黑暗条件下黄铁矿选择性消减拟柱胞藻毒素的机理研究

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基本信息

  • 批准号：
    51909082
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    23.5万
  • 负责人：
    汪淑廉
  • 依托单位：
    湖北工业大学
  • 学科分类：
    E1007.环境污染治理与修复
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Cylindrospermopsin (CYN) is one of cyanobacterial toxins released from eutrophic water. It is difficult to remove effectively because of its weak degradation and persistent residue under natural light conditions. Previous studies have found that pyrite can selectively degrade CYN in the presence of natural organic matter (NOM). In this research, pyrite is used as the catalyst to generate reactive oxygen species (ROS) and the degradation mechanism by ROS is studied. Isotope labelling (H218O) technique is employed to study the generation mechanism of ROS at the surface of pyrite. X-ray diffraction spectroscopy (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) are applied to analyze the change of crystal surface structure and element valence state. Online attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) is used to observe the catalytic site between CYN and pyrite. The cleavage pathway of uracil group is proposed by liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS). Based on the research, an effective and preferential detoxification method in the presence of pyrite and NOM in dark will be established to provide economically viable catalyst for removing cyanotoxins efficiently in open water.
拟柱胞藻毒素(CYN)是富营养化水体中释放的一种蓝藻毒素，因其在自然光照条件下降解微弱且残留持久而难以将其有效去除。前期研究发现黄铁矿能在天然有机物(NOM)共存时选择性高效降解CYN。本项目将重点研究黄铁矿在黑暗条件下产生活性氧物种(ROS)在NOM共存时选择性降解CYN的机理。拟采用同位素(H218O)标记技术研究黑暗条件下黄铁矿表面ROS的产生机制，并通过X射线衍射光谱(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析黄铁矿降解CYN过程中晶面结构和元素价态变化，结合在线衰减全反射-傅立叶变换红外(ATR-FTIR)分析技术探究黄铁矿锚定CYN的催化位点，并根据液质联用(LC-MS)分析CYN结构中尿嘧啶基团的断裂方式和断裂路径。项目初步提出黄铁矿在黑暗且NOM共存条件下产生ROS选择性降解CYN的有效脱毒模式，为实施开放水体高效脱除蓝藻毒素提供经济可行的技术方法。

结项摘要

拟柱胞藻毒素（Cylindrospermopsin, CYN）是一种从富营养化水体中释放的，全球第二常见的蓝藻毒素。它稳定存在于自然环境中，在太阳光下的降解率极低。在天然有机物（NOM）共存的水体中，一方面，扮演有毒物质清除剂的活性氧物种（ROS）的产生往往依赖光照；另一方面，环境中产生的ROS总是优先被高浓度的NOM消耗，而对CYN的脱毒效果差。针对这些问题，课题以地壳中分布最广的硫化物矿物黄铁矿作为CYN的选择性脱毒催化剂，研究黄铁矿在黑暗条件下产生ROS在NOM共存时选择性降解CYN的机理。.（1）建立黄铁矿在自然光照射和黑暗条件下降解CYN的动力学模型。结果发现，在不存在黄铁矿时，CYN的半衰期为98 h；而在自然光照射和黑暗条件下，黄铁矿使CYN的半衰期缩短至0.78 h和32 h。在自然光照射下，NOM对黄铁矿降解CYN有一定的抑制作用；而在黑暗条件下，NOM对黄铁矿降解CYN无明显影响。.（2）开展了黑暗条件下黄铁矿表面ROS的产生机制研究。结果表明，黑暗条件下，无法发生金属与配体之间的光致电荷转移(MLCT反应)，O2还原和中间产物氧化是ROS产生的主要机制。.（3）研究了黄铁矿选择性降解CYN的机理。黄铁矿特殊的双齿螯合结构使其能优先与CYN结合，再通过黄铁矿表面产生的•OH破坏CYN结构中尿嘧啶基团，显著降低了CYN的急性毒性。.（4）开展开放水体效果验证。结果表明，拟柱胞藻生物量和产毒与光照强度和温度密切相关，黄铁矿添加后，一方面释放的铁离子起到絮凝的作用，可以将藻细胞沉降下来，降低藻细胞密度、增加透明度和降低TP含量；另一方面，黄铁矿表面可以产生ROS，促使CYN浓度降低，同时降低TN的浓度。.课题揭示了黄铁矿在黑暗且NOM共存条件下产生ROS选择性降解CYN的有效脱毒模式；为实施开放水体高效脱除蓝藻毒素提供理论科学依据和经济可行的技术方法。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Detoxification of Cylindrospermopsin by Pyrite in Water
水中黄铁矿对圆柱精蛋白的解毒作用
  • DOI：
    10.3390/catal9090699
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Catalysts
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Wang Shulian;Chen Yongmei;Jiao Yiying;Li Zhu
  • 通讯作者：
    Li Zhu
Cadmium-effect on performance and symbiotic relationship of microalgal-bacterial granules
镉对微藻-细菌颗粒性能和共生关系的影响
  • DOI：
    10.1016/j.jclepro.2020.125383
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子：
    11.1
  • 作者：
    Wang Shulian;Ji Bin;Cui Baihui;Ma Yingqun;Guo Dabin;Liu Yu
  • 通讯作者：
    Liu Yu
Photodegradation of microcystin-LR by pyridyl iron porphyrin immobilized on NaY zeolite
NaY沸石固定吡啶铁卟啉光降解微囊藻毒素-LR
  • DOI：
    10.2166/wst.2020.083
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Water Science and Technology
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    Shulian Wang;Huiqin Zhang;Hongmei Ge;Yafei Shi;Zhu Li
  • 通讯作者：
    Zhu Li
Defensive responses of microalgal-bacterial granules to tetracycline in municipal wastewater treatment
城市污水处理中微藻细菌颗粒对四环素的防御反应
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2020.123605
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Bioresource Technology
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Wang Shulian;Ji Bin;Zhang Meng;Ma Yingqun;Gu Jun;Liu Yu
  • 通讯作者：
    Liu Yu
Tetracycline-induced decoupling of symbiosis in microalgal-bacterial granular sludge
四环素诱导的微藻-细菌颗粒污泥共生解耦
  • DOI：
    10.1016/j.envres.2021.111095
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Environmental Research
  • 影响因子：
    8.3
  • 作者：
    Wang Shulian;Ji Bin;Zhang Meng;Gu Jun;Ma Yingqun;Liu Yu
  • 通讯作者：
    Liu Yu

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    张志忠;程德玺;廖明军;汪淑廉;李祝
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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