环境与资源研究法 题目汇总

.1、LogKow的公式Kow定义为分配平衡时某一有机化合物在辛醇相中的浓度（C0）与其在水相中非解离形式浓度（Cw）的比值，即：Kow=C0/CwLogKow即为对Kow取对数。由上述对Kow的定义可以看出，LogKow值代表着物质在有机相和水相中的分配，也即物质在细胞中的溶解性情况（相似相溶）。LogKow数值越大，代表有机化合物在辛醇中的浓度越高，即表明物质较容易穿过细胞膜的磷脂双分子层结构，越容易进入细胞；反之，LogKow数值越小，代表有机化合物在辛醇中的浓度越低，物质较不容易穿过细胞膜的的磷脂双分子层结构，越容易溶于细胞外水溶液。测定PBDE同系物的辛醇-水分配系数，首先可以用实验方法：（1）产生柱法：将一定体积的PBDE正辛醇（水饱和）溶液加入产生柱中，使用一定体积的蒸馏水（正辛醇饱和）循环通过恒温（25+0.5）产生柱中过程的正辛醇层，连续测定5个水相浓度，直至两相平衡，由此求出分配系数。（2）反相高效液相色谱法：利用反向液相色谱系统来模拟正辛醇水分配系统。在HPLC系统中测试出PBDE及已知其LogKow值的参比物的容量因子K，再根据参比物的lgK-lgKow标准曲线计算PBDE的lgKow值。其次可以用Leo碎片法计算得，即是基于从经验得来的碎片常数f和结构因子F的加和，即lgKow=碎片常数f+结构因子（F）f和F值可以通过查表得到，要输入的唯一信息是化合物的结构参数，但PBDE中连接的结构类型较为复杂，所以碎片可能会有很多f值可用，考虑的因子过多，容易出现误差。再次可以使用EPI Suite 软件进行计算，这种方法较为方便且对于疏水性较强的PBDE，计算值更为精准。2、PCR技术的原理PCR技术的基本原理 类似于DNA的天然复制过程，其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。PCR由变性-退火-延伸三个基本反应步骤构成：模板DNA的变性：模板DNA经加热至93左右一定时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离，使之成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准备；模板DNA与引物的退火(复性)：模板DNA经加热变性成单链后，温度降至55左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；引物的延伸：DNA模板-引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用下，以dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA 链互补的半保留复制链重复循环变性-退火-延伸三过程，就可获得更多的“半保留复制链”，而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需24分钟， 23小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。PCR技术的应用: 1、核酸的基础研究：基因组克隆 2、不对称PCR制备单链DNA用于DNA测序 3、反向PCR测定未知DNA区域 4、反转录PCR（RT-PCR）用于检测细胞中基因表达水平、RNA病毒量以及直接克隆特定基因的cDNA 5、荧光定量PCR用于对PCR产物实时监控 6、cDNA末端快速扩增技术 7、检测基因的表达 8、医学应用：检测细菌、病毒类疾病；诊断遗传疾病；诊断肿瘤；应用于法医物证学。PCR技术应用广泛：生命学科，医学工程，遗传工程，疾病诊断，法医学，考古学都有其运用。PCR除了是一个诊断工具外，更重要的是它有广泛的运用。在我所研究的环境科学方向中，可以利用PCR本身直接可用来鉴定特定基因的存在与否的特点，对环境中能对污水起净化作用的菌种进行PCR技术鉴定。可以进一步了解该菌种的净化机理，有利于菌种培养。也可以用来侦测基因是否有异常 (Gene mutation, deletion, and rearrangement)。另外在演化上的分析，经由PCR的运用也产生重大的进展。近来，在环境科学的研究上，特别是细胞间讯息的传递分子，诸如介白质 (Interleukines) 及各种生长因子 (Growth factors) 基因的表现都可用PCR来进行质与量的分析。3、微生物学家生平历届列文虎克奖得主1877 C. G. Ehrenberg，Germany 1885 F. Cohn，Poland 1895 L. Pasteur，France 1905 M. W. Beijerinck，Netherlands 1915 Sir D. Bruce，United Kingdom 1925 F. dHerelle，Egypt 1935 S. Nikolaevitch Winogradsky，France 1950 S. A. Waksman，United States 1960 A. Lwoff，France 1970 C. B. van Niel，United States 1981 R. Y. Stanier，France 1992 C. R. Woese，United States2003 Karl Stetter，Germany部分简介：1877 C. G. Ehrenberg，Germany 克里斯汀戈特弗里德埃伦伯格（1795.4.191876.6.27），生于德国德利慈（Delitzsch），他最早在莱比锡大学研读神学，后来到柏林研读医学与自然科学。探险家亚历山大冯洪堡是他的好友。著名博物学家、动物学家、比较解剖学家、地理学家、微生物学家。他是当代最多产的自然科学家之一，细菌即是由他命名的。1905 M. W. Beijerinck，Netherlands 拜耶林克就读于荷兰莱顿大学，并在在瓦赫宁根大学农业学校微生物专业（现在的瓦赫宁恩大学）成为了一名教师，后来在代尔夫特技术学院（现代尔夫特理工大学）（从1895年）。他建立了代尔夫特大学微生物学。他研究农业微生物学和工业微生物学领域的生物学。他却不公平的被同时代的罗伯特科赫和路易斯巴斯德所掩盖，因为与他们不同，拜耶林克没研究过人类疾病。他被认为是病毒学的开创者，他在1898年通过过滤实验证明烟草花叶病的病原体比细菌还要细小，并因此推论出病毒的存在。他把这种病原体命名为“virus”。（伊万诺夫斯基也在1892年发现了病毒，但他没有公布他的发现。）他主张病毒是一种液体，但后来美国化学家斯坦利证明了病毒其实是微粒。1拜耶林克也发现了氮气转化为植物所能够吸收的铵离子的过程固氮作用。在这个过程中，附于某些品种植物（荚果）的根部上的细菌为其提供养分，是植物与细菌之间的共生的典型例子，也对维持泥土肥沃起着关键作用。拜耶林克发现了通过还原硫酸盐进行缺氧呼吸的细菌，他认识到细菌能够以硫酸盐代替氧气作为最终电子受体。这个发现深远地影响到我们现时对生物地质化学循环的认识。1935 S. Nikolaevitch Winogradsky，France 谢尔盖尼古拉耶维奇维诺格拉茨基(1856. 9. 11953. 2. 25）是俄国一位著名微生物学家，土壤微生物学的创立者之一。首先发现硝化作用为硝化细菌所引起。18851888年间，分离得到能使铵氧化为亚硝酸盐的亚硝化单胞菌属和亚硝化球菌属以及能使亚硝酸盐氧化为硝酸盐的硝化杆菌属两种细菌。同时，他还研究了贝日阿托氏菌后确定了它利用无机物硫化氢作为能源、以二氧化碳作为碳源。他的研究揭示了土壤中化能无机营养型细菌的存在。1992 C. R. Woese，United States卡尔理查德乌斯（1928年生于纽约州锡拉丘兹）是一位美国微生物学家和物理学家。乌斯因在1977年由对16S 核糖体RNA种系发生分类学分析定义了古菌（生物的一个新的域）而知名。他还是RNA世界学说的创始人，虽然当时该理论还不叫那个名字。2003 Karl Stetter，Germany一个边缘生命的顽强追寻者赢得了微生物学的最高荣誉。2003年11月24日，德国雷根斯堡大学的极端微生物（extremophiles）专家Karl Stetter接受了荷兰皇家科学院颁发的列文虎克勋章。Stetter是世界上最成功的超嗜热菌（hyperthermophiles）培养者，超嗜热菌是指在能在90以上环境中生活且繁殖速度最快的微生物，而这个温度条件下其它微生物立刻就会死亡。他和他的同事已经识别出超过45种新古生菌物种，许多古生菌都能在滚烫的80C水域中生活。Stetter是在一次家庭度假时做出其一生中最重大发现之一的。1980年，他和他的同事在冰岛热泉中发现了在80C以上温度中生活的细菌。“就是在那时我灵感迸发。”他说，“我想，上帝呀，还应该有其它的细菌也能在高温下生活。会不会还有细菌能在100C的沸水中生存？”怀疑德国政府不会资助这样一个不着边际的想法，他和他的妻子、也是一名微生物学家的Heidi决定在第二年夏季到西西里岛附近的Vulcano岛度假。在那儿，Heidi和他们6岁的女儿Sabine在装满取样设备的救生筏上等待，Stetter则潜入火山热孔中收集温度范围从105C到110C超热水样本。Heidi帮助把样本装到瓶子里，而Sabine负责读取样本的pH值，他回忆说。回到实验室后，Stetter检测到这些超热水样本中含有丰富的超嗜热菌。Stetter和他的同事最终从热孔样本中识别出11个新物种。卡尔乌斯（carl woese）20世纪70年代，卡尔博士率先研究了原核生物的进化关系。他没有按常规靠细菌的形态和生物化学特性来研究，而是靠分析由dna序列决定的另一类核酸-核糖核酸（rna）的序列分析来确定这些微生物的亲缘关系。乌斯和他的同事们研究细菌的核糖核蛋白体中rna序列时，发现并不是所有的微小生物都是亲戚。他们发现原来我们以为同是细菌的大肠杆菌和能产生甲烷的微生物在亲缘关系上竟是那么不相干。它们的rna序列和一般细菌的差别一点也不比与鱼或花的差别小。产甲烷的微生物在微生物世界是个异类，因为它们会被氧气杀死，会产生一些在其它生物中找不到的酶类，因此他们把产生甲烷的这类微生物称为第三类生物。后来又发现还有一些核糖核蛋白体rna序列和产甲烷菌相似的微生物，这些微生物能够在盐里生长，或者可以在接近沸腾的温泉中生长。而我们知道，早期的地球大气中没有氧气，而含有大量氨气和甲烷，可能还非常热。在这样的条件下植物和动物无法生存，对这些微生物却非常合适。在这种异常地球条件下，只有这些奇异的生物可以存活，进化并在早期地球上占统治地位，这些微生物很可能就是地球上最古老的生命。 因此，乌斯把这类第三生物定名为古生菌（archaea），成为和细菌域、真核生物域并驾齐驱的三大类生物之一。他们开始还没有如此大胆，只是称为古细菌（archaebacteria），后来他们感到这个名词很可能使人误解是一般细菌的同类，显不出它们的独特性，所以干脆把“bacteria”后缀去掉了。这就是古生菌一词的来由。路易斯 巴斯德Louis Pasteur (18221895).法国微生物学家,化学家。1847年他研究酒石酸的旋光性，发现酒石酸有右旋和左旋现象，经过10年研究后提出分子不对称性理论，开创了立体化学研究的途径。在里尔他从事发酵、酿造的研究。1857年他发现某些细菌能导致乳酸发酵。他研究酵母的酒精发酵及其他微生物的发酵作用,证明了发酵是微生物活动的结果,不同微生物引起不同类型的发酵，创立了发酵的生物学理论，并建立了至今还在使用的消灭酒中杂菌的低温消毒技术即巴斯德消毒法。他经过5年研究,找出了威胁法国养蚕业的“蚕瘟”的病原体蚕微粒子，并提出了防治措施。他还研究了蚕的软化病，发现了致病的弧菌。1868年他因病身体部分瘫痪，但仍继续进行研究工作。1877年以后研究了人畜的多种传染病如炭疽病、气性坏疽、鸡霍乱、疔疮、骨髓炎、产褥感染、猪丹毒和狂犬病等。他成功地分离出并在实验室中培养了炭疽杆菌，研究了病原菌的性质。1880年他又分离出鸡霍乱菌，并发现弱化的霍乱菌不能致病却能使鸡获得免疫,根据这一发现,他用经高温培养弱化了的炭疽病菌,对炭疽病试行防治,取得预期效果。对狂犬病的研究是他科学生涯中最后、也是最重要的一项工作。赛尔曼A瓦克斯曼(Selman Abraham Waksman)（1888年7月22日1973年8月16日），乌克兰裔美国生物化学家和微生物学家。瓦克斯曼发现了链霉素和其他抗生素。瓦克斯曼首先将链霉素用于治疗肺结核病人。瓦克斯曼因此获得1950年Leeuwenhoek Medal;1952年诺贝尔生理学或医学奖。可奈里斯贝尔那多斯封尼尔（Cornelis,Bernardus,Van,Niel）,德国人.发现红色细菌的厌氧光合作用 获得1970年Leeuwenhoek Medal.4、简述三种MIP技术(Southern blotting, northern blotting, western blotting 三种分子fp迹技术的原理和异同)印迹（blotting）是生物学实验中常用的检测和分析方法。印迹（blotting）实验的过程可以简单描述为将待检测的生物大分子经电泳等方法分离后转移并固定在膜（如：硝酸纤维素膜、PVDF膜、尼龙膜）上，然后用特异性识别物质（如探针）去识别，最后经显色反应（同位素放射自显影、荧光、化学发光等）在膜上显示出结果-印迹。Western Blotting与Southern Blotting、Northern Blotting的技术原理差别还是比较大的。这种差别体现在Southern Blotting和Northern Blotting是基于DNA和RNA分子之间碱基互补配对的特异性识别能力，而Western Blotting则基于抗原抗体之间特异的免疫反应。Southern Blotting和Northern Blotting时使用带有标记（如同位素标记或荧光标记）的DNA或RNA探针去识别并结合到待检测核酸上，然后直接显影；而Western Blotting时要先用待检测蛋白的“一抗”结合到待检测蛋白上，再用可识别“一抗”并偶联了某种酶的“二抗去检测”一抗“，最后通过显色反应的信号来显示待检测蛋白的存在与否及量的多少。另外，Southern Blotting和Northern Blotting两者比较容易混淆。这两种技术最关键的区别在于待检测核酸的属性，如果被检测的是DNA，则该技术就是Southern Blotting，其探针可以是DNA也可以是RNA；类似地，如果被检测的是RNA，不管探针是RNA还是DNA，该方法就叫作Northern Blotting。除了以上三种Blotting技术，还有两种不太常见的Blotting技术：Eastern Blotting和Southwestern blotting。Eastern Blotting 是一种检测蛋白质翻译后修饰的技术，其检测目标是蛋白质上特定的修饰基团或部位，如脂肪酸链、糖基、磷酸化的氨基酸等等。在Eastern Blotting实验中，通常要先用2D电泳将蛋白质分离，然后转到膜上，再用特异的探针去检测。蛋白质的翻译后修饰是蛋白质执行功能过程中普遍存在的调控手段！Southwestern blotting 是一种检测DNA和蛋白质互作的方法，因此才有Southwestern之称。首先用SDS-PAGE的方法将蛋白质分离开来并转移到膜上，然后在尿素的存在下去除SDS使蛋白尽可能复性，最后用带标记的特定序列的DNA探针去检测。以上简单介绍的几种Blotting技术都以检测某种生物大分子的存在（或量的多少）为目的，所使用的去识别待检测物质的探针或抗体与待检测物质之间的结合是已知的、确定的。在这一点上做文章，就可以把blotting技术推广到验证蛋白质相互作用这个领域。5、吸收光谱与发射光谱的区别，分别列举。吸收光谱发射光谱定义当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量满足E = hv的关系时，将产生吸收光谱。物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子M* ，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱。通过测量物质的发射光谱的波长和强度来进行定性和定量分析的方法叫做发射光谱分析法。能量吸收/发射类型原子吸收、分子吸收、磁场诱导吸收原子发射、分子发射光谱吸收类型紫外可见分光光度法、原子吸收光谱法、红外吸收光谱法、顺磁共振波谱法、核磁共振波谱法g 射线光谱法、X射线荧光分析法、原子发射光谱分析法、原子荧光光谱分析法、分子荧光光谱分析法、分子磷光光谱分析法、化学发光分析法激发方式粒子轰击，发生X射线高压交流火花、电弧，产生紫外、可见或红外辐射电磁辐射照射，产生荧光放热的化学反应，产生化学发光6、色谱与质谱的区别，描述连用技术（可参考21）色谱法,又称色层法或层析法，是一种物理化学分析方法，它利用不同溶质（样品）与固定相和流动相之间的作用力（分配、吸附、离子交换等）的差别，当两相做相对移动时，各溶质在两相间进行多次平衡，使各溶质达到相互分离。质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比的测定来进行分析的一种分析方法。被分析的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同，把离子按质荷比（m/z）分开而得到质谱，通过样品的质谱和相关信息，可以得到样品的定性定量结果。气质联用仪(GC-MS)是最早商品化的联用仪器，适宜分析小分子、易挥发、热稳定、能气化的化合物；用电子轰击方式（EI）得到的谱图，可与标准谱库对比。 气质联用仪，广泛应用于复杂组分的分离与鉴定中，其分辨率和灵敏度 气质联用仪是生物样品中药物与代谢物定性定量的有效工具。气质联用仪被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定，其具有GC的高分辨率和质谱的高灵敏度，是生物样品中药物与代谢物定性定量的有效工具。液质联用(LC-MS)主要可解决如下几方面的问题：、亲水性强、挥发性低的有机物，热不稳定化合物及生物大分子不挥发性化合物分析测定。HPLC-MS除了可以分析气相色谱-质谱（GC-MS）所不能分析的强极性、难挥发、热不稳定性的化合物之外，还具有以下几个方面的优点：分析范围广，MS几乎可以检测所有的化合物，比较容易地解决了分析热不稳定化合物的难题；分离能力强，即使被分析混合物在色谱上没有完全分离开，但通过MS的特征离子质量色谱图也能分别给出它们各自的色谱图来进行定性定量；定性分析结果可靠，可以同时给出每一个组分的分子量和丰富的结构信息；检测限低，MS具备高灵敏度，通过选择离子检测（SIM）方式，其检测能力还可以提高一个数量级以上；分析时间快，HPLC-MS使用的液相色谱柱为窄径柱，缩短了分析时间，提高了分离效果；自动化程度高，HPLC-MS具有高度的自动化。7、微生物群落结构和多样性的分析方法及优缺点（1）传统的微生物培养法优：可以检测环境中的活细胞，且对微生物生态学的发展起很重要的作用。缺：采用配比简单的营养基质和固定的培养温度，还忽略了气候变化和生物相互作用的影响，这种人工环境与原生境的偏差使得可培养的种类大大减少(1%)，因而不能全面地反映微生物区系组成状况，烦琐、耗时。（2）群落水平生理学指纹方法通过检测微生物样品对多种不同的单一碳源的利用能力，来确定哪些基质可作为能源，从而产生对基质利用的生理代谢指纹，如BIOLOG鉴定系统。优：自动化，快速，目前已可用于丝状真菌的鉴定缺：仅能鉴定快速生长的微生物，误差较大（pH），拥有的标准数据库还不完善（3）生物标记物法利用特定的标记物标记特定的微生物，将生物标记物的组成模式（种类、数量和相对比例）作为指纹，估价微生物群落结构。具体的方法是，先用一种合适的提取剂直接把生物标记物从环境中提取出来，然后对提取物进行纯化，后用合适的食品加以定量测定，如醌指纹法、脂肪酸图谱分析。优点：不需要分离，克服由于培养而导致的微生物种群变化，具有一定的客观性。（4）以PCR为基础的rRNA基因的分析方法可用于微生物群落结构分析的基因组DNA的序列包括：核糖体操纵子基因序列（rDNA）、已知功能基因的序列、重复序列和随机基因组序列等。方法包括克隆库法、末端限制性片段长度多态性分析（TRFLP）、荧光原位杂交（FISH）、变性梯度凝胶电泳等。优：最常用的标记序列rRNA（rDNA）在细胞中相对稳定，同时含有保守序列及高可变序列，是微生物系统分类的一个重要指标。方法定义优点缺点克隆文库利用PCR扩增特定的基因片段,建立克隆库然后测序分析多样性.实现复杂微生物群落的高分辨率分析,提供群落中优势成员的信息.测序数量有限,结果不能反映真正的多样性,无法定量. 工作量大。DGGE通过PCR扩增特定的基因片段,利用DNA解链点和GC含量不同在变性胶上实现分离.快速,可作多样品分析,直观呈现物种丰度,可分析菌群的时间动态性,可切胶对条带测序鉴定未知菌.对多样性高的样品结果不太理想,分辨率低, 分析序列较短影响特异性及二次引物设计.FISH利用荧光标记的各类16srRNA寡核苷酸探针,进行原位杂交探测提供固定群落中微生物形态、空间分布的信息。分辨率低T-RFLP应用荧光标记引物扩增基因,PCR产物用限制性酶切后产生不同长度的带标记片段, 可用色谱法分离快速,可作多样品分析, 提供群落中优势成员的信息,可分析菌群的时间动态性.分辨率低, 无法结合测序, 对未知菌株无法鉴定.Next-gensequencing利用合成原理的高度平行测序技术，直接分析基因多样性.可以测量高丰度菌群的变化,可以鉴定新种.信息量极大，重复性比较有挑战性,测序长度不长, 可能影响分析结果.PhyloChipAssay利用已知微生物序列的数据库设计探针的微距阵杂交技术.快速, 可定量, 不管是高丰度还是低丰度的菌群都可以提供可重复的结果.已知微生物的数据库总是在扩展, 所以特定时间内有局限性.8、六溴联苯醚和七溴联苯醚结构与功能多溴联苯醚的最大用途是作为阻燃剂，在产品制造过程中添加到复合材料中去，以提高产品的防火性能。多溴联苯醚(PBDES)是一类环境中广泛存在的全球性有机污染物。由于其具有环 多溴联苯醚境持久性，远距离传输，生物可累积性及对生物和人体具有毒害效应等特性，对其环境问题的研究已成为当前环境科学的一大热点。在室温下，PBDEs具有蒸汽压低和亲脂性强的特点，沸点为310425，在水中溶解度很小，且其随着溴代数目的增加而降低，所以一般做处理研究时，都是将其溶于有机溶剂或有机溶剂和水的混合液中。由于其在室温下蒸汽压低和亲脂性强的特点，可以散逸到空气中，随大气长距离迁移；可以随食物链生物富集和放大。在水中溶解度与正辛醇/水分配系数有关。PBDEs与多氯联苯（PCBs）相似，PBDEs化学性质稳定，在自然界很难发生化学降解和光降解，也很难被微生物降解。商业产品中工业五溴联苯醚毒性最大，在很低的剂量下就可以引起毒性，而十溴联苯醚则需要很大剂量才能表现出来。除了生产厂家以粉尘的方式向周围环境排放外，多溴联苯醚污染环境的主要途径是对于含多溴联苯醚的电子垃圾进行焚烧、粉碎和掩埋处理等。由于多溴联苯醚在环境中相当稳定，难以降解，所以，土壤里的残留量逐年增加。而且多溴联苯醚不溶于水，易溶于脂肪，所以，容易被动物吸收而在食物链中逐渐富集。两者属于POPs，是多溴联苯醚（PBDE）的同系物。具有以下特点：易释放：无化学键束缚，游离状态化学性质稳定亲脂疏水性生物富集、食物链放大高温分解为剧毒PBDDs肝毒性、甲状腺受体毒性、发育毒性比较分析PBDE与不同物种甲状腺激素受体相互作用的分子机理：首先，应当构建污染物小分子和激素受体蛋白质大分子的结构。用ChembioOffice中的Chemdraw，MOE或SYBYL-X等软件画出PBDE的结构，而构建甲状腺激素受体TR的晶体结构可利用同源模建技术，如I-TASSER server或Suiss-Model模建软件进行构建，或从PBD数据库中直接提取甲状腺激素受体TR的晶体结构。其次，将构建好的PBDE分子与甲状腺激素受体结构利用如eHiTS软件进行分子对接分析，形成复合物，使我们更为客观的理解污染物小分子与激素受体大分子之间的联系，以便于研究者选择在QSAR研究中表征PBDE与甲状腺激素受体之间反应的分子特征参数。后可通过分子动力学模拟技术，如利用Amber 11，NAMD，Thinker等软件对PBDE与受体结合后复合物间的相互作用进行动态模拟。通过高分辨率的视觉观察，进一步了解PBDE与受体间的结合模式，对复合物进行构象分析，观察出受体蛋白质结构的变化位点，从而找出对应氨基酸突变，在分子层面上对污染物与蛋白质受体的相互作用机理有了更为科学客观的解释。9、工业催化与环境催化的区别差异工业催化环境催化反应物浓度90%，可以更加精制ppb-ppm反应毒物浓度1%，甚至完全去除5-20%，反应物浓度的数百倍或数万倍，不可去除反应条件可选择423-773k，可选择空速1000-5000/h温度：300-1273k空速可达10000000/h10.生物培养法制取可燃燃料技术这种技术就是我们通常所说的“水变油技术”。其原理是：通过在水中有目的的养殖藻类作物，利用藻类的光合作用获得碳氢化合物或者碳氢氧化合物，然后通过其他方法制取相应的可燃燃料。藻类作物产品主要有两种途径用以制取可燃燃料。方法一是从经过处理的藻类产品中提炼中间产品，继而通过化学合成的方法制取合成汽油。方法二是对藻类产品进行发酵，提炼后直接获得醇类燃料产品如甲醇、乙醇等产品。方法一和方法二也可以结合使用。由于藻类作物生长时需要消耗大量的氮磷等元素，因此该技术尤其适合与城市污水厂整合，用于处理生活污水，如能控制好成本问题，将拥有良好的发展前景。其二最新一期自然杂志报道了美国宾西法尼亚州立大学教授克雷格.格兰姆斯的“水变油”实验：宾西法尼亚大学操场内，上演了一幕让人瞠目结舌的奇迹。研究者将二氧化碳和水蒸气装入一种纳米试管中，在光的作用下，开始发生化学反应，转化成俗称“天然气”的甲烷。13 年后，原本只会在科幻片中出现的“水变油”技术变成现实，他的发明者同样是美国高校的一群科学家。宾西法尼亚州立大学材料工程学教授克雷格.格兰姆斯和他在宾西法尼亚州立大学的同事们一起在学校的草地内，用二氧化钛纳米管（大约135 纳米宽，0.1 毫米长）去催化水蒸气和二氧化碳，结果喜出望外地得到想要的结果碳氢化物。 “这是一个相当艰难的项目，我们为此研究超过一年半，而且是在完全没有先例参考的情况下完成的。” 格兰姆斯告诉记者，尽管在他之前，已经有科学家提出了用二氧化钛纳米颗粒催化反应，但由于催化效果不明显，科学家普遍认为这一研究没有任何价值。对此，格兰姆斯却提出不同观点。经过无数次的失败尝试，他发现当水蒸气和二氧化碳通过二氧化钛纳米管，同时引入氮气，另外在纳米管的表面负载了铜和铂的纳米颗粒，生成碳氢化学物的速度比以前快了20 倍左右。格兰姆斯还指出，“水变油”技术顺带提供给二氧化碳一个绝佳的处理方式。“我相信如果有一个集中的二氧化碳来源，就像煤电厂一样，这个生产工艺就能得到工业应用。”瑞士洛桑联邦理工学校的物理化学家Michael Gr tzel 称这个结果是基础性的研究，它表明纳米管通过变化试验，能让“水变油”具备更高的转化效率。科罗拉多州葛尔登市的国家可再生能源实验室的电子化学家约翰。特纳也表示，这是很好的工作，很有科学性。但他指出，处理二氧化碳，或许还有更好的方法。现在已有人通过工业生产，把二氧化碳变为合成气，而且可以在同一个生产过程中把合成气转化为液态碳氢化合物，而格兰姆斯的实验则需要依靠太阳光提供转换条件，这样一来，二氧化碳转换为碳氢化合物，就变成了间断性生产过程。11、土壤微生物自净催化原理土壤自净是指土壤本身通过吸附、分解、迁移、转化等自然作用，使土壤中污染物的浓度降低直至消失的过程。土壤因土壤中含有各种各样的微生物和土壤动物，对外界进入土壤的各种物质可分解转化。微生物对于土壤的自净作用必须具备2个方面的条件：一是土壤中存在着多种多样的微生物，这些微生物能够适应变化了的环境，具有或产生酶，具备代谢功能，能够转化或降解土壤中难降解的有机化合物，能够转化或固定土壤中的重金属；二是进入土壤的有机化合物大部分具有可生物降解性，即在微生物的作用下由大分子化合物转变为简单小分子化合物的可能性，进入土壤的重金属具有微生物转化或固定的可能性。对有机物的修复：在好氧条件下，它能将有机污染物彻底氧化，分解成C0z、H20、 S042、P043、NO2、NO3等无机物。在厌氧条件下， 能将有机物降解，转化成小分子有机酸、H20、Hz、 CH 等。对重金属的修复：微生物对重金属污染土壤生物修复作用主要通过微生物对重金属的溶解，转化与固定作用来实现的。微生物对重金属的溶解主要是通过各种代谢活动直接或间接地进行的。一些微生物可对重金属进行生物转化，其主要 作用机理是微生物能够通过氧化、还原、甲基化和 脱甲基化作用转化重金属，改变其毒性，从而形成某些微牛物对重金属的解毒机制。微牛物对重金属的生物固定作用主要表现在胞外络合作用、胞外沉淀作用以及胞内积累3种作用方式上。微生物修复的环境条件：1）营养。 微生物的生长需要维持一定量的C：N：P比例，需要多种营养物质及某些微量营养元素。C：N：P最佳比值为100：10：1。在环境胁迫下，微生物维持生存可能需要更多的能量。如重金属可引起脱氢酶活性下降，脱氢酶活性与土壤有机碳之比可作为确定向重金属污染的土壤中添加营养的重要参考指标。 2）电子受体。微生物氧化还原反应的最终电子受体包括溶解氧、有机物分解的中问产物和无机酸根。土壤中污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度极大地影响微生物作用的速度和程度。研究表明，好氧条件有利于大多数有机物和重金属污染物的微生物降解和转化。充分的氧气供给是微生物修复重要的一环。3）共代谢基质。 微生物不能依靠某种有机物生长不一定意味着这种污染物能够抵抗微生物的攻击，因此当存在其他底物时，这种污染物就会通过共代谢作用而生物降解。所谓共代谢是指某些难降解的有机化合物，通过微生物的作用能被改变化学结构，但并不能被用作碳源和能源，微生物必须从其他底物获取大部或全部的碳源 和能源。许多微生物都有共代谢的能力，各种各样的底物都可能被利用，其降解反应可能涉及除氧化作用外的各种反应。其中微生物体系的生化过程在土壤净化过程中起着重要作用。微生物的整个生化作用伴随着一系列的催化降解过程。微生物以其酶体系为催化作用的依托，完成整个过程。酶本身就是一种具有特异性，高活性的催化剂。微生物种类繁多，各种生物催化作用不尽相同，但是基本原理如上所述。至于展开到什么程度，大伙根据自己所熟悉的领域各种所长即可。12、基因组学与蛋白质组学的关系是什么？基因组用于描述生物的全部基因和染色体组成的概念，1986年美国科学家Thomas Roderick首先提出了基因组学的概念（genomics），指对所有基因进行基因组作图（包括遗传图谱、物理图谱、转录图谱）、核苷酸序列分析、基因定位和基因功能分析，因此，基因组学研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学（structural genomics）和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学（functional genomics），后者又被称为后基因组（postgenome）研究。蛋白质组（proteome）指一个细胞或组织所表达的全部蛋白质；蛋白质组学是对不同时间和空间发挥功能的特定蛋白质群体研究的学科，不仅包括蛋白质的定性和定量，还包括它们的定位、修饰、活性、功能、相互作用，它从蛋白质水平上探索蛋白质表达模式及功能模式，从而为药物开发、新陈代谢途径调节控制等提供理论依据和基础。目前对蛋白质组的研究总体可以分为两个方面，即对蛋白质表达模式（或蛋白质组成）和蛋白质功能模式（目前集中在蛋白质相互作用网络关系）的研究。蛋白质组学是从基因组学中慢慢发展而来的，但是两者有着很大的区别。不仅在于蛋白质组种类、数量上更加庞大和复杂；还在于已经制造出的蛋白质具有其相对独立的代谢过程；对于内外部条件和刺激的能动反应性；复杂的相互作用，“没有一种蛋白质是能够独立完成其生物功能的”，并组成复杂而精密的反应网络(network)。答案2基因组学和蛋白质组学是现代分子生物学深入研究和发展的两个重要的研究领域，从本质的研究对象来看说，顾名思义分别为基因组DNA和蛋白质，一方面，蛋白质是基因选择性表达并发挥相应功能的产物，即基因决定蛋白表达，另一方面，蛋白的表达又具有阶段性，同时受到环境因素的干扰，和生物机体的基因又不是绝对的对等关系，要远比基因组复杂多变。因此两者之间即存在联系又有区别。对基因组学的研究主要经历了两个阶段，前期的研究主要集中于基因作图、核苷酸序列分析，确定基因组成和基因定位，被称为结构基因组学，后期研究的核心包括基因组的多样性与进化规律，基因组的表达及其调控，模式生物体基因的研究，它是结构基因组学的延伸与拓展，被称作功能基因组学，又称作后基因组学阶段。但生物功能的主要体现者是蛋白质，而蛋白质有其自身特有的活动规律，仅仅从基因的角度来研究是远远不够的，因此，后基因组学时代的到来，使得蛋白质组学的研究兴起。 蛋白质组学的研究对象是基因组表达的全部蛋白质及其存在方式，它的研究包括蛋白质的表达模式、结构蛋白质组学、翻译后修饰、蛋白质胞内分布及移位、蛋白质蛋白质相互作用等方面，其中蛋白质翻译后修饰的研究已成为目前蛋白质组学研究工作中的重要部分，蛋白质组学的产生和发展得益于结构基因组学的发展。蛋白质是体现生物功能的分子,蛋白质分子由基因所编码,故蛋白质组学研究是基因组学(特别是功能基因组学)研究的深入和延伸。蛋白质组学是随着功能基因组学的发展而产生的，它是功能基因组学深入研究的一个分支的组学研究，同时，它又是分子研究终点，是生物性状的最直接反应，蛋白质组学研究的数据与基因组学数据的整合，将会在基因组学功能研究上发挥重要作用。蛋白质组学是从整体的蛋白质水平上，在一个更深层上来探讨和发现生命活动的根本规律及研究人类发病机制等，它是后基因组时代生命科学研究的核心内容。两者的根本区别在于，一个机体只有一个基因组，但它们表达的产物蛋白质组却是不断变化的，在不同的组织细胞，不同发育阶段，不同生理状态和不同的外界环境中都是不一样的。蛋白质组内蛋白质数目要大大多于基因组内的基因数目，蛋白质组学的研究要远比基因组学复杂。13、比较紫外线可见光谱与红外光谱的异同？（从产生的途径及过程，譜图形状）相同点：（1）.都属于分子光谱（2）.都是由于分子中的能级跃迁产生的。（3）.利用这两种光谱都能进行定性，定量和结构分析。不同点：（1）产生机理不同：紫外也称电子光谱。是由于分子中价电子跃迁所产生的，且能级差大E大，大;而红外光谱称为振转光谱是振动和转动能级跃迁，能级差小，E小 V小。（2）从研究对象和使用范围上，紫外光谱只能分析不饱和有机化学物。特别是有共轭体系的化合物及少数无机物。红外适用于分析那些分子振动偶极矩变化不为0的所有化合物（包括有机和无机。）14、有机化合物在电子轰击离子源中有可能产生哪些类型的离子？答案见19题15、列举与你研究密切相关的生物标记物，描述具体作用原理及基本的研究流程。生物标志物是指示生物机体受到外界干扰而导致机体异常的标志性物质，它可以是一个分子（例如DNA、RNA、控制机体新陈代谢的一些关键酶蛋白等），也可以是细胞内的细胞器、细胞核和细胞膜等，还可以是机体的组织、个体、种群、群落和生态系统。例如，作为环境污染物质的有机磷农药可以对生物体神经细胞中的乙酰胆碱酯酶的产生和表达造成影响，那么乙酰胆碱酯酶就可以作为检测有机磷农药神经毒性的生物标志物。通常一些环境中的污染物质会对生物体的内分泌系统、免疫系统和神经系统产生有害影响，这其中的影响机制可能是通过对机体产生氧化损伤而导致细胞毒性的发生，那么在检测外来物质的细胞毒性时可以将氧化应激发生中一些细胞内分子的变化作为评价污染物质细胞毒性的研究指标，例如丙二醛、抗氧化酶系统和谷胱甘肽含量等，下面将详细介绍其原理和研究思路。我们的研究团队的目标物质主要是拟除虫菊酯等农药，研究模型主要包括大鼠、斑马鱼、大型蚤和一些人类和动物的细胞系等，拟除虫菊酯类农药具有很强的水生毒性，也有研究表明其还会产生细胞毒性、免疫毒性和内分泌干扰效应，下面我就分别从这几个方面简单介绍几个常用的生物标志物。1、关于鱼类等内分泌干扰的生物标志物：当生物体（鱼类，斑马鱼等）暴露于拟除虫菊酯类农药、DDT等具有雌激素效应的物质时，生物体的生长、发育、生殖以及内分泌系统就会受到这些外来物质的干扰，从生物体的表现型看，可能会导致身体弯曲、脊椎畸形、雄性器官退化等，生物体的形态是通过蛋白表现出来的，蛋白又是受基因表达控制的。卵黄蛋白原是卵黄蛋白的前体，在一些卵生脊椎动物（例如鱼类等）中，只有发育成熟的雌性体内才有控制这种蛋白的基因表达，最终转化成卵黄蛋白，在胚胎、雌雄幼体和雄性体内这种基因处于休眠状态，并不表达。所以通常将卵黄蛋白原做为筛选环境中的雌激素和类雌激素物质的生物标志物，即如果在雄性体内或者幼体内卵黄蛋白原基因大量表达，就说明该物质具有雌激素或类雌激素效应，可以干扰生物体内分泌系统的正常运行，从而影响生物体的生殖和发育。通常检测机体卵黄蛋白的表达可以分别从基因和蛋白水平检测，在蛋白水平上的检测可以利用酶联免疫反应，即直接检测血浆、肝组织和整个机体匀浆中的卵黄蛋白原水平，这种方法通常利用已经商业化的试剂盒，依照说明书上的方法步骤进行，蛋白水平上的检测方法还有免疫杂交法、放射性免疫法和间接指示法等；另一种是基因水平上的检测，即先提取出机体匀浆细胞中的RNA，然后通过设计出卵黄蛋白原基因的上游和下游引物利用反转录PCR和实时定量PCR检测机体内卵黄蛋白原基因的表达，在PCR过程中也需要严格按照商业化试剂盒的操作步骤进行。我们组的张颖等的研究表明联苯菊酯会对斑马鱼的胚胎-幼体的发育产生毒性，一方面探讨了联苯菊酯的急性毒性、对斑马鱼胚胎孵化率和亚致死畸变、游动行为的影响外，还通过检测斑马鱼体内卵黄蛋白原基因的表达研究了它的内分泌干扰效应，暴露于一定剂量的联苯菊酯，胚胎-幼体斑马鱼体内的卵黄蛋白原基因表达增加，从而证实了联苯菊酯对斑马鱼胚胎-幼体的发育毒性。2、与氧化损伤相关的生物标志物：我们组的胡芬等研究了氯菊酯对大鼠肾上腺嗜铬瘤细胞PC12氧化损伤的对映体选择性，其中也涉及了很多关于对氧化应激和细胞毒性研究过程中的一些生物标志物。在正常情况下，生物机体内的氧化系统和抗氧化系统处于动态平衡，当氧化自由基（例如羟基自由基、过氧羟基自由基等）的产生增多而抗氧化物质减少时，就会产生氧化损伤，导致细胞膜的脂质过氧化、细胞内的蛋白酶类变性从而丧失催化功能，同时还会导致核酸和染色体等的损伤。具体来说，机体细胞中的氧化物质（统称为活性氧簇ROS）包括超氧阴离子、羟基自由基和过氧化氢等，抗氧化物质包括一些酶类和还原性物质，例如，超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT、谷胱甘肽过氧化物酶、维生素C、维生素E和谷胱甘肽GSH等。通常也正是把这些氧化物质和康氧化物质作为评价氧化损伤的生物标志物，常用的有ROS、SOD、CAT等，另外还可以将氧化自由基损伤细胞后的一些产物作为氧化应激检测的生物标志物，例如丙二醛MDA等。MDA是氧化自由基氧化细胞膜脂质后的产物，它的含量的测定可以反映出细胞膜受损程度，同时它的生成还会导致蛋白质、核酸等分子发生交联聚合，产生细胞毒性。具体的研究方法首先是将细胞暴露于氯菊酯不同的对映体和外消旋体一定的时间，然后离心收集上清液，测各个指标的含量，这些指标检测方法一般是利用已经商业化的试剂盒，严格按照上面的操作步骤进行。这篇文章主要是从对映体水平来检测氯菊酯的氧化损伤功能和细胞毒性，结果显示1R-trans-PM毒性最大。该实验除了研究氯菊酯的氧化损伤外还做了细胞活性的检测，在这其中也用到了一个细胞活性检测的生物标志物乳酸脱氢酶LDH的释放。当细胞受到损伤时，细胞内的LDH就会大量释放到血清中，通过对血清中LDH的测定就会间接反映出细胞活性大小。具体的检测方法也是根据商业化的试剂盒的步骤严格进行。3、与免疫毒性相关的生物标志物：免疫系统是生物体的三大系统之一，与神经系统和生殖系统有着较为密切复杂的联系，免疫系统不仅包括淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞等组成的免疫组织，还包括这些组织细胞合成释放的一些细胞因子，例如肿瘤坏死因子TNF a和白细胞介素ILs等，这些免疫细胞核因子在维持生物体的健康稳定过程中起着重要的作用。目前也已经有很多的研究表明拟除虫菊酯类农药会引起生物体免疫系统的免疫抑制等毒性作用，一方面可能造成免疫细胞大量凋亡，另一方面会引起这些免疫调节因子合成和释放的变化。那么在检测环境干扰物质对免疫细胞（例如，单核巨噬细胞等白细胞）的免疫毒性研究中，除了可以把污染物质引起的细胞毒性（例如，细胞活性和细胞凋亡的检测）做为研究终点，还可以把调节机体免疫功能的细胞因子作为检测判断环境干扰物质免疫毒性的生物标志物。我们组的张颖等人就做过关于五种不同类型的拟除虫菊酯及其三种常见的代谢产物（醇、醛、酮三类代谢产物）对单核巨噬细胞U937的免疫抑制研究。在该研究中，我们选取的研究模型是单核细胞U937，它是最大的白细胞，在人体免疫中起着关键作用，该细胞在免疫调节中可以产生肿瘤坏死因子TNF a、白细胞介素6、10和12等，所以我们就对暴露于一定剂量拟除虫菊酯代谢产物一定时间后细胞系产生的免疫调节因子TNF a、IL6、IL10和IL12p70做了定量研究。TNF a是一种促炎症反应物质，它可以保护细胞免受外来物质的干扰从而产生炎症反应，它在细胞凋亡通路中起着重要作用。IL6可以刺激活化B细胞增殖产生抗体，对免疫反应有正调节作用，IL10却是抑制前炎症细胞因子的产生，对免疫反应起着负调节作用，IL12p70也可以增强细胞的杀伤活性，对免疫有着正调节作用。在该实验中，暴露于拟除虫菊酯代谢物的U937细胞培养一段时间后收集上清液，然后利用酶联免疫吸附法依据商业化的试剂盒操作步骤进行检测。结果表明，母本和代谢产物都分别在不同程度上对单核细胞产生了免疫抑制作用和细胞毒性作用，而且代谢产物引起的免疫毒性要明显高于母本化合物，在代谢产物中，免疫毒性和细胞毒性最强的是醇类衍生物和酸类代谢衍生物。16、确定自己感兴趣的微生物生态位，设计实验方案，从空间或者时间上进行菌群结构多样性对比，并分析菌群差异，部分精确到属和种。感兴趣的微生物生态位：真菌群落实验方案：1样品DNA的提取对于土壤样品DNA的提取，通常会采用改良后的Bead-Beating法。具体方法是：称取10 g土样，放入盛有数粒无菌玻璃珠（直径35 mm）的三角瓶中，加15 mL提取缓冲液；在180 r/min，37条件下振荡30 min后，加2 mL 20%SDS继续振荡10 min；65水浴1 h后，6 000g离心15 min；收集上清液，加0.5倍体积PEG(30%)-NaCl(1.6 mol/L)，混匀后室温下静止2 h，在10 000g离心20 min，沉淀用2 mL TE重新悬浮；加4 mol/L NaAC至终浓度0.3 mol/L，用酚-氯仿-异戊醇抽提一次，0.6倍体积异丙醇沉淀2 h，12 000g离心20 min，沉淀干燥后，200L TE溶解，经纯化后，-20保存。对于液体样品，需要首先进行离心，将收集的沉淀物重新溶解后，即可进行DNA提取操作。对于DNA提取前的预处理，可选用常规方法，如机械研磨法、酶解制备原生质体法、氯化苄法等，需根据不同样品的具体特征进行选择。DNA提取完毕后，可以通过电泳进行检查，或者利用紫外可见分光光度计检查DNA的纯度。如纯度不够，可以利用纯化试剂盒做进一步的纯化。2 PCR扩增在PCR扩增中，引物的选择、扩增程序和PCR产物的质量都可能造成群落结构的分析偏差，因此需要慎重对待。 引物的选择, 对于特定微生物种群或类群的DNA扩增，需要根据其分类等级的DNA特征，设计相应的具有特定碱基序列的引物。对于真菌，目前常采用18S rDNA和IST序列的部分片段进行DNA扩增。扩增程序一般包括预变性、变性、退火和延伸几个主要过程。为了提高扩增产物质量，需要根据拟扩增DNA片段的长度，确定适宜的反应体系、反应时间、反应循环数和反应温度等。其中，退火温度的确定在各影响因素中最为关键，可通过温度梯度PCR试验进行确定. 对于PCR产物的检查，采用琼脂糖凝胶电泳进行。需要注意，常用染料溴化乙啶（EB）为致癌物质，可以用Goldview染色替代。Goldview有与EB相同的灵敏性，且安全无毒。3 DGGEDGGE药品的准备：目前，真菌DGGE技术多采用双梯度法（即聚丙稀酰胺和变性剂为2个梯度）以减缓条带的进一步迁移，提高分离效果。聚丙烯酰胺浓度范围一般为612 g/100 mL；而变性剂尿素和去离子甲酰胺的梯度一般选取40%55%这个区间（可根据不同的需要进行调整）。另外，制备凝胶还需要过硫酸铵以及TEMED。DGGE凝胶的制备：凝胶制备步骤繁琐，一般包括以下步骤：擦净玻璃板，组装梯度生成装置，进胶，插上梳子，试漏检验，凝胶，清洗用具。其中每一步操作都可能对电泳质量产生显著影响，因此整个过程均需精心操作。电泳：在胶凝固好之后，即可进行电泳操作。首先将电泳槽中的液体预热到设定温度，将玻璃板与凝胶板架固定好同时检查并确认无漏水现象，将凝胶板架、温度控制系统以及电泳槽组装好，接通电源，当温度再次加热到所需温度时，关掉所有电源，拔掉梳子进样；然后再将温度控制装置再次组装好，接通温控器电源，温度调致所需，打开heat键，运行5 min后，打开电泳仪电源以及bump键，调节电压到所需，调节时间。染色及成像：电泳完毕后，剥胶染色。银染法和采用SYBR Green等新型染料的染色法，均可获得较为理想的染色效果，但SYBR Green等新型染料价格昂贵，因此前者更为常用。将凝胶染色后，采用凝胶成像仪扫描，即可获得用于微生物群落分析的DGGE图谱。分析菌群差异：利用PCR-DGGE技术，可以对来源于环境中的微生物进行功能基因甚至是基因组学的研究，并可以同时分析多个样品，因此该技术成为目前监测微生物群落动态的一种强有力的工具。通过该项技术可以获得比较全面的不同环境中的真菌及各类微生物的相关信息。条带分析及回收：DGGE图谱可以采用Quantity one（Bio-rad）软件进行分析，从中可以获得优势菌群及群落结构的基本信息。对于凝胶上的特异性DNA条带，可以进行切割回收，PCR扩增后测序。通过Blast软件，将获得的序列与GenBank进行比对，并下载最相近的序列，以phylip软件按最小相邻法构建系统进化树，通过RDP数据库，可寻找到最相近的种属。17、 以单聚焦质谱仪为例,说明组成仪器各个主要部分的作用及原理。双聚焦质谱仪为什么能提高仪器的分辨率?（1）仅用一个扇形磁场进行质量分析