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基本信息

主題：Cu抑制細菌降解增塑劑的離子穩態機制

期刊：Ecotoxicology and Environmental Safety

影響因子：4.872

研究使用平臺：NMT環境毒理創新科研平臺

標題：Physiological responses of Arthrobacter sp. JQ-1 cell interfacesto co-existed di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) and copper

作者：東北農業大學張穎

檢測離子/分子指標

K⁺ 、Ca²⁺

檢測樣品

節桿菌JQ-1細胞

中文摘要（谷歌機翻）

節桿菌JQ-1可以在3天內*降解500 mg / L的DEHP。Cu²⁺的抑菌濃度（MICs）可能達到1.56mM，但是5.0mg/L Cu²⁺明顯抑制了DEHP降解和細菌生長。因此，JQ-1暴露于DEHP-銅環境下，以基于細胞多個界面（細胞表面，膜和細胞內特性）的生理反應來驗證毒性機理。結果表明，500mg/L的DEHP和5.0mg/L的Cu²⁺組合可顯著降低細胞表面疏水性（CSH）和ζ電勢的值，這表明DEHP的生物利用度降低。細胞表面的變化主要是由于Cu²⁺和某些官能團（CH₂，CH₃，芳環和酰胺）之間的相互作用。穿過質膜的質子動力（PMF）減弱可能會*量的形成和利用，這不利于細胞損傷的修復過程。本研究*將非損傷微測技術（NMT）應用于DEHP和重金屬離子的聯合毒性研究。DEHP-銅增強了穿過質膜的K⁺流出和Ca²⁺的流入，從而干擾了離子鉀和鈣離子的穩態，并可能誘導細胞凋亡并進一步抑制DEHP降解。細胞內酯酶活性的下降表明代謝能力明顯受到抑制。這項研究增強了我們對響應污染物的細胞不同界面過程的理解。

離子/分子流實驗處理方法

（1）500 mg/L Glucose
（2）500 mg/L Glucose+5.0 mg/L Cu²⁺
（3）500 mg/L DEHP
（4）500 mg/L DEHP+5.0 mg/L Cu²⁺
處理3天

離子/分子流實驗結果

圖A和圖B給出了不同處理下的實時K⁺和Ca²⁺流速，其中正值表示外排，負值表示內流。條形圖中還顯示了不同系統中K⁺和Ca²⁺流速的平均值（圖C和D）。在DEHP+Cu²⁺處理中，JQ-1的K⁺外排量高于其他組，即DEHP和Cu²⁺的組合顯著抑制了K⁺的內流速率。相比之下，當JQ-1暴露于DEHP-銅時，Ca²⁺的內流量增加，而無銅存在的處理則明顯促進了Ca²⁺的內流量。

其他實驗結果

• Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺和Zn²⁺在1.56mM時對菌株JQ-1的生長有抑制作用。

• 當JQ-1菌株以葡萄糖為碳源時，銅的加入減緩了細菌的生長速度，降低了OD600的大值。當DEHP作為碳源時，前12h添加銅可以提高細菌的生長速度，但會迅速進入下降期。

• 在葡萄糖培養條件下，JQ-1菌株的掃描電鏡圖像呈現出單細胞表面起皺，邊緣清晰，形狀規則的狀態。當培養基中含有葡萄糖和Cu²⁺時，細菌的形態沒有明顯變化，但細胞表面附著了大量絮狀沉積顆粒。當細菌在DEHP中培養時，單個細菌的表面紋理減少，邊緣變得不規則和光滑。當DEHP和Cu⁺共同培養時，細胞變得粗糙和不規則。一些細胞的結構甚至消失，產生碎片。

• Cu²⁺可能通過與JQ-1細胞表面官能團的相互作用影響DEHP的吸附過程。

• 在葡萄糖中，細胞酯酶活性，高于單一DEHP污染。在兩種碳源處理中，Cu²⁺污染物的存在降低了細胞酯酶活性。DEHP和Cu²⁺的組合對酯酶活性的抑制作用。

結論

節桿菌JQ-1的性能優于其他已報道的菌株，無論是酸性土壤還是堿性土壤，JQ-1都是一種出色的種質資源，可用于對高濃度DEHP污染的土壤進行生物修復。此外，JQ-1對高濃度重金屬表現出很高的耐受性。但是，DEHP和銅的綜合毒性遠大于它們各自的毒性。兩種污染物的結合對幾乎所有測試的界面特征都有明顯的不利影響。本研究強調了有機污染物和重金屬的聯合毒性，在可持續發展過程中起到了警示作用。

離子流實驗使用的測試液

1.0mM NaCl，1.0mM KCl，0.1mM CaCl₂，0.1mM HEPES，1.0mM glucose，pH 7.0