科研进展

广州地化所发现Cu-PCBs复合污染下植物对PCBs的吸收和转运机制

  

  手性多氯联苯(Chiral PCBs)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。 

  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(log Kow)和植物的蒸腾流系数。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?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。 

  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(Cu++)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。 

  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. 

  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.   

 

图1 植物生理状态对PCBs植物吸收和转运的影响示意图   

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)