新聞動態(tài)廣州地化所發(fā)現(xiàn)Cu-PCBs復(fù)合污染下植物對PCBs的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制
手性多氯聯(lián)苯（Chiral PCBs）總以外消旋體混合物的形式進(jìn)入環(huán)境介質(zhì)，經(jīng)歷非酶促環(huán)境過程時(shí)，其對映體比值不會改變；而當(dāng)其與生命物質(zhì)接觸時(shí)，手性對映體會表現(xiàn)出不同的選擇性，并以非外消旋組成特征存在外界環(huán)境及生物體。因而，利用手PCBs對映體組成的變化，可識別手性化合物環(huán)境遷移轉(zhuǎn)化過程中的生物過程。
植物根系的直接吸收是手性PCBs進(jìn)入植物體并通過食物鏈傳遞的重要途徑。手性PCBs的植物吸收及遷移能力主要取決于PCBs的辛醇-水分配系數(shù)（log Kow）和植物的蒸騰流系數(shù)。普遍認(rèn)為，只有適度疏水性物質(zhì)（0.5<log Kow<3）才能夠被植物根系吸收并向地上部轉(zhuǎn)移，而高度疏水性物質(zhì)（log Kow >5.0）則主要富集在植物根系表面，難以進(jìn)入根系細(xì)胞。但是，在實(shí)際土壤環(huán)境中，往往是多種不同類型的污染物共存，如重金屬和持久性有機(jī)污染物共存等，在此情形下，植物對PCBs的吸收過程是否會因土壤污染特征及植物生理狀態(tài)的改變而發(fā)生變化？該吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)過程是否涉及PCBs的生物轉(zhuǎn)化？這一問題，尚缺乏可靠的實(shí)驗(yàn)觀察和證據(jù)。
針對這一問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室羅春玲研究員和博士后王少銳，以具手性異構(gòu)的PCB95和PCB136為模型化合物，對其在Cu-PCBs復(fù)合污染下的植物吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。他們發(fā)現(xiàn)：在銅離子（Cu++）作用下，植物根系受損，根系細(xì)胞電解質(zhì)滲漏率增加，PCB95（log Kow=6.13）和PCB136（log Kow=6.22）進(jìn)入植物根系細(xì)胞，并往地上部遷移；而在無Cu++破壞根系的對照組，PCB95和PCB136主要吸附于根系表面，但均呈現(xiàn)出顯著的手性分餾現(xiàn)象，表明正常植物根系細(xì)胞膜的選擇透性，阻斷了PCB95和PCB136向植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)，且PCBs在根系環(huán)境下發(fā)生了具手性選擇性的生物作用。進(jìn)一步的人為破壞植物根系實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了PCB95和PCB136往地上部的遷移量，是隨著根系細(xì)胞破壞程度的加大而增加的。因此，該利用手性PCBs示蹤的研究證實(shí)，在Cu-PCBs復(fù)合污染土壤體系，由于Cu++導(dǎo)致植物根系破壞，植物對PCB95和PCB136的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，主要是以被動方式進(jìn)行的，期間未發(fā)生明顯的具顯著手性選擇性的生物轉(zhuǎn)化作用。這一發(fā)現(xiàn)，為深入理解土壤復(fù)合污染機(jī)理及其植物效應(yīng)，提供了新的視角。
該項(xiàng)研究得到國家自然科學(xué)基金的資助，相關(guān)成果已于近日發(fā)表于Environmental Science &Technology.
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.
圖1 植物生理狀態(tài)對PCBs植物吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響示意圖
圖2 銅離子對手性PCBs對映體在植物體內(nèi)組成特征的影響
（H：水培；P：土培；C：玉米；S：向日葵）
（有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 & 所綜合辦公室 供稿）
