手性溴代阻燃剂的植物选择性吸收、传输、代谢和毒理效应

Hexabromocyclododecane (HBCD), a chiral brominated flame retardant, has become an emerging persistent organic pollutant. HBCD in the environment is of considerable concern because of its biotoxicity and ubiquitous detection in biota and abiotic samples. Theoretically, HBCD has sixteen stereisomers, and may differ in their bioaccumulation and toxicity. Plant uptake of organic contaminants is an important process in the consideration of the risks associated with land contamination, the role of vegetation in the global cycling, and the potential to contaminate the food chain. Despite their ubiquitous exposure to plants, there is very limited knowledge about plant uptake, migration and phytotoxicity of HBCD stereoisomers. Therefore, the aim of this proposal is to investigate enantioselective uptake, transport and metabolic process of HBCD by plants as well as their phytotoxicity. Research details include: 1) investigate the effect on the root exudates and microphysiology of different plants under the stress condition of HBCD; combine the molecular biology and genomic technologies to examine the enantioselective toxicity of HBCD; 2) develope a method for analysis of HBCD enantiomers in plant samples using a high performance liquid chromatography–mass spectrometry (LC-MS) to reveal the mechanism of enantioselective uptake, transfer and accumulation of HBCD; 3) use a combination of LC-MS and gas chromatography–mass spectrometry (GC-MS) techniques to investigate the metabolic process of HBCD enantiomers in plants tissues; elucidate the mechanisms of enantioselective metabolism and enantiomerization, and explore the metabolic and transformation pathways. The research of this project is of significance in understanding the environmental behavior and ecological effect of HBCD, and would offer useful information for a more comprehensive assessment the ecological risk and human health.

溴代阻燃剂六溴环十二烷（HBCD）是一种新型持久性有机污染物，具有生物毒性，在许多环境介质中广泛检出，已受到普遍关注。HBCD理论上含有16个立体异构体，其环境行为和生物毒性存在对映体选择性。植物是生态系统中的重要组成部分，植物吸收是污染物迁移转化和进入食物链的重要途径，但有关HBCD对映体的植物吸收、迁移和毒性研究非常有限。为此，本项目重点研究HBCD的对映体选择性植物吸收、传输、代谢及毒性效应。探讨HBCD对根系分泌物和微观生理形态的影响，采用分子生物学和基因组学技术研究HBCD对映体对植物的选择性毒性差异；建立HBCD对映体的LC-MS分析方法，揭示不同植物对其选择性吸收和传输机制；结合LC-MS和GC-MS考察HBCD在植物组织中的代谢产物，明确其代谢机制和对映体转化规律，探讨代谢途径和转化机理。本项目有助于全面了解HBCD的环境行为和生态效应，为正确评价其生态风险提供重要信息。

六溴环十二烷（Hexabromocyclododecanes，HBCD）是一种广泛应用的溴代阻燃剂，主要用于建筑、纺织和电子等领域。HBCD在全球范围内的生产和使用，引起了严重的环境问题，受到国际社会的普遍关注，并于2013年被列入斯德哥尔摩公约。HBCD具有环境持久性和生物毒性，是一种手性持久性有机污染物，不同的立体构型使它们在环境介质中的累积、分布和毒性等行为都存在很大差异。植物是生态系统的主要生产者，植物吸收有机污染物是评价土壤污染、植被在全球循环中的作用以及食物链潜在危害的重要过程。尽管环境中HBCD对植物普遍暴露，但是关于其对植物的影响及行为研究还非常有限，其在植物体内的对映体选择性吸收、代谢和毒性的作用机制尚不明确，需要深入探索。本课题主要研究了HBCD的植物选择性吸收、传输、代谢和毒理效应，并揭示了对映体转化的行为机制。（1）在高效液相色谱Nucleodex β-PM手性柱上，优化了HBCD的手性拆分条件，于实验室制备了6种HBCD的单一对映体。在超高效液相色谱-质谱上实现了HBCD的6个对映体的同时检测。（2）明确了α-HBCD、β-HBCD和γ-HBCD在植物体内吸收、茎向传输的异构体选择性行为机制，HBCD诱导羟基自由基的过量产生导致了玉米的氧化胁迫和DNA双链断裂损伤的发生，是影响植物正常生长的重要机制。（3）从表观形态到机体内部生物大分子的响应以及深入基因水平三个层次均体现出HBCD不同对映体对玉米的选择性毒性差异，其在植物体内的吸收、茎向传输和代谢存在的对映体选择性，并不是其对玉米产生对映体特异性胁迫损伤的主要原因，而不同的立体构型和对映体间的转化现象才是其毒性差异的重要影响机制。（4）HBCD对映体对玉米细胞发育产生影响，细胞脂膜发生过氧化使外表层细胞受损，进而内部组织中的细胞壁、液泡和细胞质均受到不同程度的影响。本研究为综合评价HBCD的环境行为效应和生态风险提供重要的信息。