水环境中手性污染物对重金属形态转化和生态毒性的对映体选择性效应

With the widespread application of chiral organic chemicals and the increasing occurrence of heavy metal contamination, the co-contamination of chiral organic chemicals and heavy metals has become a common phenomenon in the water environments. However, the interactions between heavy metals and chiral organic contaminants can result in speciation changes of heavy metals. It is therefore an open question as to whether chiral organic contaminants exist in contaminated aquatic environments to act as a selective agent to mediate the toxicity of heavy metals. To decipher the puzzle, the aim of the present work was to investigate the interaction between heavy metal and chiral organic contaminant, the impacts of this interaction on the toxicity of heavy metals in the aquatic environments. Given this background, Arabidopsis thaliana and Scenedesmus obliquus are chosen as representative biomarkers. Three kinds of chiral pollutants and Pb, Cu, Ag are chosen as our model chiral organic contaminants and heavy metal contaminants. Attempts were made to explore the mechanisms involved by examining the changes of growth inhibition, chlorophyll fluorescence of plant cells, catalase activity, the species and distribution of heavy metals in plants using a combination of radiation technique combined with conventional chemical analysis methods and ecological toxicity evaluation method. This study for the first time points to the important impact of interactions between heavy metals and chiral organic contaminants on toxicity of heavy metals and provides direct microscopic and spectral evidence for the mechanisms involved, which should be considered in future risk assessment.

随着手性化学品的广泛使用和重金属污染事件频发，手性污染物-重金属的共存成为一个普遍现象。然而，手性污染物与重金属之间的对映体选择性交互作用会影响到彼此在环境中的存在形态，进而影响到其生物可利用性和生态毒性。因此，本项目拟以三种手性污染物和铅、铜、银等典型重金属污染物为研究对象，建立手性污染物的对映体分析方法，探讨手性污染物与重金属配合物的结构、功能，揭示手性污染物对重金属离子价态和赋存形态的对映体选择性影响规律；选用拟南芥和淡水绿藻为模式生物，从形态、组织和细胞水平研究手性污染物对重金属毒性的对映体选择性效应，阐明模式生物体内手性污染物和重金属形态、分布特征、抗氧化系统响应与毒性效应之间的内在联系，揭示手性污染物对重金属生态毒性对映体选择性影响的分子机制，为此类复合环境污染物的环境安全评价提供科学依据。

随着手性化学品的广泛使用和重金属污染事件频发，手性污染物-重金属的共存成为一个普遍现象。然而，手性污染物与重金属之间的对映体选择性交互作用会影响到彼此在环境中的存在形态，进而影响到其生物可利用性和生态毒性，基于此，本项目的主要研究内容如下：.1. L, D-Cys对Ag+赋存形态的影响。L, D-Cys和Ag+能够在自然光照下形成纳米银(AgNPs)，AgNPs表面被L, D-Cys修饰后形成具有手性的AgNPs。L, D-Cys和Ag+在自来水、绿藻培养液、大型蚤培养液、拟南芥培养液中均能形成AgNPs，这说明在环境中的AgNPs除了来自人为排放还可以由Ag+转化而来。因此，在评价环境中金属的环境行为时，需充分考虑在有机物的影响下金属的赋存形态变化，还应从对映体水平上考虑不同构型的有机物对金属的赋存形态变化的对映体选择效应。.2.具有手性的AgNPs溶液对拟南芥和绿藻的毒性效应。L, D构型的AgNPs对拟南芥和绿藻的毒性具有对映体差异。L构型的AgNPs对拟南芥的毒性大于D构型的AgNPs及相应Ag+浓度下的处理组，D构型的AgNPs对拟南芥的生长抑制效应不明显。同时，两种构型的AgNPs均能影响拟南芥叶片中微量元素的分布。因此，在评价Ag+的毒性效应时，应充分考虑其赋存形态改变后的毒性变化，以及可能存在的对映体差异。.3.IM对AgNPs赋存形态的变化及其植物毒性的对映体差异。IM能够改变AgNPs颗粒表面的Zeta电位，在拟南芥的培养体系中诱导AgNPs释放。IM和AgNPs的复合作用下，AgNPs能够释放Ag+，IM和AgNPs复合处理时对拟南芥会产生毒性效应且有对映体差异。通过Ag+和IM复合后对拟南芥生长抑制的实验发现，释放出的Ag+含量单独作用时对拟南芥作用没有毒性效应，但与IM复合后对拟南芥会产生毒性且有对映体差异，因此，Ag+对IM和AgNPs的复合毒性有贡献。然而Ag+能够与IM相互作用形成配合物，增加Ag+对拟南芥的毒性。因此在评价有机物和金属纳米颗粒的复合毒性效应时，需考虑释放出的金属离子与有机物的相互作用及其毒性效应，从而更全面的评估复合污染的毒性机制。