农作物中典型溴酚的生物转化过程与机制研究

As one of important brominated aromatic compounds, bromophenols are released into the environment through different ways. Bromophenols are widespread in biotic and abiotic environmental medium due to their long-term industry application and the multiple sources. They are listed among the"Chemicals of Emerging Arctic Concern" in 2017. Scientific researchers are paying more attentions to bromophenols. Currently, there is limited information on the biotransformation of bromophenols in plants. This study investigates the uptake, translocation and distribution of bromophenols through in vivo hydroponic exposure. Biotransformation within the plant will be studied using the high-resolution UPLC-MS/MS and GC-MS/MS to systematically screen lipophilic and hydrophilic metabolites. In addition, the glycosyltransferase will be focused to reveal the glycometabolism of bromophenols in plants. The results will provide important basic data and add new understanding to the environmental health risk evaluation of bromophenols.

溴酚是重要的溴代芳香化合物，它进入环境介质中的途径具有多样性。由于溴酚长期大量的使用以及其来源的多样性，在非生命和生命环境介质中被广泛地检出，已于2017年被列入“北极需关注的新型化学品”名单。溴酚逐渐受到了科研人员的广泛关注，但是目前关于溴酚在植物体内生物转化过程的研究依旧十分有限。本项目拟针对溴酚这类环境污染物在农作物体内生物转化过程与机制研究中的空白领域，利用溴酚对水稻植株进行活体暴露实验，探究溴酚在植物体内的吸收、迁移以及分布规律。借助高分辨的液相和气相色谱-质谱等分析技术，系统地对溴酚在植物体内所产生的亲水性和亲脂性的代谢产物进行筛选。了解溴酚在植物体内的生物转化过程，确定不同生物转化途径的转化率。此外，探讨糖基转移酶对溴酚的生物催化过程，确定糖基转移酶在植物体内对溴酚的代谢作用机制，为评估溴酚的环境健康风险提供重要的参考依据。

环境介质中溴酚的来源具有多样性，主要包括海洋生物的天然合成、人工生产和使用、以及其它溴代污染物的环境转化。本研究选取环境介质中丰度较高的2,4,6-三溴苯酚作为研究对象，利用水稻幼苗的水培暴露实验，探讨了溴酚在典型农作物体内的代谢特征。利用高分辨液相和气相色谱-质谱联用技术，结合疑似靶标分析方法，发现了40种2,4,6-三溴苯酚的代谢产物。主要包括2,4,6-三溴苯酚脱溴、羟基化、甲基化、硫酸化和糖基化的代谢途径。糖基转移酶在2,4,6-三溴苯酚代谢过程发挥了重要作用，形成了23种糖基化代谢产物。同时2,4,6-三溴苯酚与其羟基化或脱溴代谢产物发生偶联反应，形成了七种毒性效应较高的羟基多溴联苯醚(OH-PBDEs)和多溴代二苯并二恶英(PBDDs)或多溴代二苯并呋喃(PBDFs)。为了明确代谢产物在水稻幼苗体内的运输和传导机制，重点关注了三溴苯酚直接硫酸化和糖基化过程所形成的结合产物，即TP408、TP490、TP532、TP576、TP622、TP652、TP694和TP738。水稻幼苗体内，三溴苯酚硫酸化和糖基化代谢产物具有显著不同的迁移和固定行为。七种糖基化代谢产物（TP490、TP532、TP576、TP622、TP652、TP694和TP738）仅富集（固定）于水稻幼苗根部，无法纵向迁移至叶鞘和叶片。而不同的是，硫酸化代谢产物（TP408）在水稻根部合成后能通过木质部液滴向上运输至叶鞘和叶片。TP408和TP490均能通过分泌过程排出进入水培溶液。此外，三溴苯酚能有效激活幼苗根部糖基转移酶的活性，糖基转移酶能快速响应并参与三溴苯酚植物解毒代谢的过程，为酚类污染物的植物修复提供重要理论依据。