水体不同形态和组成有机质对典型全氟化合物生物富集作用的影响

Known as a class of emerging organic pollutants of global concern, perfluorinated compounds (PFCs) exhibit unique hydrophobic and oleophobic properties that are notably different from the traditional organic counterparts. Previous studies about PFCs focused mainly on distribution, source, long-distance transport and biological toxicity. However, study on the bioaccumulation of PFCs is surprisingly scant, and the current understanding of the influence of organic matter on the bioavailability of PFCs in aquatic environment remains almost blank. In this project, various useful methods in aquatic environmental science, environmental chemistry, environmental geosciences as well as environmental biology will be employed as a whole to study the bioaccumulation of typical PFCs in zoobenthos and zooplankton. Specifically, we will conduct in-depth analyses of the extent as well as the mechanisms of the influences of organic matters, in both sedimentary and water phases with different sources and compositions (i.e. black carbon, humus and non-humic substances), on the bioaccumulation of PFCs. Given the fact that PFCs can easily bind to proteins, our study will pay great attention to the influence that the proteins, one kind of oxygen-consuming organic pollutant with a content several orders of magnitude higher than PFCs, have on the bioavailability of PFCs. The effects of organic matter on PFCs bioaccumulation under different pH and ionic strength conditions will also be studied. Furthermore, we will reveal the key components of organic matter that influence the bioaccumulation of PFCs most on the basis of experimental evidences, in an attempt to further promote the research on the behavior of PFCs in aquatic environment as well as to provide scientific basis for the ecological risk assessment of PFCs.

全氟化合物(PFCs)作为一类全球关注的新型污染物，具有疏水和疏油的特性，与传统疏水性有机污染物存在显著差异，但目前有关PFCs的研究主要集中在分布、来源、长距离传输和生物毒性方面，有关其生物富集作用的研究相当欠缺，有关水环境中有机质对其生物有效性的影响研究几乎为空白。本项目将水体环境学、环境化学、环境地学和环境生物学等方法相结合，研究典型PFCs在底栖和浮游动物中的生物富集作用；深入剖析沉积相和水相中不同来源和组成有机质(包括黑炭、腐殖质和非腐殖质物质)对PFCs生物富集作用的影响程度及影响机理；鉴于PFCs易与蛋白质相结合的特性，着重研究比持久性有机污染物PFCs含量高出数个数量级的耗氧性有机污染物蛋白质对PFCs生物有效性的影响；探讨不同pH和离子强度条件下有机质的影响；揭示影响PFCs生物富集作用的关键有机质组成，进一步深化PFCs的水环境行为研究，为其生态风险评价提供科学依据。

全氟化合物(PFASs)作为一类全球关注的新型污染物，与传统疏水性有机污染物存在显著差异，但目前有关PFASs的研究主要集中在分布、来源、长距离传输和生物毒性方面，有关其生物富集作用的研究相当欠缺，有关水环境中有机质对其生物有效性的影响研究几乎为空白。本项目揭示了典型PFASs在底栖生物（摇蚊幼虫）和浮游动物（大型蚤）中的生物富集作用；深入剖析了沉积相和水相中不同来源和组成有机质(包括碳质材料、腐殖质和非腐殖质物质)对PFASs生物富集作用的影响程度及影响机理；着重解析了比持久性有机污染物PFASs含量高出数个数量级的耗氧性有机污染物蛋白质类物质对PFASs生物有效性的影响；探讨了不同pH和离子强度条件下有机质的影响。发现随着长链PFASs（C8-C12）逐渐为短链PFASs（C4-C7）所替代，河流水体中短链PFASs的含量已逐渐占主导，且短链PFASs主要存在于水相，溶解性有机质对其分布有重要影响。长链PFASs在大型蚤体内的生物富集因子在91~ 380 L/kg之间，随着碳链长度的增加而增加，而且与其正辛醇/水分配系数呈正相关，说明PFASs的疏水性是影响其生物富集的重要因子，而且其官能团在富集过程中也起重要的作用。PFASs（C4-C12）在斑马鱼各器官内的富集存在差异，其中蛋白质含量较高的肝脏和血液中含量最高，而在蛋白质含量最低的肌肉中含量最低，并且长链对短链PFASs的生物富集有显著的抑制作用。水体蛋白质类物质的存在显著影响了PFASs的生物富集作用，且影响随蛋白质种类和浓度的改变而变化，较高浓度的蛋白质类物质（20 mg/L）都显著降低了PFASs的生物富集，这是由于水体蛋白质类物质与PFASs的结合降低了PFASs的生物有效态含量和生物吸收速率。蛋白质存在条件下，pH值的变化进一步影响生物富集；阳离子（Ca2+和Na+）含量的增加进一步抑制了全氟化合物的生物积累。尽管PFASs是一类亲蛋白质类的物质，水体腐殖酸类物质和其他有机质也是影响其生物有效性和生物富集作用的重要因素，且对PFASs生物有效性的影响与蛋白质类物质相当。沉积物中碳质材料的存在显著降低了PFASs的生物有效性，且生物体内PFASs含量的倒数与碳质材料含量呈线性负相关。成果为PFASs 的水环境行为预测提供了新的依据，为其生态风险评价提供了科学依据。