一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法
本发明属于环境，更具体地说，本发明涉及一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法。
背景技术：
1、现有大气污染物包括pm2.5、pm10、o3、so2、no2和co等，其中以o3和pm2.5浓度居高不下为重要特征的二次复合型大气污染问题日渐突出。由于醛酮化合物对大气中o3的生成有着重要贡献，研究醛酮化合物的污染情况对了解光化学污染和城市灰霾等复合大气污染问题、监测大气环境质量具有重要意义。
2、苔藓植物是最原始的高等植物，结构简单。苔藓植物叶表占比大，生理代谢特征独特，对环境污染物的抗性及吸附力强，其敏感性特征远超绝大多数高等植物，且取材容易，能够客观揭示大气污染物质的迁移规律及时空变化特征。长期以来，苔藓植物一直被用作大气污染监测的典型生物学指标，是世界环境污染及全球变化研究领域公认的污染监测指示物。然而，目前使用苔藓作为生物监测手段在重金属污染领域研究较多，醛酮类气体污染对苔藓的致毒机理以及苔藓对该类污染的大气监测尚不清楚，因此，研发出一种能够利用苔藓的生理生化特征来评价醛酮类气体污染的方法，以此作为预警大气污染的标志，具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
2、为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法，包括以下步骤：
3、一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、步骤一、将砂藓在玻璃温室温度23～25℃、湿度70～80％条件下进行人工驯化2天，然后选取健康、均一的砂藓作为处理对象，铺满在玻璃培养皿中，放置于密封熏蒸箱中，熏蒸箱中有一铺上滤纸的玻璃培养皿，通过在滤纸上滴加甲醛或丙酮液体后迅速关闭箱门，来设置不同组别的污染气体密闭环境；每日熏蒸8h，动态熏蒸7天；
5、步骤二、测定砂藓在甲醛和/或丙酮气体胁迫下光合及抗氧化生理的变化；
6、步骤三、测定砂藓在不同浓度的甲醛气体胁迫下的光合及抗氧化生理的变化；
7、步骤四、测定砂藓在甲醛气体胁迫下代谢组及转录组的变化。
8、优选的是，所述步骤一中，将砂藓铺满在直径为5～15mm的玻璃培养皿中，放置于30～50*30～50*30～50cm密封熏蒸箱中。
9、优选的是，所述步骤二中，测定砂藓在甲醛和/或丙酮气体胁迫下光合及抗氧化生理的变化，具体包括：观察其生长情况；测定其叶绿素含量、ojip曲线、叶绿素荧光参数及荧光成像图；测定其过氧化氢、超氧阴离子和丙二醛的含量，以及抗氧化酶活性。
10、优选的是，所述步骤三中，测定砂藓在不同浓度的甲醛气体胁迫下的光合及抗氧化生理的变化，具体包括：采用扫描电镜观察砂藓的发育特性变化；测定其叶绿素含量、ojip曲线、叶绿素荧光参数及荧光成像图；测定其过氧化氢、超氧阴离子和丙二醛的含量，以及抗氧化酶活性和渗透调节物含量。
11、优选的是，所述步骤四中，测定砂藓在甲醛气体胁迫下代谢组及转录组的变化，具体包括：采用gc-ms非靶向代谢组学技术分析甲醛对砂藓代谢组轮廓的影响；依据代谢组数据分析甲醛对砂藓代谢产物的影响；采用无参转录组学技术分析甲醛对砂藓转录组轮廓的影响；利用kegg数据库对degs和dems数据进行联合分析，解析砂藓糖代谢、能量代谢、光合碳代谢以及氧化还原途径对甲醛的响应机制。
12、优选的是，所述步骤二中，测定砂藓在甲醛和/或丙酮气体胁迫下光合及抗氧化生理的变化，设置的不同组别的污染气体密闭环境具体为：设置对照组和甲醛组、丙酮组、甲醛丙酮组三个处理组，对照组中甲醛、丙酮的浓度均为0mg/m3，甲醛组中甲醛浓度为40～60mg/m3，丙酮组中丙酮浓度为40～60mg/m3，甲醛丙酮组中甲醛、丙酮气体浓度均为40～60mg/m3。
13、优选的是，所述步骤三中，测定砂藓在不同浓度的甲醛气体胁迫下的光合及抗氧化生理的变化，设置的不同组别的污染气体密闭环境具体为：设置对照组和低浓度组、中浓度组、高浓度组三个处理组，甲醛浓度分别为0、5～15、40～60、90～110mg/m3。
14、优选的是，所述步骤四中，测定砂藓在甲醛气体胁迫下代谢组及转录组的变化，设置的不同组别的污染气体密闭环境具体为：设置对照组和甲醛组，两个组甲醛浓度分别为0和40～60mg/m3。
15、优选的是，测定叶绿素荧光参数及荧光成像图的具体方法为：通过mini-pam和成像荧光计软件win测量砂藓的叶绿素荧光成像和荧光参数；其中，叶片经暗处理30min后再进行测量，测量光频率设置为1hz，强度设置为0.5μmol/m·s，光化学强度设置为200μmol/m·s，饱和脉冲强度设置为2800μmol/m·s，持续时间设置为2s，成像面积设置为24mm×32mm；
16、测定ojip曲线的具体方法为：采用植物效率分析仪进行测定，其中叶片充分暗适应30min后测定，ojip曲线由1500μmol·m-2·s-1红光诱导，测定时间为1s。
17、优选的是，所述抗氧化酶为超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶；所述渗透调节物为可溶性糖和可溶性蛋白。
18、本发明至少包括以下有益效果：通过本发明的方法发现，在甲醛、丙酮单独及复合处理后，砂藓的结构遭到不同程度的破坏；叶绿素含量以及叶绿素荧光参数在丙酮处理后无显著差异，但在甲醛、甲醛丙酮复合处理后出现动态变化；甲醛及甲醛丙酮复合处理后砂藓的ψo、sm、piabs等参数出现波动，且甲醛组砂藓热耗散(dio/cs)显著高于对照组和丙酮组，揭示了甲醛、丙酮处理对砂藓光合效率和光保护机制的影响；甲醛及甲醛丙酮处理后砂藓的mda、h2o2、o2·-水平升高，同时抗氧化酶系统(sod、pod、cat)酶活性显著增高；在甲醛、丙酮以及甲醛丙酮复合胁迫中，砂藓对甲醛造成的损伤更加敏感；
19、同时发现，在不同浓度甲醛胁迫下，砂藓有不同的逆境响应机制，低、中浓度处理组中，砂藓的抗氧化酶系统被激活来减少活性氧在细胞中的累积，高浓度处理组的抗氧化酶活被抑制，而通过刺激环式电子传递以及启动热耗散来避免细胞受到更严重的损伤；
20、此外，砂藓gc-ms非靶向代谢组鉴别到73个差异代谢物，在中等浓度甲醛胁迫下会抑制砂藓糖代谢以及糖酵解等代谢途径的表达，而l-谷氨酸、l-谷氨酰胺、腐胺等氨基酸代谢物显著上调表达，这可能是植物启动了抗逆机制抵抗甲醛胁迫；转录组研究检测到了24252个差异基因，差异基因的表达量在处理组和对照组之间存在明显差异；在kegg富集通路分析中，degs主要分布在代谢、环境信息处理、遗传信息处理、细胞过程、生物系统等分类，特别是在代谢水平中，degs数量较多，主要涉及碳水化合物代谢、氨基酸代谢、脂质代谢和能量代谢等途径；通过分析转录组和代谢组的显著性差异，发现许多基因与代谢物之间存在高度正相关性。
21、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
技术特征：
1.一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法，其特征在于，所述步骤一中，将砂藓铺满在直径为5～15mm的玻璃培养皿中，放置于30～50*30～50*30～50cm密封熏蒸箱中。
3.如权利要求1所述的一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法，其特征在于，所述步骤二中，测定砂藓在甲醛和/或丙酮气体胁迫下光合及抗氧化生理的变化，具体包括：观察其生长情况；测定其叶绿素含量、ojip曲线、叶绿素荧光参数及荧光成像图；测定其过氧化氢、超氧阴离子和丙二醛的含量，以及抗氧化酶活性。
4.如权利要求1所述的一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法，其特征在于，所述步骤三中，测定砂藓在不同浓度的甲醛气体胁迫下的光合及抗氧化生理的变化，具体包括：采用扫描电镜观察砂藓的发育特性变化；测定其叶绿素含量、ojip曲线、叶绿素荧光参数及荧光成像图；测定其过氧化氢、超氧阴离子和丙二醛的含量，以及抗氧化酶活性和渗透调节物含量。
5.如权利要求1所述的一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法，其特征在于，所述步骤四中，测定砂藓在甲醛气体胁迫下代谢组及转录组的变化，具体包括：采用gc-ms非靶向代谢组学技术分析甲醛对砂藓代谢组轮廓的影响；依据代谢组数据分析甲醛对砂藓代谢产物的影响；采用无参转录组学技术分析甲醛对砂藓转录组轮廓的影响；利用kegg数据库对degs和dems数据进行联合分析，解析砂藓糖代谢、能量代谢、光合碳代谢以及氧化还原途径对甲醛的响应机制。
6.如权利要求3所述的一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法，其特征在于，所述步骤二中，测定砂藓在甲醛和/或丙酮气体胁迫下光合及抗氧化生理的变化，设置的不同组别的污染气体密闭环境具体为：设置对照组和甲醛组、丙酮组、甲醛丙酮组三个处理组，对照组中甲醛、丙酮的浓度均为0mg/m3，甲醛组中甲醛浓度为40～60mg/m3，丙酮组中丙酮浓度为40～60mg/m3，甲醛丙酮组中甲醛、丙酮气体浓度均为40～60mg/m3。
7.如权利要求4所述的一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法，其特征在于，所述步骤三中，测定砂藓在不同浓度的甲醛气体胁迫下的光合及抗氧化生理的变化，设置的不同组别的污染气体密闭环境具体为：设置对照组和低浓度组、中浓度组、高浓度组三个处理组，甲醛浓度分别为0、5～15、40～60、90～110mg/m3。
8.如权利要求5所述的一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法，其特征在于，所述步骤四中，测定砂藓在甲醛气体胁迫下代谢组及转录组的变化，设置的不同组别的污染气体密闭环境具体为：设置对照组和甲醛组，两个组甲醛浓度分别为0和40～60mg/m3。
9.如权利要求3或4所述的一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法，其特征在于，测定叶绿素荧光参数及荧光成像图的具体方法为：通过mini-pam和成像荧光计软件win测量砂藓的叶绿素荧光成像和荧光参数；其中，叶片经暗处理30min后再进行测量，测量光频率设置为1hz，强度设置为0.5μmol/m·s，光化学强度设置为200μmol/m·s，饱和脉冲强度设置为2800μmol/m·s，持续时间设置为2s，成像面积设置为24mm×32mm；
10.如权利要求3或4所述的一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法，其特征在于，所述抗氧化酶为超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶；所述渗透调节物为可溶性糖和可溶性蛋白。
技术总结
本发明公开了一种采用砂藓生理生化特征评价醛酮类气体污染的方法，包括：将砂藓在玻璃温室温度23～25℃、湿度70～80％条件下进行人工驯化2天，然后选取健康、均一的砂藓作为处理对象，铺满在玻璃培养皿中，放置于密封熏蒸箱中，熏蒸箱中有一铺上滤纸的玻璃培养皿，通过在滤纸上滴加甲醛或丙酮液体后迅速关闭箱门，来设置不同组别的污染气体密闭环境；每日熏蒸8h，动态熏蒸7天；测定砂藓在甲醛和/或丙酮气体胁迫下光合及抗氧化生理的变化；测定砂藓在不同浓度的甲醛气体胁迫下的光合及抗氧化生理的变化；测定砂藓在甲醛气体胁迫下代谢组及转录组的变化。本发明方法简单，砂藓生理生化特征明显，能够用来评价醛酮类气体污染。
技术研发人员：马思琪,胡艺之,李锐新,邱海燕,李婉婷,陈珂,周建,唐运来,任鹏
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23