手性多氯联苯在土壤-蚯蚓体系中的选择性环境行为和毒性研究

Although the environmental behavior of polychlorinated biphenyl (PCB) has been extensively studied, most of the study treat PCB as single compound, and ignored the chiral character. The enantioselective environmental behavior of chiral PCB has not been investigated in soil-earthworm ecosystem. In this study, chiral PCB 91, 95, 136, 149 are selected and the stereoselective behavior of these PCBs in soil-earthworm ecosystem will be studied. The methods for extraction, cleaning and determination of four chiral PCBs will be established. The concentrations of each enantiomer, the ration of the enantiomer and its variation with changing of time in the soil-earthworm ecosystem will be analyzed to investigate the bioaccumulation and degradation mode. The metabolites will be screened by high-resolution mass spectrometry to confirm the metabolic pathways of selected chiral PCBs. The metabolites will be synthesized and the environmental behavior in soil-earthworm ecosystem will be studied. In addition, the sub-lethal response of earthworm to PCB enantiomers will be studied based on metabonomics technique to investigate the toxic modes of action for selected PCBs. Finally, the results will more actually reveal the difference of the enantiomers of the chiral PCBs in bioconcentration, degradation and toxicity. In this way, we will provide more accurate data and theoretical basis for PCB environmental behavior study.

多氯联苯（PCB）的环境行为问题已经得到了普遍的重视和发展，然而绝大部分研究都是将PCB作为单一化合物进行考察而忽略了其手性，而且手性PCB在土壤-蚯蚓体系中的立体选择性环境行为未见报道。因此，本项目以手性PCB 91、95、136、149为研究对象，以土壤-蚯蚓系统为研究模型，建立手性PCB对映异构体的分离分析方法及在土壤和蚯蚓中的提取净化方法，测定土壤-蚯蚓系统中手性PCB对映体的含量、相对比值以及随时间的变化情况，确定其立体选择性富集和代谢规律。以高分辨质谱为手段，结合体外代谢试验，筛查手性PCB的代谢产物，分析代谢途径，并进行代谢物的合成和环境行为研究。同时通过代谢组学技术考察蚯蚓在PCB不同对映体的亚致死剂量下的毒性反应，分析毒性作用模式。本研究更加真实的反应所选手性PCB在土壤-蚯蚓体系中的生物富集、代谢和生态毒性特征，为PCB的环境行为研究提供更准确的数据和理论依据。

多氯联苯（PCB）虽然在上世纪70年代已经禁止生产和使用，但是由于其稳定性及目前电子垃圾回收等工业行为的排放，仍然是一类重要的环境污染物。209种可能的PCB同系物中有19种具有轴手性，且能在室温条件下稳定。这些手性多氯联苯是以外消旋体的形式排放的，但是他们在自然环境中表现出明显的立体选择性行为。大量研究表明手性多氯联苯在植物、土壤、底泥和动物体内具有立体选择性富集，而且不同对映体表现出不同的毒性。蚯蚓是土壤动物最大的类群之一，在污染物的食物链传递中起着重要的作用，因此常被用作污染物指示器评估环境污染物的毒性。目前手性多氯联苯在蚯蚓中的富集和降解没有文献报道。环境代谢组学是近年来发展起来的一项技术，可以筛查大量的代谢物，找出差异，以评估生物体在环境因子作用下的代谢变化。.本项目选择四种常见的手性多氯联苯，性PCB 91、95、136、149为研究对象，以土壤-蚯蚓系统为研究模型。首先考察了手性多氯联苯在蚯蚓体内的立体选择性富集和降解。在此基础上考察不同手性对映体对蚯蚓代谢和脂质的影响。研究结果表明，四种手性PCB在蚯蚓中都存在显著的立体选择性富集和降解。对于PCB 91、95和136，（-）-异构体被选择性优先富集，（+）-异构体优先降解，导致在富集和降解过程中EF值低于0.5。而对于PCB 149，（+）-异构体被选择性优先富集，（-）-异构体优先降解，导致在富集和降解过程中EF值高于0.5。研究还考察了PCB 91两个对映体和外消旋体对蚯蚓代谢组和脂质组的影响。试验发现在(-)-、(+)-和(±)-PCB 91暴露下，有108种代谢物和25种脂质发生了显著变化。这些代谢物参与到了蚯蚓的氨基酸代谢、能量代谢、核酸代谢神经发育和基因表达等生物过程。不同对映体的暴露结果显示（-）-PCB 91是代谢物变化的主要影响因素，说明PCB 91对蚯蚓代谢具有显著的立体选择性影响。.本项目的开展在对映体水平上评价了手性多氯联苯在蚯蚓体内的环境行为及对代谢的影响，为手性环境污染物的综合评估提供了新的思路。