土壤中典型全氟辛烷磺酸前体物质生物转化机理的研究

As one of persistent organic pollutants, perfluorooctane sulfonate (PFOS) has been widely detected in various environmental media and shows multiple toxic effects on human and animals. One of its main sources is from the biotransformation of PrePFOS precursor (PrePFOS). In this project, two common PrePFOS (DiSAmPAP and SAmPAP) which are still being produced commercially in China will be selected to explore their biotransformation mechanism in soils. The adsorption effects on their biotransformation will be assessed via analyzing their adsorption characters in different soils. And, their biotransformation fate in soils will be studied under both aerobic and anaerobic conditions. Their biotransformation characters would be obtained by exploring their biotransformation kinetics and time profiles of metabolites. Meantime, the microbial communities’ dynamics during the biotransformation period will be investigated using molecular biological technology, and the function of soil enzymes on PrePFOS biotransformation pathway will be tested and verified. The biotransformation mechanisms could be determined based on the results of adsorption, biotransformation fate, microbial communities, and soil enzyme analysis. The operation of this project could provide fundamental data for the source control of PFOS pollution and the bioremediation of PrePFOS contaminated soil.

全氟辛烷磺酸（PFOS）是环境中广泛存在且对人和动物有多种毒性效应的持久性有机污染物，PFOS前体物（PrePFOS）的生物转化是其主要来源之一。本项目拟选取在中国仍然生产使用的两种PrePFOS（全氟磷酸二酯和单酯），考察它们在不同土壤中的吸附特性，探讨吸附作用对其在土壤中生物转化的影响；考察PrePFOS在土壤中的生物转化行为，分析其好氧和厌氧生物转化动力学差异和中间产物变化规律，阐明PrePFOS在土壤中的生物转化特征；利用分子生物学技术追踪转化过程中生物群落结构变化特征，鉴定出降解PrePFOS的关键微生物，考察并验证土壤酶对PrePFOS转化途径的影响。综合分析PrePFOS土壤吸附-转化特征、转化过程中微生物群落结构和酶活性变化规律，揭示PrePFOS在土壤中生物转化机理。本项目的实施可为控制环境中PFOS来源以及PrePFOS污染区土壤生物修复提供基础数据。

全氟辛烷磺酸（PFOS）是环境中广泛存在的、具有三致效应的持久性有机污染物，PFOS前体物（PrePFOS）的微生物转化是PFOS的主要来源之一。目前，在土壤、大气、水体等各种环境介质中均检测到了PFOS及PrePFOS的存在。自然条件下，PrePFOS的非生物降解量可以忽略不计，其生物降解的途径和降解量是预测未来PFOS环境行为的基础。本项目拟选取在部分国家地区仍然生产使用的两种典型PrePFOS，分析其在土壤中微生物转化机理。通过考察PrePFOS在不同土壤中的吸附特性，发现三种PrePFOS的土壤-水分配系数非常高，且受土壤pH和有机质含量影响显著。利用封闭好氧体系，考察了EtFOSE在两种土壤中的好氧生物降解特性，首次利用KinGUII模型分析了EtFOSE及其代谢产物的降解速率，结果发现：在弱碱性土壤（pH=7.8，PSF-49）中,EtFOSE、EtFOSAA、EtFOSA、FOSAA、FOSA的半衰期分别约为30d、300~400d、20~25d、100d、35~50d；在酸性土壤（pH=5.5）中，EtFOSAA、EtFOSA、FOSAA、FOSA的半衰期分别约为25d、300d、25d、245~334d和40d。其中FOSAA和EtFOSAA为半衰期最长的2种代谢产物，故EtFOSAA和FOSAA的形成是EtFOSE转化为PFOS的主要限速步骤，基于EWAGA数据库，首次提出EtFOSE直接降解为PFOS这一新路径，数据得到了良好的总体拟合度。结果进一步显示：EtFOSE在两种不同土壤中降解、产物半衰期、反应速率以及PFOS产率（1.06%vs5.49%）存在显著差异，EtFOSA、FOSAA、FOSA都具有可电离的基团（如羟基、氨基、羧基），在不同的pH值环境中,各物质的好氧生物降解行为会发生不同程度的改变。DiSAmPAP在两种土壤中均可被生物降解为PFOS，产量分别为2.98 %（酸性土壤）和1.28%（碱性土壤）；DiSAmPAP在土壤中的可能降解途径为DiSAmPAP直接水解为EtFOSE，EtFOSE经一系列中间产物最终降解生成PFOS。