种子萌发和根际生长特性的影响。结果表明,低浓度硒（〈1mgSe·L-1）对种子发芽促进作用不明显,而高浓度硒（〉4mgSe·L-1）则有显著抑制作用,不同种子对硒的抗性表现不同。根长和芽长的测定结果表明,低浓度对花椰菜和小麦种子生长具有显著促进作用,对欧芹种子表现出抑制作用。较高浓度（1～4mg·L-1）即对花椰菜、苜蓿和欧芹的根生长表现出抑制作用,高浓度对小麦、大麦和萝卜根生长有抑制作用,且使芽生长受到抑制的硒浓度高于根生长。比较价态,低硒时六价对花椰菜生长的促进作用显著高于四价,高硒时小麦和苜蓿对硒的抗性表现为六价硒强于四价硒,其余科属差异不显著。不同科属对硒的抗性为禾本科小麦和大麦最强,十字花科花椰菜和萝卜次之,豆科苜蓿较差,伞形科欧芹最差。     

崇明岛稻麦轮作系统稻田温室气体排放研究

通过静态箱-气相色谱法,研究了崇明岛稻麦轮作地水稻生长季及收割后休耕期（2011年6月至2011年11月）温室气体CO2、CH4和N2O的排放、吸收规律及交换量,并运用增温潜势进行了温室效应估算。3种温室气体通量在水稻不同生长阶段有明显差异：稻田除成熟收割期外,其他期均表现为CH4排放源,并在分蘖期达到最大值;N2O除幼苗期表现为汇,其他期均为排放源,并在拔节期达到最大值。温室效应分析得出：水稻田温室气体以CH4和N2O排放为主,二者对全球温室效应的贡献为3.255×103kgCO2·hm-2;由于光合作用,稻田表现为对CO2固定,固定量为2.462×103kgCO·2hm-2;崇明水稻生长季排放温室气体综合GWP值为793kgCO·2hm-2,为温室气体排放源。     

砷胁迫对不同砷富集能力植物叶片抗氧化酶活性的影响

采用室内水培试验方法,研究了砷胁迫（0～50mgAs·L^-1）对砷超富集植物大叶井口边草（Pteris cretica vat．nervosa）和非砷超富集植物剑叶凤尾蕨（Pteris ensiformis）叶片的过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性以及丙二醛（MDA）含量和自由基0i·产生速率的影响,并研究了25mgAs·L^-处理下上述6种指标的时间动态。结果表明,随着砷浓度升高,除APX外,剑叶凤尾蕨叶片的CAT、POD和SOD活性受到很大抑制,而大叶井口边草叶片这3种酶的活性能够维持,特别是POD活性显著增加;大叶井口边草叶片的MDA含量降低,剑叶凤尾蕨则升高;剑叶凤尾蕨叶片中的O2^-·产生速率比大叶井口边草增加显著。从时间动态看,随处理时间的延长,大叶井口边草叶片中的CAT和APX活性先降低再升高,POD活性显著增加,SOD活性变化不显著;剑叶凤尾蕨叶片的POD和SOD活性显著降低,APX活性无显著变化,CAT活性则先降低后升高;两种供试植物叶片的MDA含量第6d时均出现明显下降,但大叶井口边草叶片中O2^-·的产生速率在第6d则显著增加,而后降至实验初始时的水平。总起来看,砷超富集植物大叶井口边草比非砷超富集植物剑叶凤尾蕨具有更强的抗氧化能力,并且POD在其抗氧化体系中起关键作用。     

不同土地利用方式下土壤温度与土壤水分对黑土N2O排放的影响

采用静态箱一气象色谱法,对黑土区3种不同土地利用方式（草地、裸地和农田）下土壤氧化亚氮（N：O）的排放特征及其与土壤温度和土壤水分的关系进行研究。结果显示：试验监测期间（2011年5月27日-9月30日）,不同土地利用方式下,土壤N：0累积排放量分别为草地52．08mgN·m^-2裸地64．43mgN·m^-2农田70．16mgN·m^-2,农田土壤N：O累积排放量比草地和裸地分别高出35％和9％,草地、裸地和农田的N2O平均排放通量分别为16．56、20．36、21．44μgN·m^-2·h^-1。草地和裸地中,土壤N2O排放通量与土壤温度和土壤水分（充水孔隙度,WFPS）相关性均不显著,但在农田中,土壤N20排放通量与土壤温度（5cm和10cm）和土壤水分（5cm）均呈显著正相关（P〈0．05）。另外,土壤N2O累积排放量与土壤硝态氮和矿质氮含量均呈正相关关系。研究表明,黑土草地开垦可促进土壤N2O的排放,且不同土地利用方式下土壤N2O排放的主要影响因子不同。