广州地化所发现Cu-PBDEs复合污染下PBDEs的植物吸收

作者:信息科学

植物根系的直接吸收是手性PCBs进入植物体并通过食物链传递的重要途径。手性PCBs的植物吸收及迁移能力主要取决于PCBs的辛醇-水分配系数和植物的蒸腾流系数。普遍认为,只有适度疏水性物质才能够被植物根系吸收并向地上部转移,而高度疏水性物质则主要富集在植物根系表面,难以进入根系细胞。但是,在实际土壤环境中,往往是多种不同类型的污染物共存,如重金属和持久性有机污染物共存等,在此情形下,植物对PCBs的吸收过程是否会因土壤污染特征及植物生理状态的改变而发生变化?该吸收和转运过程是否涉及PCBs的生物转化?这一问题,尚缺乏可靠的实验观察和证据。

手性多氯联苯(Chiral PCBs)常以外消旋体混合物的形式进入环境介质,经历非酶促环境过程时,其对映体比值不会改变;而当其与生命物质接触时,手性对映体会表现出不同的选择性,并以非外消旋组成特征存在外界环境及生物体。因而,利用手PCBs对映体组成的变化,可识别手性化合物环境迁移转化过程中的生物过程。

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永利电玩城网址49696com,该项研究得到国家自然科学基金的资助,相关成果已于近日发表于Environmental Science &Technology.

图2.铜离子对手性PCBs对映体在植物体内组成特征的影响(H:水培;P:土培;C:玉米;S:向日葵)

多溴联苯醚作为一种广泛使用的溴代阻燃剂,具有环境持久性、生物富集性及长距离迁移性,危害生态与人体健康。植物根系的直接吸收是PBDEs等污染物进入植物体并通过食物链传递的重要途径。土壤中PBDEs的植物吸收及迁移能力主要取决于PBDEs的辛醇-水分配系数和植物的蒸腾流系数。普遍认为,只有适度疏水性物质才能够被植物根系吸收并向地上部转移,而高度疏水性物质则主要富集在植物根系表面,难以进入根系细胞。已有单一类型污染物的植物吸收实验,均支持此基本认识。但是,在实际土壤环境中,往往是多种不同类型的污染物共存,如重金属和持久性有机污染物共存等,这突出表现在电子垃圾污染土壤和部分城市污染土壤中。在此情形下,植物对疏水性有机污染物的吸收过程是否会因土壤复合污染的类型、程度及植物生理状态的改变而发生改变?这一问题,迄今还缺乏可靠的实验观察和证据。

针对这一问题,中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室罗春玲研究员和博士后王少锐,以具手性异构的PCB95和PCB136为模型化合物,对其在Cu-PCBs复合污染下的植物吸收及转运机制,进行了实验研究。他们发现:在铜离子作用下,植物根系受损,根系细胞电解质渗漏率增加,PCB95和PCB136进入植物根系细胞,并往地上部迁移;而在无Cu 破坏根系的对照组,PCB95和PCB136主要吸附于根系表面,但均呈现出显著的手性分馏现象,表明正常植物根系细胞膜的选择透性,阻断了PCB95和PCB136向植物体内的转运,且PCBs在根系环境下发生了具手性选择性的生物作用。进一步的人为破坏植物根系实验,验证了PCB95和PCB136往地上部的迁移量,是随着根系细胞破坏程度的加大而增加的。因此,该利用手性PCBs示踪的研究证实,在Cu-PCBs复合污染土壤体系,由于Cu 导致植物根系破坏,植物对PCB95和PCB136的吸收转运,主要是以被动方式进行的,期间未发生明显的具显著手性选择性的生物转化作用。这一发现,为深入理解土壤复合污染机理及其植物效应,提供了新的视角。

永利电玩城,植物根系的直接吸收是手性PCBs进入植物体并通过食物链传递的重要途径。手性PCBs的植物吸收及迁移能力主要取决于PCBs的辛醇-水分配系数和植物的蒸腾流系数。相关研究普遍认为,只有适度疏水性物质(0.5<log Kow<3)才能够被植物根系吸收并向地上部转移,而高度疏水性物质(log Kow>5.0)则主要富集在植物根系表面,难以进入根系细胞。但是,在实际土壤环境中,往往是多种不同类型的污染物共存,如重金属和持久性有机污染物共存等。在此情形下,植物对PCBs的吸收过程是否会因土壤污染特征及植物生理状态的改变而发生变化、吸收和转运过程是否涉及PCBs的生物转化等问题,尚缺乏可靠的实验观察和证据。

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图1.植物生理状态对PCBs植物吸收和转运的影响示意图

Wang Shaorui, Wang Yan, Luo Chunling *, Jiang Longfei, Song Mengke, Zhang Dayi, Wang Yujie, Zhang Gan, 2016. Could Uptake and Acropetal Translocation of PBDEs by Corn Be Enhanced Following Cu Exposure? Evidence from a Root Damage Experiment, Environmental Science & Technology 50 : 856-863.

Wang Shaorui, Luo Chunling *, Zhang Dayi, Wang Yan, Song Mengke, Yu Zhiqiang, Wang Yujie, Zhang Gan, 2017. Reflection of stereoselectivity during the uptake and acropetal translocation of chiral PCBs in plants in the presence of copper, Environmental Science & Technology 51: 13834-13841.

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图2 植物叶片及根部中PBDEs含量

手性多氯联苯总以外消旋体混合物的形式进入环境介质,经历非酶促环境过程时,其对映体比值不会改变;而当其与生命物质接触时,手性对映体会表现出不同的选择性,并以非外消旋组成特征存在外界环境及生物体。因而,利用手PCBs对映体组成的变化,可识别手性化合物环境迁移转化过程中的生物过程。

近日,中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室研究员罗春玲、博士后王少锐,以具手性异构的PCB95和PCB136为模型化合物,对其在Cu-PCBs复合污染下的植物吸收及转运机制,进行了实验研究。研究发现,在铜离子作用下,植物根系受损,根系细胞电解质渗漏率增加,PCB95(log Kow=6.13)和PCB136(log Kow=6.22)进入植物根系细胞,并往地上部迁移;而在无Cu2 破坏根系的对照组,PCB95和PCB136主要吸附于根系表面,但均呈现出显著的手性分馏现象,表明正常植物根系细胞膜的选择透性,阻断了PCB95和PCB136向植物体内的转运,且PCBs在根系环境下发生了具手性选择性的生物作用。进一步的人为破坏植物根系实验,验证了PCB95和PCB136往地上部的迁移量是随着根系细胞破坏程度的加大而增加。该利用手性PCBs示踪的研究证实,在Cu-PCBs复合污染土壤体系,由于Cu2 导致植物根系破坏,植物对PCB95和PCB136的吸收转运,主要是以被动方式进行的,期间未发生明显的具显著手性选择性的生物转化作用。这一发现,为深入理解土壤复合污染机理及其植物效应,提供了新的视角。

该项研究得到国家自然科学基金的资助,相关成果已于近日发表于Environmental Science &Technology.

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相关研究成果发表在Environmental Science & Technology上。该研究得到了国家自然科学基金的资助。

表1 植物地上部Cu和PBDEs含量与植物根系渗透率的相关性

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近期,以我所罗春玲研究员为核心的研究团队,对Cu-PBDEs复合污染下PBDEs的植物吸收及转运机制进行了研究。结果发现:在铜离子作用下,植物根系受损,导致根系细胞电解质渗漏率增加,BDE209和BDE47等疏水性化合物可通过被动渗透进入植物根系细胞,并往地上部迁移;而未经铜离子破坏的植物根系,BDE209和BDE47则主要吸附于根系表面,正常的植物根系细胞膜的选择透性阻断了BDE209和BDE47向植物体内的转运。人为破坏植物根系实验,进一步验证了BDE209和BDE47往地上部的迁移量随着根系细胞破坏程度增加而增加。该研究表明:一旦植物根系细胞受损,细胞离子通道被打开,大量PBDEs便可被动渗透进植物根系,进而向植物地上部转移。因此,植物生理状态改变,可以打破PBDEs等POPs在植物根-土壤界面的分配平衡。该研究结果表明,对复合污染土壤-植物系统中PBDEs等疏水性有机污染物的归趋,不能简单地用单一化合物理化参数进行预测。这一发现对理解重金属-POPs复合污染的植物效应和复合污染土壤的修复,均具直接指导意义。

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