浙江大学核农业科学研究所EST：不同暴露场景下蔬菜对十溴二苯乙烷的吸收、亚细胞分布和代谢

文摘 2024-12-31 11:00 浙江

摘要

十溴二苯乙烷（DBDPE）作为十溴联苯醚（BDE - 209）的关键替代品，在接收生态系统中已无处不在。然而，人们对其在植物中的吸收过程和归趋知之甚少。本文以三种蔬菜（樱桃萝卜、空心菜和茄子）为研究对象，研究了两种不同暴露途径（即土壤 - 根和空气尘埃 - 叶）下^14C-DBDPE在植物中的吸收、分布和代谢情况。DBDPE被吸收后主要在直接暴露的根和叶中积累，向其他组织的转移系数分别为0.04 - 0.77和0.73 - 12.80×10^-3。暴露叶中的DBDPE更难转运，因为大多数DBDPE没有进入叶内部，而是储存在蜡质中（>90%）。此外，发现叶内的DBDPE主要通过蜡质层渗透进入（>97%）。大部分^14C-DBDPE定位于暴露组织的细胞壁（分别为52.6%和75.6%）和细胞器（分别为22.7%和45.5%）中，这极大地限制了其在植物体内的转运。在暴露的根中检测到脱溴产物，但在暴露的叶中几乎没有发现，因为大多数DBDPE被蜡质层阻挡。此外，DBDPE在土壤和灰尘中稳定，没有降解。我们的研究结果有助于更深入地了解DBDPE在土壤 - 植物和空气尘埃 - 植物系统中的环境归趋。

1. 研究背景

- DBDPE作为新型溴系阻燃剂，在环境中广泛存在且浓度不断增加，对生态环境和人类健康构成潜在威胁。

- 目前关于DBDPE在植物中的吸收和分配研究有限，且其在植物地上组织中的吸收和转运机制尚不清楚，亚细胞分布及代谢研究也有待深入。

2. 实验材料与方法

- 根暴露实验：用无锡农田土壤制备含^14C-DBDPE的污染土壤，种植樱桃萝卜、空心菜和茄子，设置对照，在不同时间取样分析。

- 叶暴露实验：采集杭州楼顶灰尘制备含^14C-DBDPE的污染灰尘，在蔬菜生长一个月后施加，控制变量，定期取样并进行多种分析。

- 放射自显影成像：对根暴露和叶暴露的蔬菜进行处理后，用磷屏曝光和扫描成像。

- 亚细胞分离：收集根暴露蔬菜的根和叶暴露蔬菜的标记叶，去除灰尘后进行亚细胞分离，测定各部分放射性。

- 样品预处理和GC-MS分析：用混合溶剂提取土壤、灰尘和植物样品，净化提取物后进行GC-MS分析。

3. 结果与讨论

- ^14C-十溴二苯乙烷（DBDPE）在根和叶暴露系统中的动态分布：在根暴露系统中，大部分^14C留在土壤中；在叶暴露系统中，灰尘保留大部分^14C，植物吸收较少，DBDPE及其代谢物在两种暴露系统中消散少且土壤和灰尘中的^14C放射性对应DBDPE母体。

- 蔬菜对^14C-DBDPE及其代谢物的吸收和积累

- 根吸收：蔬菜根可从土壤吸收DBDPE并向其他组织运输，根中^14C含量先增后趋于平衡，其他组织呈下降趋势，^14C在茄子果实中也有检出。

- 叶吸收：标记叶中^14C积累量远高于其他组织，其含量先增后趋于稳定，其他组织变化趋势多样，^14C主要留在标记叶中，从标记叶向其他组织转移量低，叶表皮蜡质层是捕获DBDPE的主要部位，其穿透是^14C进入叶内的主要途径。

- 生物浓缩系数和转移系数：根暴露蔬菜根的BCF值高于叶暴露蔬菜标记叶的BCF值，且均小于1，表明DBDPE在土壤和灰尘中可及性低；根暴露植物TF值小于1，叶暴露蔬菜TF值在10^-2到10^-3水平，说明DBDPE从暴露组织向其他组织转移能力弱。

- ^14C-十溴二苯乙烷（DBDPE）及其代谢物在蔬菜中的可视化分布：放射自显影显示根暴露蔬菜中根是主要积累部位，茎和叶脉^14C积累高于叶，叶暴露蔬菜中标记叶保留大部分^14C，DBDPE在根和叶中的来源可能不同。

图4. 根系暴露于十溴二苯乙烷（DBDPE）60天后（a：樱桃萝卜，b：空心菜，c：茄子）以及叶片暴露于十溴二苯乙烷35天后（d：樱桃萝卜，e：空心菜，f：茄子），整株植物中碳-14分布的半定量放射自显影图像。

- 亚细胞分布：在直接暴露的根和叶中，^14C主要积累在细胞壁和细胞器中，随时间变化其在细胞壁中比例降低、细胞器中增加，DBDPE及其代谢物在亚细胞中的分布限制了其在植物中的移动，解释了低TF值。

- 影响十溴二苯乙烷（DBDPE）积累的植物生理因素：根脂质含量影响DBDPE在根中的积累，与地上组织中DBDPE含量无显著相关性；叶暴露实验中，茄子标记叶^14C积累量最高，与表皮蜡质含量一致，叶表面形态对DBDPE积累的影响有待研究。

- 根暴露蔬菜中DBDPE的脱溴作用：在土壤、灰尘和植物样品中检测到三种可能的脱溴产物，在直接暴露根中比例显著增加，表明部分来自植物代谢，在直接暴露叶中未明显增加，可能因DBDPE主要在叶蜡质层，DBDPE在土壤和灰尘中稳定，在植物根中发生生物转化，其植物代谢研究有待深入。

4. 环境意义：

总结了十溴二苯乙烷（DBDPE）在蔬菜中的积累过程和命运概念模型，包括根暴露和叶暴露系统中的吸收、分布、代谢和转移情况，为理解DBDPE在土壤 - 植物和空气尘埃 - 植物系统中的环境命运提供了新见解。

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