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全氟化合物(Perfluorinated Compounds,PFCs)是一类新型持久性有机污染物,具有环境持久性、生物富集性、生物放大性以及生物毒性效应,有关PFCs环境行为的研究已成为环境化学的热点。污泥肥田可以导致农田土壤中PFCs的大量积累。植物对土壤中PFCs的吸收和传输是PFCs进入食物链的重要过程。研究PFCs由土壤进入植物的过程及相关机制,有助于全面认识PFCs的环境行为,以及开发各种阻滞技术、生物工程技术以获得不富集或低富集PFCs的作物,同时也为污泥肥田的环境和健康风险评价提供依据。迄今为止,有关PFCs在土壤-植物系统中的环境行为,尤其是PFCs在植物体内的迁移转化规律的研究非常有限。针对以上问题,本论文主要进行了全氟化合物的植物吸收、传输与代谢研究,研究内容和结果如下:
1)通过温室土培实验,研究了污泥施用土壤中绿豆(glycine max Merr.)、生菜(Lactuca sativa L.)、苜蓿(Medicago saliva L.)、黑麦草(Lolium multiflorumL.)、玉米(Zea mays L.)、水萝卜(Raphnus sativus L.)和大豆(Glycine max L。Merrill)等7种植物对全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟辛酸(PFOA)和N-乙基全氟辛基磺酰胺乙酸(N-EtFOSAA)的植物吸收、传输和降解行为。在7种植物的根中都检测到了高浓度的PFCs,PFOS、PFOA和N-EtFOSAA的最大根富集因子(Root Concentration Factors,RCFs)分别为4.99、10.18和1.37。绿豆、生菜、苜蓿和黑麦草对PFOA的富集能力明显高于PFOS,水萝卜对PFOS和PFOA的富集能力大小相当,而玉米和大豆对PFOS的富集显著高于PFOA;生菜对N-EtFOSAA的RCF最大为1.4,绿豆的最小为0.52,而玉米、大豆、水萝卜、苜蓿和黑麦草对N-EtFOSAA的RCF值在0.6-1.0之间。PFOS和PFOA在植物的茎与叶样品中都有检出,这说明存在植物体内的向上传输。水萝卜、绿豆、生菜、苜蓿和黑麦草对PFOA的传输能力显著高于PFOS,玉米和大豆体内PFOS和PFOA的传输能力没有明显差别,而且都处于较低的水平。在所有植物的地上部分中都没有检出N-EtFOSAA,表明N-EtFOSAA的传输能力极弱。七种植物的根中都检测出N-EtFOSAA的降解产物N-乙基全氟辛烷磺酰胺(N-EtFOSA)和全氟辛基磺酰胺(FOSA),在所有植物的茎和叶中也都检测到了高浓度的N-EtFOSA,而只有黑麦草的茎中有FOSA的检出,说明所有植物都能够吸收和代谢N-EtFOSAA,而黑麦草的代谢能力最强。以上研究说明植物能够吸收、传输及代谢土壤中的全氟化合物。
2)采用温室水培实验,研究了PFOS和PFOA对玉米的毒性,并通过添加抑制剂的方式,探索了植物吸收PFCs的机理。结果表明:当PFOS和PFOA浓度大于1mg/L时,玉米的生长受到了明显的抑制,而且高浓度下(>50mg/L)玉米的根部比地上部分更敏感;当暴露浓度大于100mg/L后,PFOA的毒性大于PFOS。水通道蛋白抑制剂(Ag+与丙三醇)和阴离子通道抑制剂(4,4’-二异硫氰酸基-2,2-二苯乙烯磺酸二钠与5-硝基-2-(3-苯丙胺)苯甲酸)能够显著抑制PFOS的吸收,而代谢抑制剂NaN3和Na3VO4对PFOS的吸收没有影响,表明PFOS的玉米吸收是不需要能量的被动运输过程,但是需要水通道蛋白和阴离子通道等载体蛋白的参与:PFOA的吸收受到阴离子通道抑制剂9-蒽甲酸以及代谢抑制剂NaN3和Na3VO4的明显抑制,这说明玉米吸收PFOA是一个需要能量供应的主动运输过程,而且还需要特定的阴离子通道参与。在吸收过程中,PFOS和PFOA之间没有竞争效应,表明两者有着不同的吸收机制。温度可以显著地抑制玉米对PFOS和PFOA的吸收,而pH的变化(pH5-8)对吸收过程没有明显的影响。本研究首次探讨了植物对PFOS和PFOA这两种阴离子型有机污染物的吸收机理。