硫化汞纳米颗粒的微生物摄入及其甲基化过程监控研究
发布时间：2021-04-05 06:58
汞是一种高毒性的全球污染物,其主要污染来源为各种化工制造过程的人为排放,气态单质汞可在大气中进行长距离传输,并最终通过干湿沉降累积在沉积物中。沉积物中存着大量的厌氧微生物,通过微生物介导的汞甲基化过程可将排放的无机汞转化为高毒性甲基汞,甲基汞又可通过食物链富集对人体造成健康威胁。硫化汞纳米颗粒(HgSNP)是一种“新”发现的重要形态颗粒汞,大量研究表明多种化工生产过程中也会有HgSNP生成,例如石油、天然气的整个生产链以及工业废水的处理过程,同时在各种环境介质中也发现HgSNP的大量存在。有研究表明这些生成的HgSNP可以被甲基化进而对人体产生危害,因此这些化工过程产生的HgSNP也将造成环境威胁。本论文将对HgSNP后续的环境影响进行进一步的监控和评估,尤其是它的生物可利用性。基于此,本研究利用同位素示踪技术、单细胞-电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、尺寸排阻色谱-电感耦合等离子体质谱（SEC-ICP-MS）、透射电子显微镜（TEM）等技术手段研究H...
【文章来源】：江汉大学湖北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ICP-MS组成[10]
江汉大学硕士研究生学位论文第17页量分析就尤为重要。常用的连续浸提、选择性提取的方法虽能在得到一些有效信息，但仍存在着提取剂选择困难，步骤繁琐等诸多问题。急需一种新的技术手段来解决细胞内的元素分析，单细胞-ICP-MS技术的诞生，为这一方面的研究提供了新的思路。随着对单个细胞为研究对象的分析需求不断增加，建立一个快速、高通量的单细胞元素分析方法显得尤为重要。单细胞-ICP-MS技术是近年来迅速发展的关于单个细胞内元素形态及含量的分析方法。单细胞-ICPMS是在时间分辨模式下检测分散液中的细胞，细胞数量由谱图中的单细胞信号个数表示，细胞中的元素含量则与单细胞信号强度呈正相关[98]。Wang等[99]利用单细胞-ICP-MS检测出宫颈癌细胞（Hela）、肺癌细胞（A549）及正常的人支气管上皮细胞（16HBE）中微量元素（Fe、Mn、Cu、Zn、P、S）含量，通过对比不同细胞间的各微量元素含量差异，可区分出肿瘤细胞和正常细胞。Ho等[100]使用单细胞-ICP-MS对小球藻中的镁（Mg）含量进行分析，并利用单分散的MgO纳米颗粒悬浮液对单个小球藻的Mg信号进行校准标定，其结果同酸消解定量结果表现出很好的一致性，证明了该方法的可行性。图1-2单细胞-ICP-MS分析的基本原理[98]Fig1-2Principleofsinglecell-ICP-MSanalysis单个细胞在ICP中的行为与普通的液体样品不同，其更像分散的固体颗粒。如图1-2所示，对于均相溶解态的样品而言，在经过等离子体时会产生稳定连续的正价离子，从而在质谱中得到连续而平稳的信号，无“尖刺”出现；而对于非均相的细胞分散液，由于细胞内元素更为集中高，因而经
江汉大学硕士研究生学位论文第24页示。通过优化，在ATCCMedium1957原始配方基础上加入酵母提取物和L-半胱氨酸后，铁还原盐GeobactersulfurreducensPCA可在本实验条件下快速生长，生长周期大大缩短，且细菌浓度得以提高。细菌在实验室纯培养条件下展现出4个阶段：迟缓期、对数期、稳定期和衰亡期，在培养0-12h迟缓期，12-36h为对数期，36-54h为稳定期，54h以后进入衰亡期。图2-1铁还原菌GeobactersulfurreducensPCA的生长曲线（a）原始培养基-生长曲线[102]（b）优化培养基-生长曲线Fig2-1GrowthcurveofironreducingbacteriaGeobactersulfurreducensPCA（a）Originalmedium-growthcurve（b）Optimizemedia-growthcurve但当添加暴露液HgCl2和HgSNP时，其添加成分L-半胱氨酸含有的巯基小分子会与汞结合[13.14]，影响最终实验结果。而酵母提取物含有多类蛋白质等复杂成分对本实验暴露体系影响过大，故暴露时所用的培养基应除去半胱氨酸和酵母提取物。既需保证铁还原菌GeobactersulfurreducensPCA的快速生长和活性，还需使最终暴露体系不受其他成分因素干扰，故设置三步培养法：生长培养基（包含酵母提取物和L-半胱氨酸）-过渡培养基（减量酵母提取物和L-半胱氨酸）-暴露培养基（无酵母提取物和L-半胱氨酸）。在已确认的对数生长期（30h）时，使用了生长培养基和过渡培养基的菌液分散性好，细菌数量密度可达~108/mL。而暴露培养基中的菌液出现明显团聚现象，细菌活性低且无法测定OD600值，无法确认细菌数量。通过三步培养法，驯化细菌使其逐渐适应并减少对酵母提取物和L-半胱氨酸这两种营养成分的依赖性。为了明确铁还原菌对HgSNP的摄入及甲基化作用，需要确保HgSNP的暴露浓度既01020304050600.000.200.400.600.80光密度OD
【参考文献】：
期刊论文
[1]根际土壤中汞甲基化与去甲基化作用双同位素示踪研究[J]. 王燕,孙涛,王训,王永敏,王定勇. 环境科学学报. 2020(01)
[2]汞污染现状和研究进展[J]. 高兰兰,戴刚. 环境与发展. 2017(07)
[3]冷原子荧光法测水中汞在环境监测方面的应用[J]. 邱致刚,乐文志. 科技传播. 2013(21)
[4]Geobacter sulfurreducens对汞的甲基化及其影响因素研究[J]. 邹嫣,司友斌,颜雪,陈艳. 环境科学. 2012(09)
[5]HPLC-ICP-MS法分析太湖沉积物中砷的形态及分布特征[J]. 刘锋,石志芳,姜霞,李烔源,陈玉红. 质谱学报. 2011(03)
[6]多接收电感耦合等离子体质谱法高精密度测定汞同位素组成[J]. 尹润生,冯新斌,Foucher Delphine,侍文芳,赵志琦,王静. 分析化学. 2010(07)
[7]我国汞供需现状分析及削减对策[J]. 菅小东,沈英娃,姚薇,王玉晶,张鑫. 环境科学研究. 2009(07)
[8]同位素稀释等离子体质谱法准确测定地质样品中痕量铼[J]. 杨胜洪,屈文俊,杜安道,杨刚,陈江峰. 岩矿测试. 2006(02)
[9]电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定饮用水及水源水中31种元素[J]. 刘丽萍,张妮娜,周珊,田佩瑶,毛红. 中国卫生检验杂志. 2005(08)
本文编号：3119361
【文章来源】：江汉大学湖北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ICP-MS组成[10]
江汉大学硕士研究生学位论文第17页量分析就尤为重要。常用的连续浸提、选择性提取的方法虽能在得到一些有效信息，但仍存在着提取剂选择困难，步骤繁琐等诸多问题。急需一种新的技术手段来解决细胞内的元素分析，单细胞-ICP-MS技术的诞生，为这一方面的研究提供了新的思路。随着对单个细胞为研究对象的分析需求不断增加，建立一个快速、高通量的单细胞元素分析方法显得尤为重要。单细胞-ICP-MS技术是近年来迅速发展的关于单个细胞内元素形态及含量的分析方法。单细胞-ICPMS是在时间分辨模式下检测分散液中的细胞，细胞数量由谱图中的单细胞信号个数表示，细胞中的元素含量则与单细胞信号强度呈正相关[98]。Wang等[99]利用单细胞-ICP-MS检测出宫颈癌细胞（Hela）、肺癌细胞（A549）及正常的人支气管上皮细胞（16HBE）中微量元素（Fe、Mn、Cu、Zn、P、S）含量，通过对比不同细胞间的各微量元素含量差异，可区分出肿瘤细胞和正常细胞。Ho等[100]使用单细胞-ICP-MS对小球藻中的镁（Mg）含量进行分析，并利用单分散的MgO纳米颗粒悬浮液对单个小球藻的Mg信号进行校准标定，其结果同酸消解定量结果表现出很好的一致性，证明了该方法的可行性。图1-2单细胞-ICP-MS分析的基本原理[98]Fig1-2Principleofsinglecell-ICP-MSanalysis单个细胞在ICP中的行为与普通的液体样品不同，其更像分散的固体颗粒。如图1-2所示，对于均相溶解态的样品而言，在经过等离子体时会产生稳定连续的正价离子，从而在质谱中得到连续而平稳的信号，无“尖刺”出现；而对于非均相的细胞分散液，由于细胞内元素更为集中高，因而经
江汉大学硕士研究生学位论文第24页示。通过优化，在ATCCMedium1957原始配方基础上加入酵母提取物和L-半胱氨酸后，铁还原盐GeobactersulfurreducensPCA可在本实验条件下快速生长，生长周期大大缩短，且细菌浓度得以提高。细菌在实验室纯培养条件下展现出4个阶段：迟缓期、对数期、稳定期和衰亡期，在培养0-12h迟缓期，12-36h为对数期，36-54h为稳定期，54h以后进入衰亡期。图2-1铁还原菌GeobactersulfurreducensPCA的生长曲线（a）原始培养基-生长曲线[102]（b）优化培养基-生长曲线Fig2-1GrowthcurveofironreducingbacteriaGeobactersulfurreducensPCA（a）Originalmedium-growthcurve（b）Optimizemedia-growthcurve但当添加暴露液HgCl2和HgSNP时，其添加成分L-半胱氨酸含有的巯基小分子会与汞结合[13.14]，影响最终实验结果。而酵母提取物含有多类蛋白质等复杂成分对本实验暴露体系影响过大，故暴露时所用的培养基应除去半胱氨酸和酵母提取物。既需保证铁还原菌GeobactersulfurreducensPCA的快速生长和活性，还需使最终暴露体系不受其他成分因素干扰，故设置三步培养法：生长培养基（包含酵母提取物和L-半胱氨酸）-过渡培养基（减量酵母提取物和L-半胱氨酸）-暴露培养基（无酵母提取物和L-半胱氨酸）。在已确认的对数生长期（30h）时，使用了生长培养基和过渡培养基的菌液分散性好，细菌数量密度可达~108/mL。而暴露培养基中的菌液出现明显团聚现象，细菌活性低且无法测定OD600值，无法确认细菌数量。通过三步培养法，驯化细菌使其逐渐适应并减少对酵母提取物和L-半胱氨酸这两种营养成分的依赖性。为了明确铁还原菌对HgSNP的摄入及甲基化作用，需要确保HgSNP的暴露浓度既01020304050600.000.200.400.600.80光密度OD
【参考文献】：
期刊论文
[1]根际土壤中汞甲基化与去甲基化作用双同位素示踪研究[J]. 王燕,孙涛,王训,王永敏,王定勇. 环境科学学报. 2020(01)
[2]汞污染现状和研究进展[J]. 高兰兰,戴刚. 环境与发展. 2017(07)
[3]冷原子荧光法测水中汞在环境监测方面的应用[J]. 邱致刚,乐文志. 科技传播. 2013(21)
[4]Geobacter sulfurreducens对汞的甲基化及其影响因素研究[J]. 邹嫣,司友斌,颜雪,陈艳. 环境科学. 2012(09)
[5]HPLC-ICP-MS法分析太湖沉积物中砷的形态及分布特征[J]. 刘锋,石志芳,姜霞,李烔源,陈玉红. 质谱学报. 2011(03)
[6]多接收电感耦合等离子体质谱法高精密度测定汞同位素组成[J]. 尹润生,冯新斌,Foucher Delphine,侍文芳,赵志琦,王静. 分析化学. 2010(07)
[7]我国汞供需现状分析及削减对策[J]. 菅小东,沈英娃,姚薇,王玉晶,张鑫. 环境科学研究. 2009(07)
[8]同位素稀释等离子体质谱法准确测定地质样品中痕量铼[J]. 杨胜洪,屈文俊,杜安道,杨刚,陈江峰. 岩矿测试. 2006(02)
[9]电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定饮用水及水源水中31种元素[J]. 刘丽萍,张妮娜,周珊,田佩瑶,毛红. 中国卫生检验杂志. 2005(08)
本文编号：3119361
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