表面活性剂调控疏水性污染物跨膜过程及分子机制项目摘要

疏水性有机污染物的跨膜传输过程是细菌降解有机物的限速步骤，通常会受到脂多糖层等亲水结构的阻碍，严重制约了生物修复有机污染土壤的效率和应用。本项目以强化疏水性污染物的跨膜传输过程为目标，以革兰氏阴性菌细胞膜疏水性孔道的蛋白质分子界面为研究对象，从分子水平研究表面活性剂-细胞外膜-HOCs的相互作用，表面活性剂对疏水性孔道内C8E4组分的增溶、替换作用，研究表面活性剂与疏水性孔道中高、低疏水基团的选择性结合及其性质的影响，探讨表面活性剂对疏水孔道构象的影响。重点研究表面活性剂对增大疏水孔道外部有效底物浓度、增强内部疏水梯度引导力以及提高横向出口触发敏感性的影响及机制，试图阐明疏水性有机污染物跨膜进入细菌胞内的途径、表面活性剂强化污染物的跨膜传输过程及其分子机制，解决疏水性有机污染物跨膜进入细菌胞内量少速度慢而导致土壤细菌降解有机污染物效率低的问题，为拟定经济安全高效的土壤修复技术提供科学依据。

疏水性有机污染物（HOCs）的跨膜传输过程是细菌降解有机物的限速步骤，是影响生物修复有机污染土壤效率和应用的重要过程，通常会受到菌表吸附的可参与跨膜传输的疏水底物浓度、细胞膜透性等因素的影响。本项目旨在通过表面活性剂对细菌迁移活性、菌表吸附调控菌表可参与跨膜的底物浓度，通过与细菌细胞内/外膜的相互作用影响细菌的膜透性，从而促进疏水性污染物的跨膜传输。研究发现：（1）表面活性剂可加速细菌在土柱中的迁移，且可降低细菌在土柱中的残留率，从而提高细菌与污染物接触可能性。表面活性剂对细菌迁移的促进作用与其浓度和性质相关，1.0和4.0 g/L Tween 80最终平衡洗出细菌量占细菌总量的比例分别为0.74和1.00，均远高于纯水体系的0.412；对细菌迁移活性影响程度顺序为Tween 80 > Tween 40 > Tween 20，与其HLB值正相关。（2）得到两株PAHs降解菌Klebsiella oxytoca和Pseudomonas aeruginosa，均可高效降解、去除菲、苊等典型HOCs。Triton X系列表面活性剂对细菌吸附PAHs表现为浓度依赖，低浓度对吸附系数影响不大， 而高浓度（CMC以上）则显著降低Kd值；且对Kd的影响与表面活性剂HLB呈负相关。共存污染物（碘、铜、镉）均会促进细菌对HOC的吸附，重金属（铜和镉）主要是通过n-π键合起作用，而碘则通过I-C特殊结合其作用。（3）表面活性剂可增加P. aeruginosa的内膜、外膜透性，如8 CMC Triton X-114存在时，P. aeruginosa内膜渗透性是无表面活性剂对照的2.20倍。但对细菌相对电导率的影响不明显。利用脂质体模拟细胞膜研究HOCs的跨膜扩散，发现表面活性剂可加速和提高脂质体包裹菲的扩散，如Tween 80-皂角苷（1:9）可以协助将脂质体中87%左右的菲扩散出来，远高于无表面活性剂对照。

光合同化物在库端的运输直接与光合同化物分配有关。了解其运输及调控机理将是提高作物产量及改善作物品质的理论基础。豆科作物种子在发育过程中积累大量的养分，而且具有其独特的解剖结构：母代的种皮细胞与子代的胚胎细胞之间是相互隔离的。因此，胚胎所需要的养分必须先由韧皮部运送到种皮然后释放到种子的质外体，随后再被胚胎细胞吸收。在这一养分转运过程中必然涉及到两个连续，但方向相反的跨膜运输过程：养分从种皮细胞跨膜释放到质外体和养分跨膜吸收进入到胚胎细胞。胚胎对养分的需求与种皮的供给是通过种皮细胞的膨压来调节的。但养分跨膜运输以及膨压调控养分释放的机理却不清楚。本项目将以发育中的菜豆（Phaseolus vulgaris L.）种皮为材料用现代生物物理学、细胞生物学手段来揭示养分跨膜运输以及其膜运输蛋白感应和传导膨压信号的机理,为提高豆科作物的产量和改善其品质提供理论依据。 2100433B

根据我国土壤污染现状和趋势，选择Cd、Pb和石油烃等典型传统污染物以及PPCPs新型污染物（包括加乐麝香、吐纳麝香、罗红霉素、氯四环素和土霉素等），重点研究导致其土壤复合污染的气-土、水-土界面之间在微观尺度上的多界面迁移转化过程；从模式生物蚯蚓、小麦和大白菜暴露复合污染土壤的分子毒理着手，重点通过DNA分子损伤与多态性、mRNA与蛋白质水平变化及典型生物化学与生理学响应的生物标志物较为系统的筛选研究，并以棕壤、褐土和红壤等代表性土壤对其反应灵敏度、特异性及可操作性进行验证基础上，进一步开展对现场实际土壤污染进行分子诊断的应用研究，为我国今后全面、系统开展该方向研究积累经验与方法，为建立土壤污染暴露危害和早期预警的有效检测手段打下基础；在此基础上，以上述复合污染土壤的生态修复调控为重点，结合畜禽粪便施肥及污泥农用的源头阻断与作物根际阻抗调控研究，探寻有效解决我国土壤复合污染的新技术原理。