新型全氟化合物水生食物网模型构建及食物链传递机制研究
全氟和多氟烷基物质（per-andpolyfluoroalkylsubstance，PFASs）是一类具有优异表面活性的人工合成有机化合物，被广泛用于各种工商业产品，因大量使用导致其在各种环境介质、生物体和人类血清中频繁检出。然而，大量研究发现PFASs暴露会对生物体和人体的生长发育过程产生毒性影响。因此，该类化合物的在环境中的赋存发生、分布和潜在的健康风险已逐渐引起的重视，并被列入《斯德哥尔摩公约》。由于对传统PFASs的严格监管驱使全球市场上许多氟化替代品被开发和使用以满足市场需求，其中包括短链全氟烷基酸和一些新型PFASs。近年来，新型PFASs的生产使用快速增长，在不同环境介质中均被检出，并且少量毒理学研究发现其同样具有生物累积潜力和毒性效应。然而，目前对于新型PFASs在水生生物中生物富集和放大、食物链传递机制等研究十分缺乏，无法评估其潜在的生态风险。此外，受限于水生生物样品较难获得以及前处理耗时耗力，这也制约了新型PFASs在水生生物中行为的研究。本研究基于太湖流域的水环境介质和水生生物，系统构建PFASs在水生食物网富集模型，揭示了新型PFASs的生物富集和放大机制，为准确评估其潜在生态风险提供了理论依据。具体研究结果如下： （1）基于前期文献调研数据，构建了PFASs在水生食物网富集模型用于预测不同营养级水生生物中PFASs的浓度水平，揭示其富集机制。研究结果表明，构建和基于水生生物蛋白质含量优化的PFASs富集模型可以较好地预测不同营养级鱼类PFASs浓度，以及PFASs在鱼类体内的生物积累因子（bioaccumulationfactor，BAF）和营养放大因子数（trophicmagnificationfactors，TMF）。根据生物富集模型结果，研究了PFASs的富集机制，发现水和沉积物是PFASs在水生生物体内的重要暴露源。鳃呼吸是鱼类摄取短链全氟烷基酸（perfluoroalkylacids，C6-8PFAAs）的主要通道，随着PFASs碳链链长增加，鳃呼吸贡献减小，而饮食摄取贡献增大。短链PFAAs（C6-8）主要通过鳃呼吸从鱼体内消除，随PFAAs疏水性和分子量增加，粪便排泄相对贡献逐渐增大，成为消除长链PFAAs（C9-12）的主要途径。在蛋白质含量高的鱼类中，饮食摄取和粪便排出对鱼类中PFASs累积更为明显。生长稀释作用是长碳链PFASs（C12-16）从鱼类中排出的主要方式，但由于其总消除速率常数非常低（0.010-0.0131/d），导致其BAFs和TMFs较高。全氟辛烷磺酸（perfluorooctanesulfonicacid，PFOS）在鱼体中具有较高累积浓度，主要是由于其总摄入量高和总消除速率低，以及水体和沉积物中较高的浓度共同导致。 （2）在我国太湖采集了地表水、沉积物和不同营养级的水生生物，系统分析了其中31种传统和新型PFASs的浓度水平，并结合生物富集模型模拟和野外观测的结果共同探究新型PFASs的生物富集和放大机制。结果表明，新型PFASs，包括氟调聚磺酸盐（fuorotelomersulfonicacid,FTSs）、六氟环氧丙烷（hexafluoropropyleneoxideacid,HFPOs）和氯代多氟烷基醚磺酸（chlorinatedpolyfluorooctaneethersulfonicacid,Cl-PFESAs），在水、沉积物和水生生物中广泛检出，检出率达到80.6-100%、83.3-100%、77.7-96.3%。其中六氟环氧丙烷三聚酸（hexafluoropropyleneoxidetrimeracid,HFPO-TA）、4,8-双氧基-3-氢-多氟壬酸铵（4,8-dioxa-3-hydrogen-per-fluorononanoate,ADONA）和FTSs的浓度水平均显著高于以往报道（p＞0.05），表明其在太湖流域的生产和使用呈增加趋势。与具有相同全氟碳链长度的PFAAs相比，这些新型PFASs的有机碳标准化的水-沉积物分配系数（logKoc）高于具有相同碳链的传统PFAAs。HFPOs和Cl-PFESAs分别比其替代的物质PFOA和PFOS更容易在鱼肝脏中沉积。富集机制研究中，野外观测和模型模拟都表明HFPO-TA、Cl-PFESAs及氢代多氟辛烷醚磺酸（6∶2hydrogen-substitutedpolyfluorooctaneethersulfonate,6:2H-PFESA）会沿着水生食物链被生物放大。并且模型模拟结果表明，新型PFASs在鱼类中的累积主要通过饮食摄取，而鳃呼吸和粪便排泄促进了它们的消除。与传统PFAAs相比，代谢转化也可能有助于它们的消除。利用每周摄入量模型（weeklyintake,WI）、危险系数模型（hazardratios,HR）评估食用太湖水产品可能造成的健康风险，结果表明鱼类是其暴露的主要来源。其中，凤尾鱼（6.2-6.8ng/kgbw/week）、针口鱼（5.6-6.0ng/kgbw/week）、鲦鱼（6.8-7.3ng/kgbw/week）、麦穗鱼（10-10.9ng/kgbw/week）和黄颡鱼肌肉（4.9-5.4ng/kgbw/week）的PFOA、PFNA、PFHxS和PFOS饮食摄入量超过可耐受每周摄入量（4.4ng/kgbw/week），表明食用高营养级鱼类是对人类健康的潜在危害的主要来源。典型新型替代品6:2Cl-PFCESA在所有鱼类中的HR＜1，表明潜在风险较低。
全氟化合物;水生食物网;食物链;传递机制;健康风险
西北农林科技大学
硕士
环境科学
祝凌燕;梁晓雪
2023
中文
X503.2
2023-12-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）