科研进展----中国科学院生态环境研究中心

吕永龙研究组在PFOS源排放估算及其与工业化水平关系研究方面取得重要进展

　　中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室吕永龙研究员研究组在我国全氟辛烷磺酸（PFOS）区域水体污染与工业化水平关系、工业源与生活源排放估算方法等方面取得重要进展。相关研究成果以系列论文的形式先后发表在国际著名刊物《国际环境》（IF 6.25）上（Environment International, 2012, 42:37-46; 2013, 52: 1-8; 2013, 59: 336-343）。
　　PFOS是新近列入《斯德哥尔摩公约》优先控制的一类新型持久性有机污染物，已引起各国政府、工业界及学术界的广泛关注。虽然发达国家已陆续采取相关政策措施削减或限制PFOS类物质的生产和使用，但由于缺乏有效的替代品，PFOS类物质仍然在我国生产并广泛使用，导致我国普遍存在PFOS污染。然而，目前我国对PFOS污染排放来源解析、排放估算方法及排放清单等研究尚少，难以满足PFOS污染控制与管理的履约需要。
　　针对这一问题，吕永龙研究组近年来以黄渤海地区为主要研究区，通过大尺度野外系统调查、室内模拟和计算分析，1）揭示了区域水体PFOS污染特征与工业化发展格局的关系，高工业化水平与多介质环境中PFOS污染的高风险存在显著的相关性(Environment International（2012，42:37-46）)；2）通过系统调查我国PFOS类物质生产与使用状况，识别与分类主要排放源，基于我国PFOS来源广泛但相关数据极其匮乏的实际现状，针对工业源和生活源这两类不同的PFOS排放源，分别建立了适合我国当前情况的PFOS源排放估算方法，首次提出了国家尺度的PFOS工业源排放水平与格局（Environment International, 2013, 52:1-8），以及工业化和城市化水平较高的沿海地区PFOS生活源排放水平与格局，建立了PFOS生活排放与区域经济发展水平（GDP）和个人生活水平（人均可支配收入）之间的关系模式（Environment International, 2013, 59: 336-343），识别出了重点排放源与排放较为严重的地区，研究结果将对中国开展PFOS 风险评价和管理决策提供开创性技术支撑，对该领域有重要贡献。
　　这系列研究为编制我国PFOS排放清单提供了有益经验，研究结果可为PFOS多介质迁移转化行为的模拟及环境风险评价提供基础数据，同时为我国制定相关产业调整对策以及PFOS污染控制与管理政策提供科学依据。
　　上述研究得到了国家自然科学基金项目(41071355, 41171394)、科技部国际科技合作项目(2012DFA91150)和中国科学院重点资助项目(KZZD-EW-TZ-12)等的支持。
　　城市与区域生态国家重点实验室
　　2013年9月15日

2013-09-15

欧阳志云研究组在生态补偿研究方面取得重要进展

　　生态补偿项目评估框架　　
作为联系生态系统服务提供者和受益者、整合生态保护与经济社会发展的有效途径，生态补偿在全球范围内得到广泛应用，但目前对生态系统服务供给者、受益者的成本效益以及生态系统服务供给者生计变化关注很少，影响着生态补偿项目的公平性与效率。尤其是生态补偿项目参与者受到补偿后的生计变化，可能通过影响区域经济结构和自然资本而最终改变项目的总体效果和可持续性。中国科学院生态环境研究中心欧阳志云研究员的研究团队和美国斯坦福大学Gretchen Daily教授、美国明尼苏达大学Stephen Polasky教授合作，以2006年北京市和河北承德、张家口地区联合在密云水库流域实施的生态补偿项目——“稻改旱”工程为例，评估了该项目的成本、效益及对农户生计的影响。
　　研究发现：“稻改旱”项目是一个成功的生态补偿项目，“稻改旱”项目的成本效益比为1:1.5，生态系统服务供给者和受益者的成本效益比分别为1:1.2和1:1.3，通过下游给上游地区经济补偿，促进上游地区土地利用改变，进而促进水质和水量改善。但项目实施后，农户生计资本与生计活动也发生了两方面的显著变化，一方面，项目参与农户家庭收入、打工收入、教育投入和物质资本显著增加，农业用工显著减少、薪柴使用也呈减少趋势，生计资本和活动的这些变化有助于农户生计和流域生态环境改善；另一方面，项目参与农户农药、化肥投入显著增加。尽管因土地利用的变化而导致养分保持的净效益是正的，但农药、化肥投入的增加部分抵消了项目的预期目标，并将会对地下水污染等带来潜在风险。从长远角度，这将产生不利的环境影响。
　　该研究为整合了农户生计变化开展生态补偿研究提供了框架，项目评估揭示了生态补偿项目实施如何导致农户生计活动发生有利的或不利的环境后果，强调了生态补偿项目中考虑项目参与者行为变化的重要性，这在今后的生态补偿项目设计、评估、农户生计与环境研究中具有重要的政策和方法应用。生态补偿项目政策设计者应该仔细考虑合适的机制促进长期的、有利的环境和生计后果，避免或减小可能的不利影响。
　　该成果在线发表在国际著名综合性期刊Proceedings of the National Academy of Sciences上（PNAS, 2013, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1312324110）。该研究得到国家自然科学基金、城市与区域生态国家重点实验室自主项目等资助。
　　论文全文链接：http://www.pnas.org/content/early/2013/08/30/1312324110.full.pdf+html
　　城市与区域生态国家重点实验室
　　2013年9月4日

2013-09-04

汪海林研究组发现维生素C可调控甲基化DNA氧化的新功能

维生素C增强Tet依赖性的5mC氧化反应
中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室汪海林研究组在维生素C（Vc）与DNA甲基化调控的研究上取得重要进展。他们发现Vc可显著增强DNA羟化酶Tet（ten eleven translocation）氧化5-甲基胞嘧啶的活性，进而促进DNA去甲基化作用。其相关研究成果以全文形式发表在国际著名化学期刊《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.2013, 315:10396-403）上。
DNA甲基化是哺乳动物体内一种主要的表观遗传修饰形式，在X染色体失活、基因组印记、动物胚胎发育、基因表达调控等生物过程中具有重要功能。最近研究表明Tet酶可直接氧化5-甲基胞嘧啶（5mC）生成一种新的碱基5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）。该碱基可进一步被Tet酶氧化，形成可被细胞切除的5-甲醛基胞嘧啶（5fC）和5-羧基胞嘧啶（5caC）。这些DNA新碱基具有去甲基化作用，可能影响动物克隆、细胞核重新编程和胚胎发育，同时也与癌症发生密切相关。但是，目前人们对这些新DNA碱基调控的理解仍然非常有限。
Vc是一种人体必需的营养物质，除了人们熟知的抗坏血病功能之外，还可作为多种双加氧酶的辅助因子。因此，汪海林研究组设想Vc也有可能是Tet蛋白（属双加氧酶家族成员）的一种新辅助因子。为此，他们首先利用超高效液相色谱-串联质谱发展了高灵敏的5mC氧化产物分析方法。在此基础上，他们研究了Vc对Tet酶催化的5mC氧化反应及相互作用。体外实验显示Vc可显著增强Tet1和Tet2酶催化氧化5-甲基胞嘧啶的能力。其中，主动DNA去甲基化相关的产物（5fC和5caC）增加量超过一个数量级。荧光光谱及还原剂比对分析揭示这种增强效应与Vc和Tet间的相互作用直接相关。将Tet2转入人293T细胞中，可以观察到同样效应。对于Tet1和Tet2基因敲除的小鼠胚胎干细胞，不再观察到这种效应。进一步的研究发现，通过这种Tet酶依赖的5mC氧化增强效应，维生素C可显著刺激小鼠胚胎干细胞的去甲基化过程，形成低甲基化的胚胎干细胞，类似于胚泡中内细胞团。利用缺乏合成维生素C基因的小鼠模型，发现维生素C可调控脑等多种组织中的DNA羟甲基化与甲基化水平。利用基因本体分析和5hmC富集测序分析，发现维生素C引起小鼠胚胎干细胞内545个基因的5hmC水平显著升高。这些5hmC富集的基因与细胞分化、各种组织发育（包括脑、肌肉、心脏、血液、上皮等）、磷酸化、蛋白质合成和复合体组装、行为、转运、细胞周期和信号传导等功能密切相关。
该研究第一次建立了Vc、Tet 和DNA 甲基化调控之间的直接联系，证明了维生素C可以调控哺乳动物的DNA修饰，并可解释维生素C 促进诱导全能干细胞（iPSC）转化的作用机制。
中科院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所徐国良研究组、中科院北京基因组研究所杨运桂研究组等参与了这项多学科交叉的研究工作。这项工作获得了环境化学与生态毒理学国家重点实验室、国家973计划、国家杰出青年基金等的大力支持。
全文链接：
http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/ja4028346
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2013年7月19日

2013-07-20

吕永龙研究组在Science上发文建言中国环境法修订

　城市与区域生态国家重点实验室吕永龙研究员（责任作者）、贺桂珍博士（第一作者）联合国内外学者，在2013年7月12日出版的Science发表了题为Revising China's Environmental Law的文章，论述《中国环境保护法》实施与修订面临的挑战并提出改进的若干建议。该文是该研究组多年来致力于中国环境管理与政策研究所取得的系列重要研究成果之一。

　我国现行环境保护法被称为环境保护的“根本大法”，1979年开始试行，1989年做过修订，很多条款已经很难适应当前环境保护与可持续发展的需要。二十多年来，要求修订的呼声不断，最终环境保护法修订列入2011年全国人大立法工作计划。环保法修订草案（一稿）2012年8月31日一出台即引起广泛的争议和讨论，“大修”成为主流声音。

　文章提出了我国环境保护法修订的总体思路，即明确国家环境保护和生态文明建设的大政方针和基本原则；强化独立的战略环境评价和环境绩效审计，将环境影响评价和环境绩效审计纳入战略决策和规划研究制定与实施的全过程；继续强化环境法规与政策的执行力度，明确各级政府的环境保护职责和义务，确定环境侵权归责原则等涉及整个环保领域的共性问题；国家环保管理模式应由传统的自上而下的方式转向公共治理，加强公众参与和信息公开，并采取“软”、“硬”结合的多种环境管理手段。

　该项研究得到了国家自然科学基金和国家科技合作计划的支持。
城市与区域生态国家重点实验室
2013年7月15日

2013-07-15

全国生态环境十年变化遥感调查与评估项目开展项目进展检查

6月17日，“全国生态环境十年变化（2000-2010年）遥感调查与评估项目”进展汇报会在中国科学院生态环境研究中心举行。环境保护部自然生态保护司司长庄国泰、中国科学院科技促进发展局局长严庆听取了项目工作进展汇报。
项目首席科学家王桥研究员、欧阳志云研究员围绕项目总体概况、取得的阶段性成果、下一步工作计划作了详细汇报。
庄国泰司长和严庆局长分别在讲话中对项目所取得的成果给予了充分的肯定，对项目下一步的工作提出了要求和指导性建议。
环境保护部自然生态保护司、中国科学院科技促进发展局的相关领导、项目技术骨干以及中国科学院生态环境研究中心的相关领导出席了汇报会。
城市与区域生态国家重点实验室
2013年6月21日

2013-06-21

刘思金研究组在石墨烯毒性机制方面取得重要进展

氧化石墨烯诱导巨噬细胞死亡的机制示意图
中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室刘思金研究组在石墨烯毒性机制研究方面取得重要进展。相关研究成果发表在美国化学会杂志ACS Nano（ACS Nano, 2013, DOI: 10.1021/nn402330b）上。
石墨烯优越的物理化学性质使其在多个领域有着潜在广泛应用。然而，随之而来的环境与健康风险也日益受到关注。目前，石墨烯引发巨噬细胞生物效应的分子作用机制并不完全清楚。刘思金研究组研究发现氧化石墨烯（GO）可通过作用于巨噬细胞膜表面的Toll样受体（TLR-4）诱发细胞的程序性坏死。
研究人员发现，GO可通过激活TLR4受体诱发细胞肿瘤坏死因子（TNF-α）的自分泌。TNF-α可作用于其细胞膜表面的TNF-α受体，使其下游的受体相互作用蛋白1（RIP1）和3（RIP3）磷酸化，进一步诱导细胞的程序性坏死。在此过程中，GO所诱导的活性氧（ROS）也促进了细胞的坏死过程。同时，GO可在巨噬细胞内大量累积，这可引发细胞骨架的塌陷和吞噬能力的抑制。Rho相关激酶（ROCK）在骨架动态平衡中起重要作用。而GO对细胞骨架的影响是通过抑制该激酶的活性实现的。这项研究工作对于揭示氧化石墨烯诱发的细胞死亡机制具有重要意义。
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2013年6月5日　

2013-06-05

刘思金研究组在纳米银杀菌和细胞毒性机制研究方面取得重要进展

中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室刘思金研究组在纳米银杀菌和细胞毒性机制研究方面取得重要进展。相关研究成果发表在美国化学会杂志ACS Nano（ACS Nano, 2013, DOI: 10.1021/nn400594s）上。
由于其抗菌特性，纳米银被广泛应用于生产、生活的各个方面，然而目前对纳米银的抗菌活性和细胞毒性的分子作用机制并不完全清楚，特别是纳米银是否存在“颗粒效应”目前并没有定论。刘思金研究组研究发现纳米银可直接与RNA聚合酶结合，抑制聚合酶的转录能力，从而降低基因的表达水平。这种转录抑制效应并不依赖于银离子的毒性。小鼠的体内暴露研究发现，纳米银对胚胎时期红细胞前体细胞中RNA转录有显著的抑制作用，引发红细胞中血红蛋白水平降低，导致胎儿贫血，贫血是导致胚胎发育迟缓的机制之一。
本研究证实纳米银可通过“木马”（“Trojan horse”）效应将银带入细胞，细胞内同时存在纳米颗粒和银离子，纳米银可直接与RNA聚合酶结合，通过“颗粒效应”抑制基因转录。这项研究工作对揭示纳米银抗菌和产生细胞毒性的分子机制具有重要学术价值。

纳米银颗粒与RNA聚合酶结合抑制基因的转录示意图
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2013年4月18日

2013-04-18

“城市绿色发展生态技术研究与示范”项目总结会召开

4月15日至16日，中国科学院生态环境研究中心牵头承担的“十二五”国家科技支撑计划项目“城市绿色发展生态技术研究与示范”在北京召开了2012年度项目总结会暨学术研讨会。住房和城乡建设部建筑节能与科技司韩爱兴副司长和建筑节能与科技司科研处姚秋实工程师等项目组织单位领导，以及中国科学院大学崔彤教授、华东师范大学达良俊教授和中国科学院地理科学与资源研究所闵庆文研究员等专家出席。韩爱兴副司长代表项目组织单位讲话并对项目年度会议和后续研究和示范工作提出了要求，他肯定了由项目牵头单位中国科学院生态环境研究中心等单位负责的南阳生态社区综合示范工程的工作，并介绍了韩国板桥新城市项目，要求项目组借鉴国内外优秀工作的经验和思路，加强项目和课题的顶层设计，在建设集成技术综合性示范工程方面进一步加速推进，做出有高显示度，体现国家水平的示范项目。
项目负责人欧阳志云研究员和五个课题负责人分别汇报了2012年度开展的工作和取得的成果以及2013年度工作计划。与会专家对项目和各课题的工作进展表示了肯定，并建议在现有的研究基础上，加强技术集成的研究和应用以及综合示范点的建设，在创新性、集成性和示范性三个方面取得更大进展。
根据“城市绿色发展生态技术研究与示范”项目年度总结会的安排，项目组17位研究骨干和研究生在学术研讨会上做了学术报告。来自项目各参加单位以及北京大学和南阳市科技局的50余名代表参加了年度总结会和学术研讨。
城市与区域生态国家重点实验室
2013年4月18日

2013-04-18

赵斌研究组在二恶英类污染物神经毒理机制研究领域获得重要发现

中科院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室赵斌研究员研究组在二恶英类污染物神经毒理机制研究领域获得重要发现。相关研究论文最近发表在Environmental Health Perspectives（doi:10.1289/ehp.1206066）。
二恶英类持久性有机污染物造成多系统的功能障碍，包括学习、记忆、认知等高级脑功能障碍等，但是其神经毒理机制尚未完全阐明。本项工作发现二恶英类污染物在神经细胞中通过芳香烃受体（AhR）的活化及一系列下游信号通路，下调乙酰胆碱酯酶（AChE）基因的转录表达，从而造成AChE 表达水平的降低，最终导致神经细胞AChE 酶活性的降低及功能异常。这是首次关于二恶英直接干扰胆碱能神经传递系统功能的报道，揭示了二恶英可以通过作用于胆碱能神经传导系统而影响高级脑功能的毒理作用新机制。根据这一发现，将乙酰胆碱酯酶用于有机磷农药暴露的特异生物标志物的经典理论也需要重新评估和修正。
Environmental Health Perspectives由美国国家环境健康研究所主办，2012年影响因子为7.036，在全球公共卫生、职业卫生以及环境健康杂志中排名第一。

二恶英抑制神经细胞乙酰胆碱酯酶（AChE）活性的作用机理
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2013年4月8日

2013-04-09

“全国生态环境十年变化（2000-2010年）遥感调查与评估”项目中期评估会议在京召开

3月26日至29日，中国科学院生态环境研究中心和环境保护部卫星环境应用中心在北京联合组织召开了“全国生态环境十年变化（2000-2010年）遥感调查与评估”项目中期评估会议。中国科学院资源环境科学与技术局和环境保护部自然生态保护司的领导，以及项目各专题负责人与技术骨干共100余人参加了会议。中国科学院副院长丁仲礼、环境保护部副部长李干杰出席会议并讲话。
项目中期评估分为技术评估和财务评估两个方面。项目21个专题的负责人从目标任务完成情况、阶段成果、下一阶段工作安排等方面向技术评估专家组汇报了专题进展，财务评估专家组分别听取了各专题经费到位情况、资金预算和使用规范性、资金预算执行率等方面的汇报。与会领导和专家对各专题工作进展和取得的成绩给予了充分肯定，并指出该项目组织有序、管理规范、进展顺利；同时，专家组围绕如何更好地开展下一阶段的工作、进一步加强经费管理提出了很好的建议。
最后，在听取项目首席科学家王桥研究员、欧阳志云研究员关于项目总体进展和阶段成果汇报后，丁仲礼和李干杰对项目下一阶段的工作提出了要求。丁仲礼指出：项目组要高度重视评估基础数据的精度、质量与整理，客观真实地揭示我国生态环境的变化特征；项目参与人员要认真分析、深入挖掘，阐明驱动我国生态环境变化的深层次原因；项目组要从制度设计层面，在分析我国生态环境变化及其驱动力的基础上，提出有针对性的管理建议，为我国生态环境保护提供科技支撑。李干杰要求有关部门要密切配合、通力合作，做好项目攻坚和成果产出阶段的工作，保质保量地按时完成调查与评估任务，为优化国土空间布局提供及时、有力的决策支撑。
城市与区域生态国家重点实验室
2013年4月5日

2013-04-05