典型一价阳离子对蛋白质膜污染的影响特性
环境化学第6章典型污染物在环境各圈层中的转归与效应
体内的许多器官产
生影响 。
2020/10/27
砷 中 毒 肾 病
砷中毒皮肤组织增殖细胞
第二节 有机污染物
大量的有机化学品以各种形式进入 环境，产生各种各样的环境效应，直接 或间接地危及人体健康。其中以对生态 环境和人类健康影响最大的难降解的、 有致癌、致突变作用的有机物的环境行 为最受人们关注。
2020/10/27
பைடு நூலகம்
3、甲基汞脱甲基化与汞离子还原 湖底沉积物中甲基汞可被某些细菌
降解而转化为甲烷和汞。也可将Hg2+还 原为金属汞。
CH3Hg+ +2H
Hg+CH4+H+
HgCl2+2H
Hg+2HCl
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4、汞的生物效应
甲基汞能与许多有机配位体基团结 合，如-COOH、 - NH2、 - SH、 - C S - C - 、 - OH等。由于烷基汞具有高脂 溶性，且它在生物体内分解速度缓慢（其 分解半衰期为70d），因此烷基汞比可溶 性无机汞化合物的毒性大10—100倍。
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卤代烃在大气中的转化
卤代烃的转化
对流层 含氢卤代烃与HO自由基的反应
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平流层
受到高能光子的攻击而被破坏
多氯联苯（PCBs）
多氯联苯的结构与性质
多氯联苯是一组由 多个氯原子取代联苯分子 中氢原子而形成的氯代芳 烃类化合物。
由于PCBs理化性质稳定，用途广泛，已成 为全球性环境污染物，而引起人们的关注。
多氯代二苯并二恶英（PCDD ）和多氯代二苯并呋喃（PCDF） 是目前已知的毒性最大的有机氯 化合物。他们是两个系列的多氯 化物。其结构式为：
皮革化学与工程毕业论文范文
皮革化学与工程毕业论文范文一、论文说明本团队专注于毕业论文写作与辅导服务，擅长案例分析、编程仿真、图表绘制、理论分析等，论文写作300起，具体价格信息联系二、论文参考题目化学脱氮在皮革废水深度处理中的应用研究思路：皮制革废水富含蛋白质,在好氧处理过程中,经过好氧微生物的脱氨基作用,蛋白质中的氨基酸被转化成游离氨。
所以对皮革废水而言,经过单级好氧生化处理后,出水的氨氮浓度要比原水高出很多,远远超过了排放标准所规定的排放限值；加上皮革废水二级出水的可生化性较差,生物法并不能达到理想的出水效果,因此研究化学脱氮法在皮革废水。
题目：皮革当中六价铬形成机理研究思路：本文采用分光光度法与化学发光法相结合的分析方法对皮革生产以及成品皮革当中的Cr(Ⅲ)以及Cr(Ⅵ)的含量分别进行了测定。
讨论了皮革在生产以及使用过程中造成Cr(Ⅵ)含量超标的原因。
另外,本文在研究过程中发现了铝元素对于鲁米诺-过氧化氢- Cr(Ⅲ)化学发光体系的发光强度具有明显的抑制作用,并且研究了采用铝抑。
题目：化学法对皮革化学品可生化性的影响思路：我国皮革工业发展迅速，部分皮革化学品会不可避免地残留在制革废水中产生污染。
皮革化学品可生化性较差，需要预处理来提高其可生化性，降低皮革化学品废水中的难降解有机物含量，提高后续生化处理的效率。
基于皮革化学品的不同生物降解特性，本论文以几类制革生产中普遍使用的化学品的为对象，研究Fenton氧化和微电解法对皮革化。
题目：皮革废水分质脱氮除铬工艺研究思路：目前皮革废水在经过传统的生化处理后,大部分污染指标均可达到《综合污水排放标准》(GB8978-1996)中规定的相关排放标准,唯有NH-N、总铬值难以达标。
皮革生产工序中大量使用氨盐和铬盐,而日制革原料中的动物皮革带有许多NH-N,本论文对此原因进行了分析。
针对皮革废水产生的特点,结合对不同工序,本论文提出了分。
题目：制革工业中含铬污水的处理思路：铬是人体中不可缺少的微量元素之一,但如果过多摄入铬,对皮肤、呼吸系统和消化系统都会产生极大地伤害。
生物分离工程-离子交换层析
可利用普通的凝胶过滤介质偶联特殊的离子交换基制 备．如Pharmacia公司生产的PBEll8和94即为以Sepharose 6B 为载体的阴离子交换剂，前者与Pharmalyte 匹配使用，后 者与Polybuffer96和Polybuffer 74匹配使用。
Pharmacia生产的另一种多缓冲离子交换剂为Mono P，其离于交换基为具有不同pKa值的弱碱性胺基．Mono P可与上述三种多缓冲剂匹配使用，粒径仅10m，用作 高效层析聚焦柱的固定相。
应用：
由于HAP晶体表面结构特别，吸附机理特殊，因此 可用于识别DNA及RNA的单链和双链，分离IEC和HIC难 于分离的蛋白质物系。例如，人肿瘤坏死因子(human tumour necrosis factor,hTNF)中构成蛋白质分子的差异很 小, 利用IEC法、高效RPC法和电泳法只能得到一个洗脱 峰或电泳带，而利用HAP层析可分离得到4个洗脱峰。
再见
层析聚焦的应用
层析聚焦需使用特殊的固定相和流动相，难于应用 在大规模分离纯化过程，主要用于生化实验规模的样品 制备或成分分析．但作为一种蛋白质分离纯化手段，层 析聚焦的纯化效率极高，峰宽可小到0.02 – 0.05pH单位， 可分离等电点差仅0. 02的蛋白质。
平衡液：25mmol／ml乙醇胺—10％甘油(pH9.4) 洗脱液：用10% Polybuffer96(pH6.O)
(2)破坏水化作用的物质
SCN, ClO4 ,和 I 等离子半径较大、电荷密度低的阴
离子可减弱水分子之间相互作用。这类阴离子与上述盐 析作用强的高价阴离子(如 SO42 ，HPO42 等)的作用正好 相(antichaotropic ion)。在离液离子存在下 疏水性吸附减弱，蛋白质易于洗脱。
植物对营养元素的吸收
CP
磷
酸
激
酶
I C
ATP
ADP
线 粒 体
载体－离子复合物 未活化载体
外
A
C PP
膜
磷
酸
Pi
酯
酶
内
载体假说图解
a. 细胞内线粒体氧化磷酸化产生ATP，供载体活化 所需
b. 非活化载体(IC)在磷酸激酶的作用下发生磷酸化， 成为活化载体(AC－P)
c. 活化载体(AC－P)移到膜外侧，与某一专一离子 (例如K＋)结合成为离子载体复合物(AC－P－K＋)
细胞膜上的蛋白质对离子运输具有专一性，可以转运 同一类物质。
外侧 H+
ATP
AB
ADP+Pi
H+
内侧
D
D X
C K+, NO3-
流动镶嵌模型中离子传递与信息传导机理示意图
A、离子泵 B、离子通道 C、载体 D、信息传导的耦合蛋白
生物膜的流动镶嵌模型：
（二） 细胞膜特点
细胞膜的结构特性：具有一定的流动性 细胞膜的功能特性：是具有选择透过性
⊿ H＋＝ - 2.3 RT ⊿ p H + F ⊿φ
R －气体常数；T－绝对温度；F－法拉第常数
⊿ 是能量术语，相对于这个能量的力就是质子推动力， 可以用下式表示：
Pmf = ⊿ p H + ⊿φ
⊿ p H－膜两边的H＋浓度差； ⊿φ－膜两边的电势差
溶液中的离子主要受到两种力量的驱动，一种来自 于化学势梯度，它使离子从高浓度向低浓度移动；另一 种来自于电势梯度，它使阳离子向负电势方向移动，使 阴离子向正电势方向移动。
（一） 离子载体
载体蛋白又称做载体（carrier）、通透 酶（permease）和转运（transporter）， 能够与特定溶质结合，通过自身构象的变化， 将与它结合的溶质转移到膜的另一侧。载体 蛋白有的需要能量驱动，如：各类APT驱动 的离子泵；有的则不需要能量，以自由扩散 的方式运输物质，如：缬氨酶素。
植物营养学复习题
《土壤肥料学》植物营养与肥料部分复习要点绪论1.植物营养学的概念植物营养学是研究营养物质对植物的营养作用，研究植物对营养物质的吸收、运输、转化和利用的规律，以及植物与外界环境之间营养物质和能量交换的科学。
2. 肥料的含义和作用直接或间接供给植物所需养分，改善土壤性状，以提高作物产量和改善产品品质的物质称为肥料。
肥料具有提高农作物产量、改善农产品品质和改良土壤，提高土壤肥力等作用。
3.李比希三个学说的要点和意义（1）植物矿物质营养学说要点：土壤中矿物质是一切绿色植物唯一的养料，厩肥及其它有机肥料对于植物生长所起的作用，并不是由于其中所含的有机质，而是由于这些有机质在分解时所形成的矿物质。
意义：①理论上，否定了当时流行的“腐殖质学说”，说明了植物营养的本质；是植物营养学新旧时代的分界线和转折点，使维持土壤肥力的手段从施用有机肥料向施用无机肥料转变有了坚实的基础；②实践上促进了化肥工业的创立和发展；推动了农业生产的发展。
因此具有划时代的意义（2）养分归还学说要点：①随着作物的每次收获，必然要从土壤中取走大量养分；②如果不正确地归还土壤的养分，地力就将逐渐下降；③要想恢复地力就必须归还从土壤中取走的全部养分。
意义：对恢复和维持土壤肥力有积极作用（3）最小养分律要点：①作物产量的高低受土壤中相对含量最低的养分所制约。
也就是说，决定作物产量的是土壤中相对含量最少的养分。
②最小养分会随条件变化而变化，如果增施不含最小养分的肥料，不但难以增产，还会降低施肥的效益。
意义：指出作物产量与养分供应上的矛盾，表明施肥要有针对性，应合理施肥。
李比希是植物营养学科杰出的奠基人！第八章植物营养与施肥原理1. 植物必需营养元素的标准（定义）及种类标准：①这种元素对所有高等植物的生长发育是不可缺少的。
如果缺少该元素，植物就不能完成其生活史－－必要性；②这种元素的功能不能由其它元素所代替。
缺乏这种元素时，植物会表现出特有的症状，只有补充这种元素后症状才能减轻或消失－－专一性；③这种元素必须直接参与植物的代谢作用，对植物起直接的营养作用，而不是改善环境的间接作用－－直接性。
生物分离工程的特点
⽣物分离⼯程的特点1、⽣物分离⼯程的特点；①成分复杂，固液分离困难；②浓度低，分离能耗⼤③收率低；④易失活；⑤不稳定性。
2、精制产品分离纯化⼀般流程1．胞外产品：发酵液→预处理→⽬的产物尽量进液相→→固液分离→收集液相后→提取与精制2．胞内产品：发酵液→预处理→除杂、改变液相性质→固－液分离→收集细胞或菌体→细胞破碎→⽬的产物进液相→固－液分离→收集液相→后提取与精制3、⽣物悬浮液的特性：①悬浮物颗粒⼩，⽐重与液相相差不⼤；②固体粒⼦可压缩性⼤；③粘度⼤，含有蛋⽩质、多糖等胶体物质，⼤多为⾮⽜顿型流体。
改性的⽬的：降低滤饼⽐阻，提⾼过滤与分离的速率。
4、凝聚：指在电解质作⽤下，由于胶粒间双电层排斥电位的降低，⽽使胶体体系不稳定的现象。
凝聚作⽤机理：加⼊电解质→电解质中的⾼价阳离⼦→对胶体周围离⼦的影响→双电层电位↓→胶体稳定性↓→发⽣凝聚5、阳离⼦对带负电荷的发酵液胶体粒⼦凝聚能⼒的次序为：Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+6、絮凝：指在某些⾼分⼦絮凝剂存在下，基于桥架作⽤，使胶粒形成较⼤絮凝团的过程。
7、错流过滤（Cross-Flow Filtration)⼜称切向流过滤，是⼀种维持恒压下⾼速过滤的技术。
其操作特点是使悬浮液在过滤介质表⾯作切向流动，利⽤流动的剪切作⽤将过滤介质表⾯的固体（滤饼）移⾛。
8、珠磨法细胞破碎率可⽤⼀级反应动⼒学表⽰：间歇操作：ln[1/(1-R )]=Kt连续操作： ln[1/(1-R )]=K τ其中τ=V /F 式中： R —破碎率（g/g ） K —反应速率常数(1/s) t —破碎时间(s)τ—平均停留时间(s) V —破碎室悬浮液体积（L ）F —进料速率(L/s)9、⾼压匀浆法破碎的动⼒学⽅程 KT —与温度等有关的破碎常数。
N —悬浮液通过匀浆器的次数。
P —操作压⼒。
a —微⽣物种类常数，对于酵母菌a 值可取2.210、简述采⽤多种破碎⽅法相结合提⾼破碎率的原理化学法与酶法取决于细胞壁膜的化学组成，机械法取决于细胞结构的机械强度，⽽化学组成⼜决定了结构的机械强度，组成的变化必然影响到强度的差异，这就是化学法与机械法相结合的原理。
pH值对有机物(BSA)膜污染的影响
pH值对有机物(BSA)膜污染的影响高哲;王磊;苗瑞;米娜;李松山;朱苗【摘要】选用BSA(牛血清蛋白)代表有机污染物,使用QCM-D技术考察了BSA在PVDF膜面的吸附行为及吸附层结构随pH值的变化特征,并采用原子力显微镜定量测定了相应pH值条件下PVDF-BSA及BSA-BSA之间作用力,结合膜污染试验,解析pH值对有机物污染膜行为的影响机理.结果发现,在BSA的等电点,PVDF-BSA 及BSA-BSA之间的静电排斥力最小,导致BSA迅速吸附累积于膜面,形成密实的BSA污染层,引起超滤膜通量大幅度衰减.当pH值偏离BSA等电点后,BSA间静电排斥力的增强有效削弱了BSA在膜面的吸附量,相应BSA污染层松散度增大,膜污染减弱.在实际的水处理中,通过适当的pH值调节,针对性将超滤膜及污染物调整至带有相同电性、并增大二者所带净电荷量,是减缓超滤膜污染的有效手段.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2015(035)012【总页数】6页(P3640-3645)【关键词】PVDF超滤膜;膜污染;QCM-D;微观作用力【作者】高哲;王磊;苗瑞;米娜;李松山;朱苗【作者单位】西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055【正文语种】中文【中图分类】X703.1超滤技术在水处理领域的应用中，水体中的残留溶解性有机物引起的膜污染问题一直是限制其进一步推广应用的主要障碍.水体的pH值正是影响溶解性有机物超滤膜污染行为的主要因素之一［1-3］.因为pH值通过控制有机物中的氨基、羧基及羟基等官能团的质子化/去质子化等作用，改变超滤膜及有机物的带电性、酸碱性等物理化学性能，致使有机物与超滤膜及有机物-有机物之间的相互作用发生变化，从而影响有机物对超滤膜的污染行为［4-7］.Teixeir等［8-9］采用不同pH值的天然原水对聚砜超滤膜进行污染试验，结果发现膜过滤通量的衰减幅度随pH值的升高而降低.Gao等［10］采用pH值为5、7、8、9的海藻酸钠分别对PVDF（聚偏氟乙烯）以及PES（聚醚砜）膜进行了污染试验，结果发现，不管是什么膜材料，随着污染液pH值的升高，膜通量衰减程度均有所减轻. Mo等［11］考察了在不同的离子条件下，pH值对蛋白质膜污染行为的影响，结果发现，无论何种离子条件下，皆在pH值接近蛋白质的等电点时，膜通量衰减速率最严重.Wang等［12］采用错流过滤装置，考察了不同pH值的BSA（牛血清蛋白）溶液对膜的污染程度，发现当pH值处于BSA的等电点4.7时，污染最为严重.上述关于pH值对有机物膜污染行为影响机理的研究多数是基于宏观的过滤试验，给出的试验现象的描述性解释，并没有进行深入的污染机制探讨.随着对膜污染认识的不断加深，近年来，膜污染研究者认识到，溶解性有机物与膜面及有机物与有机物之间的相互作用力是控制有机物膜污染行为的本质原因［13］.因此，考察不同pH值条件下有机物与膜面及有机物-有机物的微观作用过程与作用行为，对探明pH值对有机物膜污染行为的影响机理至关重要.本研究使用典型的PVDF超滤膜，选用BSA代表废水中普遍存在的有机物［14-15］.选择采用原子力显微镜（AFM）结合自行研发的胶体探针考察了PVDF-BSA 及BSA-BSA之间作用力随pH值的变化特征，并使用耗散型石英晶体微量天平研究了不同pH值条件下，BSA在PVDF表面的沉降行为及吸附层结构特征，并结合宏观的超滤膜过滤实验解析pH值对超滤膜有机物污染行为的影响机理.旨在为减缓膜污染的调控策略的选择提供理论依据.1.1 材料膜材料∶PVDF（美国苏威先进聚合物公司，Solef 1015），无水氯化锂（LiCl，天津化学试剂有限公司），N，N-二甲基乙酰胺（DMAc；分析纯，天津市福晨化学试剂厂）.采用相转化法制备平板PVDF超滤膜［16］，所使用超滤膜的基本性能:在25℃、0.1MPa下纯水通量为（350±50） L/（m2·h），切割分子量为48kDa，接触角为73°，表面平均粗糙度15.8nm.污染物材料∶牛血清蛋白（BSA，98%纯度，Sigma-Aldrich， St. Louis， Mo）.配置溶解性有机碳（DOC）浓度为10mg/L的BSA溶液进行试验分析.使用0.1mol/L的稀HCL以及NaOH溶液调节BSA溶液的pH值.1.2 PVDF超滤膜污染试验使用死端过滤系统［17］进行超滤膜的污染试验，有效膜过滤面积为3.32×10-3m2.采用氮气为驱动压力，计算机系统实时监测所使用膜的通量变化.具体步骤如下:先在0.15MPa下，用去离子水预压超滤膜至膜通量趋于稳定，其后将跨膜压差调节至0.1MPa，继续过滤去离子水，直至膜通量到达一稳定值（纯水通量，J0）.然后在0.1MPa下，过滤特定pH值的BSA污染物溶液，并实时监测膜通量变化（J）.1.3 BSA在膜面的吸附行为及吸附层结构研究使用耗散型石英晶体微量天平（QCM-D， E1，Q-Sense，瑞典）考察BSA在PVDF膜面的吸附量、膜面BSA吸附层结构随pH值的变化特征［18-20］. 1.3.1 PVDF芯片的制备（1）将PVDF按比例溶于DMAc制备成5%的均质聚合物溶液；（2）充分清洗金芯片（QSX301Au，Q-Sense）；（3）采用旋转涂膜机的高速离心原理，将PVDF聚合物喷涂于金芯片表面，获得涂覆有PVDF的芯片，即超滤膜材料芯片，待用.1.3.2 吸附行为及吸附层结构特征研究将涂有PVDF的芯片安装于QCM-D上，首先引入超纯水，直至PVDF芯片频率达到一稳定值；其后引入特定pH值的BSA溶液运行30min，通过实时测定的芯片振动频率及耗散变化特征，评价特定pH值下BSA在PVDF芯片表面的吸附量及BSA污染层的结构变化情况.试验过程中液体流速始终为0.1mL/min，测试温度为25 ℃，同一组试验至少重复3次.1.4 微观作用力的测定技术使用熔融烧结法及吸附法分别制备PVDF膜材料探针及各种污染物探针［21］.采用Multimode 8.0AFM（布鲁克，德国）结合PVDF胶体探针和BSA有机物胶体探针，分别测定不同pH值条件下PVDF-BSA及BSA-BSA之间的作用力大小.在“接触”模式下进行作用力的测试.为了减小实验误差，每个样品，在6个不同的局域点进行力测定，每个点进行10次重复测定，并取平均值进行分析.1.5 分析方法Zeta电位仪（ZS90Zeta，马尔文，英国）测定BSA的Zeta电位随pH值的变化特征.使用安东帕公司（SurPASS，Anton Paar GmbH，奥地利）的固体表面Zeta电位仪分析不同pH值条件下PVDF表面Zeta电位.2.1 不同pH值条件下PVDF膜面及BSA带电特性分析表1为不同pH值条件下，PVDF超滤膜面及BSA有机物的Zeta电位值.由表1中可以看出: （1）在所考察的pH值范围内，PVDF超滤膜始终带负电，但是在pH值为3时，PVDF超滤膜表面带电量远小于其它pH值条件下的带电量，而不同的pH值条件下，BSA有机物的带电性能变化较大.（2）在pH值为3时，BSA 带正电；而pH值为4.7时，BSA所带净电荷量最小，为0.5左右；pH值大于4.7后，BSA带负电，且所带电荷量随着pH值的增大而增大.这是因为蛋白质类有机物为两性物质［22］，其分子式中既含有羧基官能团，又含有氨基酸官能团.在不同的pH值条件下，羧基及氨基官能团去质子/质子化的程度并不相同，导致蛋白质分子表面净电荷量会随着pH值的变化而变化.在pH值为4.7（BSA的等电点）时，BSA分子解离成阳离子和阴离子的幅度相同，所带净电荷量趋于0；当pH值小于4.7时，BSA带正电荷，相反pH值大于4.7时，BSA带负电荷.2.2 pH值对BSA污染膜的通量衰减分析图1为PVDF超滤膜过滤不同pH值条件的BSA有机物溶液时，膜比通量随运行时间的变化特征.由图1中可以看出: （1）在前30min的运行时间内，pH值为3、4.7、7、9时，BSA污染膜通量衰减率分别达72%、81%、72%及41%；而在30～120min的运行阶段，上述4种pH值条件的污染膜通量衰减率分别为5%、2%、4%及14%.在任一pH值条件下，BSA污染膜通量皆是短时间内大幅度衰减，其后很快趋于平稳状态.（2）不同的pH值条件下，BSA对超滤膜的污染行为存在明显的差异.在BSA等电点处（pH值为4.7），BSA污染膜的通量衰减速率及衰减幅度最大；而pH值为3和7时，相应污染膜的通量衰减速率及衰减幅度相当；当pH值为9时，超滤膜污染最轻.上述结果表明: pH值离BSA有机物的等电点越远，膜污染越轻.这是因为pH值的变化，引起了BSA及超滤膜表面带电性能的变化，进而改变了BSA在超滤膜面的吸附沉降行为.2.3 pH值对BSA在PVDF膜面的吸附行为及污染层结构特征的影响机理分析为了探明pH值对BSA超滤膜污染行为的影响机制，使用QCM-D考察了pH值为3、4.7、7、9时，BSA在PVDF表面的吸附沉降行为及吸附层结构特征.实时监测PVDF石英晶体芯片表面吸附不同pH值条件的BSA过程中，PVDF芯片频率（Δf）及耗散（ΔD）曲线的变化特征，结果见图2.Δf是表征BSA在PVDF芯片表面吸附量的直接参数，而ΔD表征的是QCM-D测试过程中芯片振动所需能耗损失，其随着吸附量的增加在不断变化，是表征吸附层结构特性的有效参数.图2中，A阶段表示注入超纯水以获得稳定的基线，当芯片频率和耗散趋于稳定后，注入特定pH值条件的BSA溶液，运行25min （B阶段）.在B阶段，芯片的频率及耗散随着BSA在PVDF表面的吸附累积而不断发生变化.由图2（a）可以看出: （1）不同pH值条件下BSA在PVDF膜面的吸附行为并不相同.在 25min的BSA吸附过程中，当pH值为4.7时，│Δf│变化量最大，为28.9Hz；而pH值为9时的芯片频率减小量最小，仅有2.4Hz； pH值为3及7时，芯片频率减小量介于pH值为4.7及9之间.（2）由于芯片频率的变化量与吸附量成正比关系，所以，pH值在BSA的等电点时，PVDF对BSA的吸附量最大；当pH值偏离等电点后，BSA在PVDF表面吸附量随着偏离距离的增大而减小.图2（b）为吸附不同pH值的BSA过程中，PVDF芯片耗散值随pH值的变化规律.pH值为3、4.7、7、9时，所对应的ΔD分别为0.24×10-6、0.58×10-6、0.44×10-6、0.53×10-6.ΔD的大小与吸附量存在一定的关联性，为了便于比较，使用│ΔD/Δf│单位质量的耗散值考察吸附层结构特征［23］.通常认为，较低的│ΔD/Δf│值表示芯片表面吸附层呈现密实刚性状态，较高的│ΔD/Δf│值说明吸附层结构较为松散柔软［24］.表2为由B阶段Δf及ΔD变化计算所得的不同pH值下│ΔD/Δf│值.可以看出，在pH值为4.7时，│ΔD/Δf│最小，为2.0，说明当pH值在BSA的等电点时，PVDF表面形成密实刚性的BSA吸附层，主要是因为此时BSA所带净电荷量趋于0，致使BSA-BSA之间的静电排斥力最小；当pH值偏离BSA等电点，为3及7时，│ΔD/Δf│分别增大至2.7和2.9；而当pH值增大到9时，│ΔD/Δf│大幅度增加，达到pH值为4.7时的11倍.说明随着pH值与BSA等电点偏离距离的增大，PVDF芯片表面形成的BSA吸附层结构越来越松散.2.4 pH值对PVDF-BSA及BSA-BSA之间微观作用力的影响机理分析在粘附力测试试验中，胶体探针先与样品表面接触，然后在二者分离的过程中测定粘附力，故测得的粘附力为负值［25］.图3为不同的pH值条件下，PVDF-BSA及BSA-BSA之间的典型作用力曲线.由图3（a）可以看出: 在pH值为3时，PVDF与BSA之间的平均粘附力最大，为1.22mN/m；pH值为4.7、7及9时，PVDF-BSA之间的平均粘附力分别为0.76、0.71及0.27mN/m；显然，PVDF与BSA之间的相互作用力随着pH值的增大在逐渐减小.导致上述作用力大小差异的主要原因是: PVDF在pH值为3时带负电，但BSA带正电，二者之间静电吸引力致使PVDF超滤膜与BSA之间存在较强的相互作用力；pH值增加到4.7时，PVDF超滤膜所带净电荷量增大，但是BSA所带净电荷量趋于0，二者之间的静电吸引力减小，导致PVDFBSA作用力较pH值为3时弱；随着pH值继续增大到7和9，PVDF及BSA皆带负电，且二者所带净电荷量增大，致使PVDF-BSA间静电排斥力逐渐增大，削弱了PVDF-BSA之间的相互作用力.由图3（b）可以看出: 与PVDF-BSA之间作用力随pH值的变化规律不同，BSA-BSA之间的相互作用力在pH值为4.7时，达到最大，为0.64mN/m；在pH值为3及7时，BSA-BSA之间作用力大小相当；当pH值达到9时，BSA之间作用力最弱，为0.16mN/m.这主要是因为BSA-BSA之间的静电排斥力与BSA表面的所带净电荷量呈正相关关系，pH值正是控制BSA带电量的主要因素之一.在pH值为4.7时，BSA所带净电荷量趋于0，BSA之间静电排斥力最小，所以BSA-BSA之间作用力最大；但是pH值为3及7时，BSA所带的净电荷量相当，所以BSA之间的相互作用力接近；pH值为9时，BSA分子中羧基官能团大量解离，所以其净电荷量大幅增加，削弱了BSA-BSA之间的作用力.3.1 在BSA的等电点，即pH值为4.7时，PVDF超滤膜污染最为严重，这是因为此pH值条件下，BSA所带净电荷量趋于0，致使BSA与PVDF超滤膜及BSA-BSA之间的静电排斥力最小，所以当BSA与PVDF接触后，BSA会大量吸附累积于膜面及膜孔，且形成致密的污染层，最终引起膜通量的大幅度衰减.3.2 当pH值大于4.7时，PVDF与BSA皆带负电荷，PVDF-BSA及BSA-BSA之间的相互作用力随着pH值的增大而减弱，引起BSA在膜面的吸附量随着pH值的增大而减小，且松散的BSA污染层形成，最终导致PVDF超滤膜通量衰减速率及衰减幅度减缓.3.3 当pH值为3时，PVDF超滤膜通量衰减曲线与pH值为7时几乎完全吻合，这主要是因为PVDF超滤膜与BSA带相反电荷，二者之间较强的相互作用致使BSA瞬间吸附覆盖了膜面，BSA-BSA之间的相互作用力瞬间成为控制膜污染行为的主导因素，而BSA-BSA之间的作用力在pH值为3和7时相当.综上，pH值的变化主要是改变了超滤膜及污染物表面的带电性能，进而改变膜-污染物及污染物-污染物之间的静电作用力.在实际的废水处理中，通过适当的pH 值调整，使得所使用的超滤膜与待处理废水中污染物带有相同的电性，且增大二者所带净电荷量，可削弱膜-污染物及污染物-污染物之间的作用力，是减缓超滤膜污染的有效手段.李秀芬，张丽娜，李靖梅，等.pH对膜污染层EPS污染特征的影响及机理分析.［J］. 中国环境科学， 2009，29（6）:45-48.Dong H Y， Gao B Y， Yue Q Y， et al. 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第二章植物的矿质营养
3、起电化学作用。如渗透调节、胶体稳定和电荷中和等。
4、参与物质和能量的代谢过程。如是ATP、ADP、FAD、 FMN、GTP、NADH2、NADPH2、HSCoA组分。 （二）各种必需元素的生理作用
1、氮 根系吸收的氮主要是无机态氮：NH4&脂的主要成分：这三者又是原生 质、细胞核和生物膜的重要组成部分。氮也称生命元素。
缺磷：会影响细胞分裂，使分蘖减少，幼芽、幼叶生长停滞， 根、茎纤细，植株矮小，花果脱落，成熟延迟。缺磷时蛋白 质合成下降，糖的运输受阻，从而使营养器官中糖的含量相 对提高，利于花青素的形成，因而茎、叶会呈不正常的紫红 或暗绿色。磷在体内易移动，病症从老叶开始。
磷过多：叶出现小枯斑，为磷酸钙沉淀所致；磷过多还会阻碍 植物对硅的吸收，水稻得病；与锌结合，减少锌的有效性， 而易引起植物缺锌。
第二节 植物细胞对离子的吸收
一、被动吸收
被动吸收：是指细胞不需要 代谢能，而是依化学势或电化 学势梯度吸收分子或离子的现象。
有两种方式：
（一）简单扩散：是指疏水性分子或离子沿着化学势或电化学 势梯度向细胞内转移的过程。 扩散动力：
1）亲脂性物质：为膜两侧的化学势梯度。其扩散速度除与化 学势梯度有关外，还与扩散分子颗粒的大小及脂溶性程度有 关。自然颗粒小、脂溶性大的分子易透过膜。
2、时当磷磷，进吸主入收要根H以P部OH，422P-磷居O大4多-和部，H分当P会O土4转2壤-形变P为式H<有被7时机植，磷物吸化吸收合收H物。2P如土O磷壤4-较脂PH多、〉。核7 苷酸、核酸等。
植物镁离子转运及镁胁迫响应机制研究进展
镁离子(Mg 2+)是植物细胞中含量十分丰富的二价阳离子,在植物生长发育中参与一系列重要生理生化过程,比如:它是叶绿素的组成成分,参与光合作用及碳水化合物代谢;是RNA 酶、ATP 酶等多种酶活反应的催化剂;参与活性氧代谢等过程[1~3]。
自然环境中各种镁胁迫因素的存在严重威胁植物生长发育,制约着农业可持续发展[4~6]。
因此,植物细胞中Mg 2+稳态平衡对于维持植物正常生长发育极其重要。
目前,植物Mg 2+的吸收和转运、植物响应Mg 2+胁迫的分子机制的研究取得了DOI:10.16605/ki.1007-7847.2021.08.0189植物镁离子转运及镁胁迫响应机制研究进展陈良碧*,蔡丹,张林安,宋绍文,罗璇,陈依君,李俊峰,许涛,毛丹丹(湖南师范大学生命科学学院作物不育资源创新与利用湖南省重点实验室,中国湖南长沙410081)摘要:镁离子是植物生长发育所必需的矿质元素,参与植物光合作用、碳水化合物代谢等一系列生理生化反应。
缺镁严重影响植物生长发育及作物产量和品质。
植物细胞中镁含量过高也会抑制植物生长,导致植株产生镁中毒症状。
因此,植物细胞中镁离子动态平衡对于维持植物正常生长发育极其重要。
植物细胞中镁离子动态平衡由定位于细胞膜及不同细胞器膜的镁离子转运蛋白介导。
迄今为止,有关植物镁离子吸收和转运以及植物响应镁胁迫的分子机制取得了一定进展。
本文从镁离子的生理功能、镁离子转运、信号转导等方面阐述植物镁离子转运以及应答镁营养胁迫的研究进展,以期推动植物镁离子转运及镁胁迫机制的研究。
关键词:镁离子;镁胁迫;镁离子转运;信号传递;分子机制中图分类号:Q946文献标识码:A文章编号:1007-7847(2021)05-0442-06Advances in Mechanisms of Magnesium Transport and Responseto Magnesium Stress in PlantsCHEN Liang-bi *,CAI Dan,ZHANG Lin-an,SONG Shao-wen,LUO Xuan,CHEN Yi-jun,LI Jun-feng,XU Tao,MAO Dan-dan (Hunan Province Key Laboratory of Crop Sterile Germplasm Resource Innovation and Application,College of Life Sciences,Hunan Normal University,Changsha 410081,Hunan,China )Abstract:Magnesium (Mg)is abundant in plant cells and plays a critical role in many physiological processes such as enzyme activation and photosynthesis.Plant growth and development are susceptible to Mg deficiency and high Mg stress.Mg absorption by plant roots and Mg transport throughout the plant are mediated by transport proteins including Mg 2+channels and carriers.So far,the uptake and transport mechanisms of Mg as well as the plant response to stress (Mg lacking and poisoning)are made better progress.The present paper covers the recent research development on physiological functions and transport of Mg in plants,plant re-sponse to Mg stresses,and the interactions between Mg 2+and other ions,with the hope that the related re-search could be promoted a lot in the future.Key words:magnesium;magnesium stress;magnesium transport;signal transduction;molecular mechanism（Life Science Research ，2021，25（5）：442~447）收稿日期:2021-08-09;修回日期:2021-09-16基金项目:国家自然科学基金资助项目(31500200);湖南省自然科学基金资助项目(2021JJ30013)作者简介:*通信作者:陈良碧(1955—),男,湖南沅陵人,湖南师范大学教授,博士生导师,主要从事植物发育与分子生物学研究,E-mail:*******************;蔡丹(1998—),女,湖南耒阳人,研究生,主要从事水稻离子转运研究,E-mail:*****************。
甲壳质
甲壳质，又称甲壳素(Chitin)，是许多低等动物，特别是节肢动物如虾，蟹、昆虫类，蜘蛛类外壳的重要组成部分，也存在于低等生物如真菌，藻类的细胞壁中。
甲壳素的结构与纤维素类似，溶解性很差，化学性质也不活泼。
甲壳素是自然界含量仅次于纤维素的第二大天然有机高分子化合物。
估计每年生物合成的甲壳素达数十亿吨，全世界每年水产加工后的甲壳素废弃物约为140多万吨。
甲壳素在我国有丰富的自然资源，如何充分利用这一宝贵的自然资源，长期以来一直是人们探索的课题。
早在1811年，Bracohnot H首次从蘑菇中分离出甲壳素，并命名为“fangin" 1823年，Other A发现昆虫的外皮上分布有大量的甲壳素，并用希腊语命名为"Chitin" 。
1859年，Rouget C用浓氢氧化钠处理甲壳素，使其脱乙酞化，制备出能溶于稀有机酸的物质。
1894年Hoppe-seder将该物质命名为"Chitosan" 。
1937年，Lobell等人发现能把甲壳素水解成甲壳素低聚糖的甲壳素酶，1973年，Eveleighdeng等人发现能把壳聚糖水解成低聚糖的壳聚糖酶。
1977年，日本人首次将壳聚糖作为天然絮凝剂处理废水。
近二十多年来，甲壳素和壳聚糖的研究及开发应用在全球范围内形成一股热潮。
1977年，在美国B oston召开了由MIT Sea Grand Program主办的首届国际甲壳素/壳聚糖学术会议，以后又相继在日本、意大利、挪威、美国、波兰、法国召开了专题国际会议，2000年9月在日本山口县召开了第八届甲壳素/壳聚糖国际学术会议和第四届亚太地区甲壳素会议。
目前，日本、美国等国家已经将甲壳素/壳聚糖应用到农业、印染、医疗、医药、化妆品及保健品、食品添加剂、重金属回收等诸多领域上，并有商品化产品，如植物活化剂、生物反应器、固定化酶的载体以及膜的分离材料等。
1982年以来，壳聚糖在水处理中的应用在国外日、美等发达国家已逐渐开展起来。
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中国环境科学 2017,37(5)：1792~1797 China Environmental Science 典型一价阳离子对蛋白质膜污染的影响特性 王 磊,朱 苗,苗 瑞*,李松山,邓东旭 (西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西 西安 710055)
摘要：通过耗散型石英晶体微天平结合自制的聚偏氟乙烯(PVDF)芯片,考察离子强度为0mmol/L及LiCl、NaCl、KCl离子强度为100mmol/L条件下,牛血清蛋白(BSA)在PVDF界面的微观吸附过程及吸附层结构特征,结合宏观膜污染及膜性能恢复试验,从微观角度阐述了膜污染过程中离子水合作用的产生过程及其影响因素,进一步解析了一价阳离子对超滤膜蛋白质污染行为的影响机制.结果表明:与离子强度为0mmol/L时相比,无论是Li+、Na+或K+离子的存在,皆可有效触发PVDF-BSA及BSA-BSA之间的水合排斥力,进而减缓BSA在PVDF膜面的吸附累积速率,形成松散的BSA吸附层,相应膜污染减缓.但是Li+、Na+及K+ 3种阳离子对膜污染的缓减幅度并不相同,离子半径越小, BSA在膜面的吸附累积速率越慢,吸附层越松散,相应膜不可逆污染越小,说明膜污染幅度与离子半径成正相关关系,这主要是因为上述3种阳离子所产生的水合排斥力不同所致. 关键词：PVDF超滤膜；QCM-D；离子半径；离子水合；膜污染 中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2017)05-1792-06
Effect of monovalent cations on ultrafiltration membrane fouling of protein. WANG Lei, ZHU Miao, MIAO Rui*, LI Song-shan, DENG Dong-xu (Environmental and Municipal Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China). China Environmental Science, 2017,37(5)：1792~1797 Abstract：A quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D) combined with a self-made PVDF-coated sensor crystal was used to investigate the deposition and adsorption behavior of BSA on the PVDF surface and the structure of the BSA adsorption the layers at ionic strengths of 0and 100mmol/L, of LiCl, NaCl, KCl. These results were combined with t fouling experiments and the flux recovery rate (at corresponding ionic strengths) to give a deep insight into the effect mechanism of monovalent cation on protein fouling of ultrafiltration membrane. The cause and influence factors of the action of hydrated ion in the process of pollution were described in a microcosmic view. Results showed that, compared with ionic strength 0mmol/L, the hydration repulsive forces between PVDF membrane and BSA or between BSA and BSA could produce effectively by Li+, Na+ or K+, which leading to decrease in the adsorption amount and rate of
BSA on PVDF surface, more nonrigid and soft BSA layer was formed and accompanied by a decrease in membrane fouling. However, membrane fouling rate were different at Li+, Na+ and K+ environment. The smaller radiu of ion, the
slower adsorption rate of BSA on PVDF surface, the more loosely BSA layer was formed, and lesser membrane fouling was occured. These results indicated that there was a positive relationship between membrane fouling rate and the sizes of ions, which mainly due to the difference of hydrated ability of Li+, Na+ and K+.
Key words：PVDF ultrafiltration membrane；QCM-D；ionic radius；hydrated ion；membrane fouling
近年来,超滤技术被广泛应用于污水处理及资源化领域.但是膜污染一直是限制其高效低耗运行的主要瓶颈.而废水中广泛存在的蛋白类有机物是引起膜污染的主要物质之一[1-2]. 蛋白类有机物的膜污染行为与膜材料、水质及运行条件等多种参数密切相关.而废水中大量存在的Na+、K+、Ca2+等阳离子,正是影响蛋白质膜污染行为的主要因素之一,因为无机阳离子易与蛋白质中的氨基、羧基等官能团发生络合、中和或电荷屏蔽作用,导致蛋白质与膜及蛋白质之间的作用行为发生变化,最终影响膜污染[3-4].
已有大量研究考察阳离子与蛋白质共存条
收稿日期：2016-10-01 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51278408);中国博士后科学基金资助项目(2015M580820, 2016T90895);陕西省自然科学基金资助项目(2016JQ5067);陕西省教育厅计划项目(16JS062);陕西省高校科协青年人才托举计划(20160220) * 责任作者, 讲师, 395832936@qq.com 5期 王 磊等：典型一价阳离子对蛋白质膜污染的影响特性 1793 件下的膜污染机制,多数研究发现膜污染随阳离子含量的增大而加剧.认为阳离子的电荷屏蔽作用能削弱了膜-蛋白及蛋白质物间的静电排斥力,进而加剧膜污染.即阳离子对膜污染行为的影响遵循DLVO理论[5].但是,近年来,另外研究者发现,在一些特定的离子条件下,膜污染会随着阳离子含量的增大而减缓,与DLVO理论相悖[6-9].这主要是当阳离子浓度达到一定值后,可有效触发膜-蛋白质及蛋白质之间的水合排斥力,进而削弱蛋白质在膜面的吸附累积速率,相应膜污染减缓.水合作用力是一种典型的短程排斥力,可有效减缓膜污染,而水合作用力的大小与相应水合阳离子的性能密切相关[10-12].但是,由于水合作用力的复杂性及来源不明确性,既往鲜有膜污染研究者考察水合阳离子对超滤过程水合作用力的影响行为. 因此,本研究选用典型一价阳离子Li+、Na+、K+,并采用牛血清蛋白(BSA)代表蛋白类有机物,通过QCM-D结合PVDF超滤膜芯片,考察离子强度为0mmol/L及高离子浓度(LiCl、NaCl、KCl离子强度为100mmol/L)条件下, BSA在超滤膜界面的吸附行为及吸附层结构特征,结合相应离子条件下的超滤膜污染试验及膜通量恢复性能,解析一价阳离子对蛋白质膜污染行为的影响机制,旨在为膜污染的防控提供一定的理论依据. 1 材料与方法 1.1 材料 膜材料:聚偏氟乙烯(PVDF, Solvay, Solef1015),氯化锂(LiCl,天津化学试剂有限公司),氯化钠(NaCl,天津化学试剂有限公司),氯化钾(KCl,天津化学试剂有限公司), N,N-二甲基乙酰胺(DMAc,天津市福晨化学试剂厂). 试验用膜是相转化法制备的PVDF平板超滤膜:将PVDF与LiCl按一定比例溶解于DMAc中,在恒温条件下搅拌溶解形成均质铸膜液,静置脱泡后,将其均匀涂覆于玻璃板表面,随后在恒温水浴中分相,获得PVDF超滤膜. 污染物材料:选用牛血清蛋白(BSA, Sigma, St. Louis, Mo)代表蛋白类有机物.配置25mg/L的BSA溶液进行试验分析.分别使用1mol/L的LiCl、NaCl和KCl溶液调节污染物溶液的离子条件,试验中所使用溶液皆是采用超纯水配置. 1.2 PVDF超滤膜污染及清洗试验 使用死端过滤系统[13-15]进行超滤膜的污染试验:先在0.15MPa下,用去离子水预压超滤膜至膜通量趋于稳定,其后将跨膜压差调节至0.1MPa,继续过滤去离子水,获得膜纯水通量J0.然后在
0.1MPa下,继续过滤特定离子条件的BSA污染物溶液,并实时监测膜通量变化(J). 污染膜清洗实验:将污染膜浸渍于盛有400mL去离子水的烧杯中,在25 ℃的恒温振荡器里震荡2min后取出,用去离子水冲洗膜表面,之后在0.1MPa下再次测定清洗膜的纯水通量(Jr),使用Jr
/J表征超滤膜通量恢复率.
1.3 BSA在膜面的吸附行为及吸附层结构研究 使用耗散型石英晶体微天平(QCM-D, E1, Q-Sense, Sweden)考察不同离子条件下BSA在PVDF膜面的吸附量及BSA吸附层结构[16-17].
1.3.1 PVDF芯片的制备 将PVDF和LiCl按一定的比例溶于DMAC制备成均质聚合物溶液.将金芯片(QSX301Au, Qsence)充分清洗后待用;其后通过旋转涂覆技术将聚合物溶液涂覆于金芯片表面,获得PVDF芯片. 1.3.2 QCM-D实验 将PVDF的芯片安装于QCMD流动池中,首先将超纯水引入流动池,获得稳定的频率和耗散基线;然后在同样的流速下引入特定离子条件的BSA溶液30min.通过实时测定的3倍频下芯片振动频率及耗散变化特征,评价特定离子条件下BSA在PVDF表面吸附量及BSA污染层的结构变化特征. 芯片表面吸附累积质量(∆m)随着运行时间不断增大,致使芯片的共振频率不断减小,二者之间关系如下[18]: