黃藝：新型土壤污染物——環(huán)烷酸類物質(zhì)污染狀況以及環(huán)境危害

更新時間：2015-07-21 13:36 來源：生態(tài)修復(fù)網(wǎng)微信作者: 閱讀：3522

全球石油需求量的不斷增長促使石油工業(yè)飛速發(fā)展，隨之而來的則是全球石油污染的不斷加劇，以及石油開采區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境的嚴重破壞。大量的石油在勘探、開采、運輸和加工過程中發(fā)生泄漏，包含了烷烴類、芳烴類、揮發(fā)性有機污染物、極性物質(zhì)和重金屬等對環(huán)境具有極大危害的污染物進入到環(huán)境中，使石油污染成為全球性環(huán)境問題。

在眾多石油污染物中，多環(huán)芳烴(polycyclicaromatichydrocarbons，PAHs)因具有致癌、致畸和致突變的“三致”效應(yīng)，以及內(nèi)分泌干擾效應(yīng)，獲得了研究者、管理者和公眾的廣泛關(guān)注。隨著環(huán)境研究和分析技術(shù)水平的提升，發(fā)現(xiàn)石油污染物中導(dǎo)致嚴重生態(tài)毒性及人體健康危害的污染成分遠不只多環(huán)芳烴類物質(zhì)。根據(jù)我們的最新研究，環(huán)烷酸類物質(zhì)(naphthenicacids，NAs)就具有極大的生態(tài)毒性(Wangetal.,2015a;2015b;2015c)。

圖1環(huán)烷酸類物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)示意圖

環(huán)烷酸類物質(zhì)是一種環(huán)烷基直鏈羧酸，其分子結(jié)構(gòu)中一般含有一個或多個飽和環(huán)，可用通用分子式CnH2n+ZO2來表示(圖1)。環(huán)烷酸類物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有低揮發(fā)性，其穩(wěn)定性和不揮發(fā)性隨分子量增大而增強。環(huán)烷酸類物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中同時存在烷基憎水基團和羧基親水基團，因而具有表面活性劑的特性。由于其結(jié)構(gòu)中羧基的存在，環(huán)烷酸類物質(zhì)可溶于中性或堿性的水體中，在酸性環(huán)境中為非水溶性物質(zhì)，可能具有生物積累和放大效應(yīng)。

環(huán)烷酸類物質(zhì)在我國土壤環(huán)境中的污染水平

環(huán)烷酸類物質(zhì)是石油中的的自然成分，其在石油中所占比例約為2%。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，大量的環(huán)烷酸類物質(zhì)伴隨石油工業(yè)廢水排放進入到地表水和地下水中(Rossetal.,2012)。北京大學(xué)黃藝老師課題組在研究我國主要產(chǎn)油區(qū)石油污染土壤時發(fā)現(xiàn)，污染土壤中環(huán)烷酸類物質(zhì)的濃度為2.29-132.91mg/kg，其濃度水平是相同采樣點的多環(huán)芳烴類物質(zhì)的10倍多(圖2)。

圖2主要產(chǎn)油區(qū)土壤中多環(huán)芳烴和環(huán)烷酸類物質(zhì)相對濃度

環(huán)烷酸類物質(zhì)生態(tài)毒性

土壤中環(huán)烷酸類物質(zhì)具有很強的生態(tài)毒性效應(yīng)。根據(jù)黃藝課題組的研究，蚯蚓暴露在較高濃度的環(huán)烷酸環(huán)境時，會引起回避行為和出血等癥狀。暴露時間過長時，會導(dǎo)致蚯蚓直接死亡(圖3)。

圖3蚯蚓急性損傷圖

環(huán)烷酸類物質(zhì)除可造成急性致死毒性外，低濃度長時間暴露(與現(xiàn)實環(huán)境相似)也會對生物產(chǎn)生多種健康危害，包括發(fā)育毒性、免疫毒性、器官損傷等。根據(jù)黃藝課題組的研究，環(huán)烷酸類物質(zhì)能夠誘導(dǎo)蚯蚓體內(nèi)產(chǎn)生過量活性氧自由基(ROS)，影響蚯蚓體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)和谷胱甘肽系統(tǒng)的正常運行，造成蚯蚓脂質(zhì)過氧化，并造成DNA斷裂(圖4)。

圖4環(huán)烷酸類物質(zhì)產(chǎn)生的氧化損傷

該課題組在對環(huán)烷酸類物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征進行研究時發(fā)現(xiàn)，含芳香環(huán)的環(huán)烷酸類物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與環(huán)境雌激素的分子結(jié)構(gòu)非常相似，進一步利用重組酵母細胞研究其雌激素受體結(jié)合的特征時發(fā)現(xiàn)，環(huán)烷酸能選擇性的與雌激素受體結(jié)合，是一種雌激素受體激動劑，且具有一定抗雄激素作用，是一種弱雄激素受體拮抗劑;課題組利用人體腎上腺皮脂瘤細胞系研究環(huán)烷酸類物質(zhì)對類固醇激素合成的影響時發(fā)現(xiàn)，環(huán)烷酸類物質(zhì)能夠影響類固醇激素合成過程中關(guān)鍵酶的基因表達，從而使雌二醇的合成量增加，降低睪酮的合成，證明了其雌激素特性。進一步使用斑馬魚胚胎作為受試對象，發(fā)現(xiàn)環(huán)烷酸類物質(zhì)能夠使斑馬魚幼體產(chǎn)生脊柱畸形等發(fā)育畸變(圖5)，并通過測定受試斑馬魚幼體中雌激素受體基因、卵黃蛋白源基因等內(nèi)分泌相關(guān)基因的表達水平，進一步證明環(huán)烷酸類物質(zhì)具有內(nèi)分泌干擾活性。

圖5.環(huán)烷酸類物質(zhì)誘導(dǎo)斑馬魚幼體產(chǎn)生發(fā)育畸形

目前我國對于土壤石油污染的研究雖然不少，但對于這種來自于石油污染的新型污染物的關(guān)注并不多。作為在污染土壤中濃度比多環(huán)芳烴濃度高10倍，具有高生態(tài)毒性效應(yīng)的污染物，環(huán)烷酸類物質(zhì)并沒有進入國家的土壤污染控制清單。在當(dāng)前石油依然是主要能源物質(zhì)，環(huán)境中石油污染物還會不斷積累的情況下，需要加強環(huán)烷酸類物質(zhì)的研究，對于該污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化特征、環(huán)境基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)、人體健康影響等問題，進行系統(tǒng)深入的研究，為國家土壤污染控制的管理策略，提供科學(xué)依據(jù)。

作者介紹：

1983年本科畢業(yè)于中南林科大學(xué)后，1992年至1997年先后在英國和德國學(xué)習(xí)獲得碩士和博士學(xué)位。1998年至今，先后在北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院以及環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，從事科研和教學(xué)工作。獲得國家重大水專項、環(huán)保部公益項目、國家自然科學(xué)基金以及國家科技部863、973項目的支持，從事環(huán)境生態(tài)學(xué)和環(huán)境生物技術(shù)領(lǐng)域的研究工作，已在SCI收錄雜志上發(fā)表論文20余篇，國內(nèi)核心刊物上發(fā)表論文70余篇。同時，作為聯(lián)合國環(huán)境署《全球環(huán)境展望》和國家環(huán)保部《生物多樣性公約》的核心專家，參與國際環(huán)境公約談判和國家履約行動的技術(shù)支持。

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