芳香烃及其衍生物的结构与快速生物降解性的相关性

Pollutions of synthetic compounds have become more and more seriously. Biodegradation is one of the most important factor which affects the fate of almost all the synthetic compounds. However, biodegradation of compounds is mainly dependent on their structure. As primary biodegradation tests, ready biodegradation tests could used for the rapid assessment of the biodegradation of compounds. Presently, it has recommended six ready biodegradation testing methods by OECD, but there are still no systemic data about the relationship between the structure of compounds and their ready biodegradation, which lead to a big blindness in the ready biodegradation tests. In this project, the study will focus on the typical pollutants aromatic hydrocarbons and their derivatives (AHD), which are widely-used and rich in the structure. Firstly, analyze the relationship between the structure of AHD and their ready biodegradation, obtain the relationship data, preliminarily understand the biodegradation properties of AHD with different structures, and use structure to predict ready biodegradation. Secondly, combine the relationship data with the ecotoxicological effects of biodegradable products, identify the best ready biodegradation testing method of AHD with different structures and illustrate the law of the relationship between the structure of AHD and their ready biodegradation. The results illustrated in this study would be used for guiding the ready biodegradation of compounds and solving the actual method in choosing difficulties, and aslo could provide some data for further biodegradation studies.

合成化合物污染日益严重，其生物降解性是影响化合物在环境中归趋的重要因素，而生物降解性则主要取决于化合物的结构。快速生物降解测试是初级的生物降解实验，可对化合物的生物降解情况进行快速评价。目前OECD推荐的快速生物降解测试方法共有六种，尚未有系统的关于化合物的结构与其快速生物降解性的相关性的数据，使快速生物降解测定实验存在较大的盲目性。本项目拟以结构多样并广泛使用的典型污染物芳香烃及其衍生物为例，通过分析它们的结构与快速生物降解性的相关性，获取结构与快速生物降解性的相关性数据，初步了解不同结构的芳香烃及其衍生物的生物降解性能，利用结构来预测快速生物降解性；并结合其降解产物的生态毒性效应，找出不同结构的芳香烃及其衍生物的最适降解方法，阐明芳香烃及其衍生物的结构与快速生物降解性的相关性规律，可用于指导化合物的快速生物降解测试，解决实际的方法选择难题，为进一步的生物降解研究提供一些可供参考的数据。

快速生物降解性对预测化学物质在环境中的迁移、转化和风险性起着重要作用，是化学物质生态风险评价的重要组成部分。但快速生物降解测试仍较为耗时耗资，不可能对每种化学物质进行实验检测。若能建立有效的预测手段来准确预测化学物质的快速生物降解性具有重要意义。本项目以环境中普遍存在的污染物芳香烃及其衍生物为研究对象，采用多种快速生物降解测试方法，研究了24种分子结构参数对芳香烃及其衍生物的快速生物降解性的影响，阐明了芳香烃及其衍生物的分子结构与快速生物降解性的相关性规律。其中包括2种物理化学参数，6种拓扑参数，6种电性效应参数，10种几何参数。301A方法中，仅有1种拓扑参数（TD）与1种电性参数（ELumo-1）与快速生物降解性呈正相关，几何参数、物理化学参数与快速生物降解性均无相关性。301B方法中，2种拓扑参数（TC与TVC）与快速生物降解性呈正相关，5种几何参数（Rad、CAA、CMA、CSEV、Nc）、1种拓扑参数（TD）、1种物理化学参数（Kow）与快速生物降解性呈负相关，电性参数与快速生物降解性无相关性，分子结构参数对快速生物降解性的影响为：几何参数 > 拓扑参数 > 物理化学参数 > 电性参数。301D方法中，仅有1种物理化学参数（logP）与快速生物降解性呈负相关，几何参数、拓扑参数、电性参数与快速生物降解性均无相关性。301F方法中，2种拓扑参数（BIndx与TD）、1种几何参数（Rad）与快速生物降解性呈正相关，电性参数、物理化学参数与快速生物降解性均无相关性，分子结构参数对快速生物降解性的影响为：拓扑参数> 几何参数 > 物理化学参数 & 电性参数。综合考虑快速生物降解性与降解产物的生态毒性效应，研究了适合不同结构芳香烃及其衍生物的快速生物降解方法。一般而言，301A与301F的快速生物降解率最高，301B其次，301D最低，这可能与不同方法中的测试条件有关。而不同方法中芳香烃及其衍生物降解前后的藻类生态毒性效应变化未呈现规律性。接种物活性仍是影响快速生物降解测试结果的重要因素。本项目首次经过大量试验，在相同试验条件下首次阐明了芳香烃及其衍生物的结构与快速生物降解性的相关性规律，可为进一步的快速生物降解研究提供一些可参考的数据，也可用于指导快速生物降解测试，解决测试中的方法选择难题提供依据。