手性溴代阻燃剂的选择性植物毒性及在白洋淀植物体系中的富集传递

Chiral environmental pollutants is one of major environmental concerns in recent years. Hexabromocyclododecane (HBCD), a brominated flame retardant, has become an emerging chiral persistent organic pollutant with the enantioselective environmental behavior and biotoxicity. Plants play a significant role in ecosystem. Plant uptake is an important pathway for HBCD migration, transformation and entering the food chain. Despite ubiquitous exposure to plants, there is very limited knowledge about plant uptake, migration and phytotoxicity of HBCD enantiomers. Therefore, the aim of this project is to investigate the enantioselective toxicity of HBCD to plant, and its bioaccumulation and pollutant transfer in plants system, considering laboratory simulation and field sampling. The enantioselectivity toxic effects and mechanisms of HBCD to plant (including terrestrial and aquatic plants) will be investigated via hydroponic experiment in the lab. Five aspects including surface morphology, tissue physiology, cell level, organelle and specific genome will be performed through multiple molecular biotechnology and genomic approach. Meanwhile, the pollution level of HBCD in plant will be evaluated. On the other hand, enantioselective pollution level and distribution of HBCD in water-sediment-plant system and soil-plant system in Baiyangdian Lake will be determined. The enantioselective bioaccumulation and biotransformation of HBCD in transfer process of plant system will be explored. The risk assessment of HBCD in Baiyangdian area will be evaluated based on the results of laboratory test and actual environment. The research of this project will provide a basis for accurate and comprehensive assessment the environmental behavior and ecological security of HBCD.

手性污染物的研究是近几年来环境研究领域的热点。溴代阻燃剂六溴环十二烷（HBCD）是一种新型手性持久性有机污染物，其环境行为和生物毒性存在对映体选择性。植物是生态系统中的重要组成部分，植物吸收是HBCD迁移转化和进入食物链的重要途径，但有关HBCD对映体的植物研究非常有限。本项目拟结合实验室模拟和环境采样，研究HBCD对植物的映体选择性毒性及环境富集和传递行为。构建植物（陆生和水生）水培模型，深入表观形态、组织生理、细胞水平、细胞器和特定基因组5个层次，采用多种分子生物学方法和基因组学方法考察HBCD对植物的对映体选择性毒性效应及致毒机制，评估其致毒浓度水平；实地采样研究HBCD在白洋淀的水-沉积物-植物和土壤-植物体系的对映体污染分布，以及在体系传递过程中的对映体选择性富集和转化机制，对比室内和室外结果，评价白洋淀HBCD的生态风险，为准确、全面评估HBCD的环境行为和生态安全性提供基础。

手性污染物研究是近年来环境研究领域的热点。溴代阻燃剂六溴环十二烷（HBCDs）是一种新型手性持久性有机污染物，其环境行为和生物毒性存在对映体选择性。植物是生态系统的重要组成，植物吸收是HBCDs迁移转化和进入食物链的重要途径，但有关HBCDs对映体的植物研究非常有限。项目结合实验室模拟和环境采样研究探索HBCDs的对映体选择性植物毒理效应及在白洋淀湖泊水生和陆生植物体系中的选择性富集、传输机制。室内研究深入表观形态、组织生理、细胞水平、细胞器和特定基因5个层次，开展HBCDs对映体对植物的毒性效应与机制研究。结果表明HBCDs破坏玉米质膜系统，引起细胞凋亡，细胞结构异常；细胞器-线粒体能量合成受阻，机体能量供应不足；DNA发生交联和断裂损伤，抗氧化系列基因表达量改变，基因稳定性水平下降，造成玉米组织细胞损伤、功能紊乱和基因水平毒性。白洋淀环境采样研究了HBCDs在白洋淀水-沉积物-水生植物和土壤-陆生植物体系的对映体选择性富集、体系传输和时空分布特征。结果表明，HBCDs在白洋淀水生植物和陆生植物体系中各环境介质的检出率较高，整体污染水平和储量评估相对较低。淀区HBCDs污染水平的季节变化趋势为冬季＞夏季＞春季，而农田土壤中HBCDs富集的季节变化则正好相反，为春季显著高于夏季。年际变化对比表明2019年白洋淀地区的HBCDs污染相较于2018年显著下降，这与雄安新区的生态治理密切相关。结合室内室外研究，评估HBCDs在白洋淀地区处于中或低等生态风险水平。HBCDs对植物的毒性影响、在环境介质中的富集和传输均存在显著的异构体和对映体选择性行为，不同对映体的毒性靶点和作用规律存在差异，植物不同组织中HBCDs的对映体选择性富集水平也呈现显著的组织特异性。本项目的研究成果为准确、全面评估HBCDs的环境行为和生态安全风险提供基础，对该地区HBCDs的污染治理具有重要意义。