典型有機(jī)污染物在植物角質(zhì)層上的吸附行為與跨膜過程.pdf

1、植物角質(zhì)層廣泛存在于植物與空氣接觸的所有表面，由蠟質(zhì)(waxes)、角質(zhì)(cutin)、角碳(cutan)和多糖組成的膜狀結(jié)構(gòu)，包括表面蠟質(zhì)層、正角質(zhì)層和角化層，是植物接觸、吸收、積累有機(jī)污染物的第一屏障，對環(huán)境中有機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化行為和農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)起關(guān)鍵作用。論文介紹了植物角質(zhì)層的結(jié)構(gòu)組成，重點(diǎn)評述了有機(jī)污染物在植物角質(zhì)層上吸附與擴(kuò)散行為的研究進(jìn)展。針對植物角質(zhì)層吸附有機(jī)污染物的構(gòu)-效關(guān)系尚未闡明，有機(jī)污染物跨植物角質(zhì)層的過程不清

2、等問題，選擇典型的植物葉面和果蔬角質(zhì)層進(jìn)行分離提取，利用SEM、FTIR、NMR、TG-DTG和元素分析表征其組成及結(jié)構(gòu)特征;系統(tǒng)研究了有機(jī)污染物在不同植物角質(zhì)層及組分上的吸附作用及影響因素，定量計(jì)算了蠟質(zhì)、角質(zhì)、角碳和多糖等組份的相對貢獻(xiàn)率，建立了角質(zhì)層吸附有機(jī)污染物的構(gòu)-效關(guān)系和組分吸附模型;深入探討了有機(jī)污染物在植物角質(zhì)層上的非穩(wěn)態(tài)滲透行為、分布特征及影響因素;調(diào)查了實(shí)際環(huán)境中植物葉面角質(zhì)層中多環(huán)芳烴(PAHs)的濃度水平和分布特

3、征，以證實(shí)有機(jī)污染物在植物角質(zhì)層的吸附與擴(kuò)散規(guī)律。研究結(jié)果為深入認(rèn)識植物角質(zhì)層在有機(jī)污染物歸趨行為和環(huán)境過程中的作用奠定理論基礎(chǔ)，同時(shí)為準(zhǔn)確預(yù)測農(nóng)產(chǎn)品有機(jī)污染提供科學(xué)依據(jù)。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)論如下:
　　 (1)揭示了植物角質(zhì)層吸收積累有機(jī)污染物的主要區(qū)位及作用機(jī)理，修正了經(jīng)典的脂肪預(yù)測模型。發(fā)現(xiàn)“聚合脂質(zhì)”是植物吸收積累有機(jī)污染物的主要介質(zhì)，而不是通常認(rèn)為的“可提取脂質(zhì)”;角質(zhì)層中“聚合脂質(zhì)”（角質(zhì)）含量是“可提取脂質(zhì)”（蠟質(zhì)

4、）的0.8～29倍，其吸附系數(shù)是“可提取脂質(zhì)”的1.4～5.9倍;“聚合脂質(zhì)”較強(qiáng)吸附性能與其處于液相狀態(tài)(Tg≈-44 C)有關(guān)，而表面蠟質(zhì)則為固態(tài)(Tg≈44 C)。據(jù)此，提出應(yīng)增加測定“聚合脂質(zhì)”的含量，并耦合到經(jīng)典脂肪模型，即吸附系數(shù)Kd=fwaxKwax+fcutinKcutjn;修正模型的預(yù)測值與實(shí)測值非常吻合，回答了經(jīng)典脂肪模型預(yù)測嚴(yán)重偏低的科學(xué)難題。環(huán)境中活體角質(zhì)層和葉肉中實(shí)測PAHs的濃度水平與其“聚合脂質(zhì)”含量呈正相

5、關(guān)。
　　 (2)探明了植物角質(zhì)層組分與有機(jī)污染物相互作用的構(gòu)-效關(guān)系及影響因素，提出了環(huán)境介質(zhì)中“脂肪碳”和“芳香碳”對吸附行為起決定作用的前提條件?！爸咎肌焙汀胺枷闾肌睂τ袡C(jī)污染物都具有較強(qiáng)的吸附能力，但其吸附作用受吸附性能最弱的糖類組分調(diào)控。由于糖類的包裹作用，角質(zhì)層中的“芳香碳”（角碳）與有機(jī)污染物的接觸受到限制，其吸附貢獻(xiàn)可忽略，“脂肪碳”（蠟質(zhì)和角質(zhì)）是含糖角質(zhì)層組分的主要吸附介質(zhì)，角質(zhì)層組分的吸附性能與“脂肪碳”

6、含量呈線性正相關(guān)。酸解脫糖后，角質(zhì)層的吸附性能顯著提高，主要是由于“芳香碳”暴露出來并控制吸附作用;此時(shí)，PAHs的等溫吸附曲線非線性增強(qiáng)，并出現(xiàn)競爭吸附現(xiàn)象。
　　 (3)闡明了有機(jī)污染物在植物角質(zhì)層上的跨膜過程及作用機(jī)制，建立了角質(zhì)層的“三區(qū)”逐級擴(kuò)散模型。發(fā)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)滲透條件下，有機(jī)污染物在植物角質(zhì)層上出現(xiàn)線性滲透現(xiàn)象，角質(zhì)層內(nèi)擴(kuò)散的動(dòng)力不是通常認(rèn)為的角質(zhì)層兩端溶液的濃度差，也不是角質(zhì)層內(nèi)外側(cè)上吸附態(tài)溶質(zhì)的濃度差，不適用費(fèi)克