多环芳烃(PAHs)在环境中的分布和修复措施

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五. 利用微生物和植物进行修复
5.5植物修复的局限性
修复地点条件的多变性(例如土壤类型和气候),可能不 适合目标植物 植物修复的周期相对较长 植物只能完全矿化PAHs的极少部分,大部分存在于植 物或周围土壤中,在一定条件下可能重新回到环境
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总结 多环芳烃(PAHs)是一类由两个或两个以上芳香环构成 的化合物，在自然环境中分布及其广泛。
二. 多环芳烃的来源和分布
分布：已知的多环芳烃约有200多种,它们能以气态或 者颗粒态存在于大气、水、植物、土壤中。
大气
水
土壤
气、固两种 形式
吸附在悬 浮性固体 溶解于水 乳化状态
沉降 降 水 冲 洗 作用
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二. 多环芳烃的来源和分布
通过食物链在动物体内累积,严重危害人类健康
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四. 生物体中的分布和毒性 4.2.1在人体内的分布
气态PAH 呼吸道 肺部 血液循环
食物中PAH
消化道 人体各部位
肝、肺细胞微粒体
混合功能氧化酶
羟基化合物或醌类（解毒）
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少部分随粪便
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四. 生物体中的分布和毒性
食物摄入人体内的 PAH大部分可被人体 吸收，经过消化道吸 收后,经过血液很快遍 布人体，人体乳腺和 脂肪组织可蓄积PAH
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五. 利用微生物和植物进行修复 5.2影响降解因素： 降解PAHs的难易程度取决于其化学结构的复杂性 和降解酶的适应程度
影响微生物降解PAHs的因素还有温度、盐度、pH 值、通气状况、营养盐和PAHs浓度
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五. 利用微生物和植物进行修复 5.3微生物修复方法 a. 筛选分离高效优势菌种 许多细菌、真菌具有降解多环芳烃的能力,在多环 芳烃高效降解菌中,研究最充分的是白腐菌 Gramss等研究了不同真菌对PAHs的氧化能力,发 现外生菌根真菌能够利用四环的荧蒽和芘
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四. 生物体中的分布和毒性 4.2.2人体内的代谢
BaP 7，8-环氧化物 7，8-二氢二羟基-9，10-环氧化苯并[a]芘
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四. 生物体中的分布和毒性
4.2.3多环芳烃对人体的毒性 •中枢神经
•血液
•粘膜(带烷基侧链的PAHs,强烈的刺激性及麻醉性）
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四. 生物体中的分布和毒性
与DNA形成共价键结合，造成DNA损伤，如果DNA 不能修复或修而不复，细胞就可能发生癌变
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四. 生物体中的分布和毒性
b.多环芳烃的光致毒效应 •Bertilsson等观察到多环芳烃和紫外光作用下,会产 生有毒的光降解产物。例如:苯醌,会对微生物有毒害 作用
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一. 多环芳烃的污染现状
（3）在同一区域内，城区、郊区和农村的土壤中的PAHs污染水平具有依次 降低的趋势，不同功能区之间土壤中 PAHs的污染存在明显的差异，充分说 明了人类活动对区域内PAHs的污染所带来的影响
表2我国大连和厦门地区不同功能区土壤中的PAHs浓度 Table 2 Concentrations of PAHs in various sampling areas in Dalian and Xiamen,China
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五. 利用微生物和植物进行修复
b. 寻找对难降解物有促进作用的共代谢物质,利用共代 谢技术
c. 组建遗传基因工程菌(GEM)
d. 投加外源菌,创造既适合于微生物生长又有利于降解 有机物的生物代谢环境
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五. 利用微生物和植物进行修复 5.4植物修复机制
植物挥发 植物固定 植物转化/植物降解 植物提取(植物积累) 植物泵取(phytopumping) 根际作用
维管束
土壤中PAHs
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根
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四. 生物体中的分布和毒性 4.1.3 在植物各器官组织的分布
萘在七种植物体内各器官的分配规律相似，均为根中最 多，叶中其次，茎中最少。可以明显的看出萘由根吸附 2016/1/28 16 以后通过茎传到到叶中
四. 生物体中的分布和毒性 4.1.4 低浓度促进植物的生长，高浓度抑制植物生长 低浓度促进植物叶绿素的合成，高浓度抑制叶绿素 的合成 在适度的萘胁迫下，植物可激发其自身的防御体系， 诱导 POD 活性增大，以抵抗由于萘胁迫造成的氧自由 基的增加 高污染下自由基的产生超过了POD的清除能力，使 酶活降低
•Katz等观察到由BaP产生的BaP醌是一种直接致突 变物,它将引起人体基因的突变,同时也会引起人类红 细胞溶血及大肠杆菌的死亡
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四. 生物体中的分布和毒性
c.多环芳烃衍生物的毒性
可以和硝基、羟基、氨基等集团发生反应生成强致 癌性的多环芳烃衍生物。 如：PAHs的OH 与NO 反应可产生具有强致癌活性的直 接致突变物NO2-PAHs
多环芳烃（PAHs）在环境中的 分布和修复措施
Contents
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一. 多环芳烃的污染现状 二. 多环芳烃的来源和分布
三. 多环芳烃的结构
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四.生物体中的分布和毒性
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五.利用微生物和植物进行修复
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一. 多环芳烃的污染现状
（1）我国土壤已普遍受PAHs污染 •大部分地区PAHs土壤污染水平主要集中在中低污染水平，污染生态风险较小 •PAHs在我国土壤中呈不断积累的趋势 （2）北京、大连、天津、上海、厦门等地土壤中PAHs的污染最严重，污染水 平属于严重污染，存在不可忽视的生态风险，要恢复其土壤多种用途具有很大 困难
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四. 生物体中的分布和毒性
a.致癌性 •美国的卡诺等详细分析了一系列有关肺癌流行病学 调查资料,表明BaP浓度每100m3增加0.1μg时,肺癌 死亡率上升5% •还可以诱导其他多种癌症。据流行病学研究发现长 期接触PAHs的工人容易患癌症,特别是皮肤癌、白血 病、膀胱癌等
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土壤、水
动植物
人体
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三. 多环芳烃的结构
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三. 多环芳烃的结构
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三. 多环芳烃的结构
苯并(a)蒽
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苯并(a)芘 BaP
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三. 多环芳烃的结构 戴乾圜对PAHs的致癌机理进行了较系统的分子轨道计 算,提出了以离域能为参数的双区理论
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四. 生物体中的分布和毒性
d.多环芳烃的其他危害 •改变人类细胞中T和B淋巴细胞的功能和损害单核细胞 •孕妇接触PAHs可能导致胎儿的免疫功能的损害和增加 新生儿和幼儿患呼吸道疾病的几率 • •细胞色素P450对多环芳烃的代谢活动诱使动脉硬化
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五. 利用微生物和植物进行修复 5.1微生物降解多环芳烃方式 微生物降解多环芳烃一般有2种方式: 一种是以多环芳烃为唯一碳源和能源; 另一种是将PAHs与其他有机质进行共代谢。
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五. 利用微生物和植物进行修复
有些因素影响了化学物质在活植物体内的吸收和分布, 这些因素包括: (1)化合物的物理和化学性质(例如:水溶性、蒸气压、分 子量、辛醇-水分配系数Kow); (2)环境因素(例如:湿度、pH、有机质、土壤含水量); (3)植物特性(例如:根系类型、酶的类型)。
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二. 多环芳烃的来源和分布
天然源
火山爆发
森林草原的 天然燃烧
生物合成 （主要形式）
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二. 多环芳烃的来源和分布
人为源
石油化工厂、焦化厂、炼油厂等工业污染源,向大气和 水体排放相当数量的PAHs 柴油机、汽油发动机工作时,由于燃料不完全燃烧产生 一定量的PAHs 修建公路使沥青加热时排放的沥青烟气,含有大量的 PAHs 露天焚烧废旧轮胎、塑料及城市垃圾时排放的PAHs 锅炉燃烧、家庭小炉灶燃烧时排放的PAHs、香烟烟雾 中含有多种致癌性PAHs,用木炭烧烤肉制品时,排放的烟 气和食品中都产生大量的PAHs 家庭装修中 ,粘合木质材料的胶中含有PAHs 2016/1/28 7
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五. 利用微生物和植物进行修复 根际作用 植物根部可能为微生物的生长提供了表面积,也可能 改变土壤环境(例如:氧化还原、湿度、通风等)使之利 于降解。 植物也可能产生和释放有潜力改变PAHs生物利用性 的物质到根际或影响微生物的种类 植物也能释放大量的酶进入土壤和水中,这些酶能降 解PAHs
由于多数PAHs具有致癌性、致畸性，受到广泛的关注。 微生物修复技术是去除多环芳烃污染环境的最佳方法， 它不仅经济、安全，而且所能处理的阈值低、残留少， 其应用前景十分广阔。 植物修复和微生物修复结合是土壤中PAHs去除的有效 手段。
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部分参考文献
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M区为代谢活性区域 E区为亲电活性区 L区为脱毒区 K区为双重性能区
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四. 生物体中的分布和毒性 4.1在植物体内的分布 4.1.1 表面附着 附着量与植物的表面积大小、表面性质
污染物的性质、状态
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四. 生物体中的分布和毒性 4.1.2 植物通过叶面、根系吸收 叶肉 气态PAHs 叶面气孔 维管束 整个植物体
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一. 多环芳烃的污染现状
（4）由于我国南北方在气候、能源结构等方面的差异，使得我国南北方土 壤中PAHs的污染水平、分布特征和毒性特点有所不同
表1我国部分地区土壤中PAHs的浓度 Table 1 Comparisons of PAHs concentrations in surface soils from various soils in China