典型环境持久性自由基对水生生物的毒性效应及其毒性作用机理研究

Compared with traditional short-life free radicals, environmentally persistent free radicals (EPFRs) have powerful environmental persistence, with half-lives of minutes to several hours or days. The formation of EPFRs was evidenced by experiment with a mechanism of chemisorption and electron transfer from the chemical contaminants (e.g. aromatic compounds) to a redox-active transition metal (such iron, copper, zinc, and nickel) or other receptor. Researches indicated that EPFRs exist widely in the environment, for instance, in the atmosphere, soil, sediment, suspension particles and postflame or cool-zone regions of combustion systems. The particles containing EPFRs can generate DNA damage and induce pulmonary dysfunction, which are more harmful than the original chemical contaminants or transition metal substrate. EPFRs are considered as a new kind of environmental risk compounds. Our study will focus on the ecological risk of EPFRs, using pariculate matter containing EPFRs as typical EPFRs. We will prepare the EPFRs in lab and characterize them, then the reactive oxygen speices initiated by EPFRs adsorbed on pariculate matter when they precipitated into water will be investigated. The biotoxicity test of EPFRs to aquatic organisms will be conducted aiming to clarify their toxicity effect. Our results will aid to comprehensive the whole lifecyle of EPFRs and their related ecological risk.

环境持久性自由基（EPFRs）是环境中存在的一种寿命较长、具有一定稳定性和持续性的自由基。研究者认为EPFRs的产生是由于环境有机污染物与其附着的过渡金属氧化物之间发生氧化还原反应，有机污染物从金属氧化物基体上获得电子而形成的。EPFRs在环境中是广泛存在的，如大气颗粒物、被污染土壤以及燃烧过程中都能检测到EPFRs的存在。有研究表明，EPFRs比单独的过渡金属氧化物颗粒或原始的有机污染物更容易引发心、肺、血管等方面的疾病。因此，EPFRs被认为是一类新兴的环境风险物质。本研究以EPFRs的生态环境风险为研究目的，选用大气颗粒物表面的EPFRs作为代表研究对象，研究EPFRs进入水环境后的迁移转化情况及其对水生生物的毒性效应，探讨EPFRs对水生生物的毒性作用机理。本研究结果将为全面了解EPFRs的环境行为提供研究基础，为解析EPFRS对生态健康的影响提供科学依据。

本项目围绕环境中持久性自由基（EPFRs）的生态环境风险展开研究，主要从以下三个部分对环境中持久性自由基的形成过程、影响因素、环境行为及其生物毒性等方面进行了系统性的研究：（1）采用模拟污染土壤（CT-SiO2）体系制备了环境持久性自由基，考察了土壤环境中的金属种类（金属离子，如Fe、Cu、Ni、Zn，及其氧化物)、环境热解温度及前驱污染物浓度等对颗粒表面EPFRs生成的影响，并对其环境稳定性和持久性进行了检测，并考察了其生物毒性水平；（2）采用当地污染土壤在实验室条件下进行持久性自由基的制备，考察有机污染物、热解温度等因素对土壤中PFRs形成的影响规律，揭示了土壤环境因素对PFRs的影响规律及PFRs的生物毒性水平；（3）采用生物炭为原料在实验室条件下模拟制备含持久性自由基的生物炭，考察了热解条件等因素对生物炭中PFRs形成的影响规律，揭示了热解条件对PFRs形成的影响规律，及含PFRs的生物炭的生物毒性水平。结果表明，实验室模拟制备的含EPFRs的颗粒均对水生生物产生了生物毒性作用，其毒性效应与颗粒物形成过程中的热解温度及污染物浓度等紧密相关，颗粒物的生物毒性与EPFRs浓度呈显著的正相关性；颗粒物中含有的EPFRs在室温环境下的半衰期可以长达120天；含EPFRs的颗粒进入水体环境中会产生OH自由基，推测是其毒性作用的主要来源。本研究结果为全面了解EPFRs 的环境行为及其生态健康风险提供研究基础，为解析EPFRS 对生态健康的影响提供科学依据，促进人们对环境中产生的EPFRs 及其作用的深入认识，丰富环境自由基化学、环境化学和环境毒理学的研究内容。发表期刊论文7篇（SCI：4篇）、在投2篇，另有1篇稿件在撰写中，共计可产生10篇论文。申请发明专利2项。参加国际学术交流/会议2人次、国内学术交流/会议6人次。培养硕士研究生10名，其中毕业7名，在读3名。