ES&T Cover: POPs暴露会对昆虫(蚕)的生长发育产生负面影响

罗孝俊 研究员

久性有机污染物(POPs)的生物富集与毒性,一直是环境领域重点研究方向之一。目前大部分有关POPs的生态毒理学研究都集中在鱼类、鸟类及哺乳动物等较高等级的生物上,而对低等级生物如昆虫则关注不够。昆虫种类多、生物量大,是初级生产者与高级消费者之间连接的纽带,也是跨生境传输的重要载体,在生态系统物质流及能量流中起着决定性作用。昆虫大多具有变态发育过程,该过程对体内污染物的调控直接引起以昆虫幼虫和成虫为食的高等级生物污染物暴露的差异。近年来,昆虫的种群与数量激剧下降,已成为地球生态系统面临的一个重大危机,因此,研究POPs对昆虫发育的影响及在昆虫变态发育过程中的生理放大的规律对于全面认识POPs的环境行为及生态风险具有重要意义。

近期,中科院广州地化所麦碧娴课题组黄丽倩博士生在罗孝俊研究员指导下,利用室内暴露实验,研究了不同水平的卤代有机污染物(包括多氯联苯、溴代或氯代阻燃剂)暴露下,卤代有机污染物对家蚕生长发育的影响及相关污染物在家蚕变态发育过程中的生理放大(Bioamplification)规律。

研究发现,在环境相关水平的卤代有机污染物的暴露下,蚕生长发育各个时期(幼虫、蛹、成虫)的体重、蚕茧量、每个蚕的平均产卵量均较控制组低。此外,蚕吐丝结茧的时期出现延后、延长,上述效应表现出一定的浓度-剂量关系。这些结果表明,POPs的暴露会对蚕的生长发育产生负面的影响。在研究家蚕的生长发育过程中相关化合物的生理放大规律时发现,在幼虫转变为蛹的阶段,化合物的生理放大系数(BAmFs)与化合物的辛醇/水分配系数(log KOW)间的关系表现出浓度依赖性。低浓度下,二者无相关性,高浓度下表现为正线性相关。而从蛹到蛾,及蛾交配产卵前后,化合物的BAmFs与log KOW间的关系表现出性别差异性。蛹化蝶阶段,雄蛾的BAmFs与log KOW线性负相关,雌蛾的BAmFs与log KOW呈抛物线相关。产卵前后,雌蛾的BAmFs与log KOW线性正相关,而雄蛾相关性不明显。造成这种差异的原因目前不是很清楚,可能与雌、雄蛾在变态发育过程中新陈代谢的差异及产卵过程中母(父)-子代传递的差异有关, 相关负面效应的机理也有待进一步研究去揭示。

该项研究进一步扩展了对POPs在昆虫中富集规律的认识,同时对昆虫种群与数量下降的原因方面也提供了另一个视角。

图1:暴露组与控制组家蚕各阶段重量、蚕茧及产卵量的差异。

图2:从幼虫到蛹,生理放大因子与化合物辛醇/水分配系数之间的关系。预测的BAmF值为根据体重损失计算的理论值。

图3:蛹化蝶过程中BAmF值与辛醇/水分配系数间的关系(左:雌蛾;右:雄蛾)。

图4:交配交卵前后,BAmF值与辛醇/水分配系数间的关系(左:雌蛾;右:雄蛾)

此项工作近期以第一封面论文发表在国际期刊Environmental Science & Technology上。

论文信息:Huang LQ, Luo XJ*, Qi XM, Mai BX.Sex-Specific Bioamplification of Halogenated Organic Pollutants during Silkworm(Bombyx mori) Metamorphosis and Their Adverse Effects on SilkwormDevelopment. Environ. Sci. Technol. 2020, 54 (13), 8167-8176.

 

ES&T:大气中萘的单体三元同位素(δ13C,Δ14C 和 δ2H)组成及其源解析

唐天罡 博士研究生

中等挥发性有机物(IVOCs)是一类重要的二次有机气溶胶(SOA)前体物,对SOA的贡献率可达30%~60%。萘,因其相对较高的含量和较高的SOA生成潜势,高频次地被选作为研究IVOCs的模型化合物。深入了解大气中萘的排放源组成,可以为进一步理解IVOCs的排放源组成特征提供参考依据,有助于制定针对性的空气污染防治政策。然而,目前大气中萘的排放源组成和相对贡献仍不够明晰。基于有机污染物的单体同位素组成信息进行源解析,是一种高效、准确的源解析技术方法。近期,中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室张干研究组博士生唐天罡,首次实现了环境大气中萘的三元同位素组成(δ13C,Δ14C 和 δ2H)测量,并用其对我国五个大型城市大气中的萘进行了源解析。

首先,研究者利用大流量空气采样器采集了京津冀地区(北京、天津、石家庄)和广州的大气样品。其次,采集后的大气样品进过化学前处理和预净化后用气相色谱和稳定同位素比值质谱联用仪(GC-IRMS)分析萘的稳定碳(δ13C)和氢(δ2H)同位素组成。再利用制备气相色谱(PCGC)分离出单体萘。经微量碳石墨制靶后,利用有机地球化学国家重点实验室14C专用加速器质谱仪(GIG-CAMS),分析萘的放射性碳同位素(Δ14C)组成。

图 1 大气中萘的 δ13C-δ2H 同位素组成

图1为大气中萘的δ13C、 δ2H同位素组成。通过对比样品和排放源的同位素组成特征,识别出大气中萘的主要排放源为生物质燃烧、液体化石燃料燃烧、煤炭高温燃烧和煤炭低温燃烧。

图 2 现代生物质来源对大气中萘贡献 (%)

通过测定萘的Δ14C比值可以推算出其中生物源贡献的比例,结果如图2所示。京津冀城市大气中萘的生物源贡献约5%,郊区点生物源的贡献大于城区点,约是其4倍。季节变化特征为:冬、春季>夏季。

图 3 不同排放源对大气中萘的相对贡献(%)

依据大气中萘的三重同位素(δ13C,Δ14C 和 δ2H)组成特征,利用贝叶斯同位素混合模型估算出其排放源的相对贡献比值,结果如图3所示。结果表明:空间上,城市点的排放特征基本一致,贡献分别为液体化石燃料燃烧47%,煤炭高温燃烧27%、煤炭低温燃烧19%。郊区点煤碳低温燃烧贡献最大,占比为70%。时间上,与夏季相比,冬春季煤炭低温燃烧贡献增加约10%,同时煤炭高温燃烧减少约10%。

此项研究由张干提出概念设计,李军研究员组织协调采样工作,成志能博士参与指导实验工作博士生唐天罡承担具体工作并撰写论文。单体萘Δ14C的测量在有机地球化学国家重点实验室的14C专用加速器质谱仪(GIG-CAMS)上进行,由朱三元高级工程师提供技术支持。复旦大学陈颖军教授参与讨论。武汉大学成海容副教授参与早期工作和讨论。广州地化所徐步青、张伯龙等众多博士生参与了采样工作和学术讨论。

此项研究成果,近期发表在国际期刊 Environmental Science & Technology 上。

论文信息:Tang, T.; Cheng, Z.*; Xu, B.; Zhang, B.; Zhu, S.; Cheng, H.; Li, J.; Chen, Y.; Zhang, G.*, Triple Isotopes (δ13C, δ2H, and Δ14C) Compositions and Source Apportionment of Atmospheric Naphthalene: A Key Surrogate of Intermediate-Volatility Organic Compounds (IVOCs). Environ. Sci. Technol. 2020, 54 (9), 5409-5418.
相关链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c00075

贾承造院士访问我室并做《论非常规油气对经典石油天然气地质学理论的突破及意义》的学术报告

6月6日上午,应彭平安院士邀请,我国著名石油地质与构造地质学家贾承造院士在标本楼308会议室为广州地球化学研究所师生作了“论非常规油气对经典石油天然气地质学理论的突破及意义”的精彩学术报告,并同时进行了网络直播。报告会由王云鹏研究员主持,广州地化所党委书记兼副所长何宏平致欢迎词,彭平安院士、广州地化所所长徐义刚、副所长张干等参加了会议。

贾承造院士的学术报告围绕石油天然气地质学理论核心、非常规油气对经典理论的重大突破、统一油气系统理论三个主题展开。首先对石油天然气地质学理论及其核心作了详细的阐述,并结合石油天然气勘探的新进展,强调了非常规油气对经典石油天然气地质学理论中的圈闭成藏、储层、生储盖、油气区带富集等概念和传统油气系统运移聚集模式的突破,最后结合具体的含油气盆地对统一油气系统理论进行了系统的阐述。贾院士深入浅出的讲解给与会师生留下了深刻的印象,也加深了大家对石油天然气地质学理论发展趋势的认识。

报告结束后,贾承造院士对现场及网上在线师生的提问进行了详细的解释,并勉励青年地质工作者要敢于突破传统思维,勇于创新。讲座在全场师生的热烈掌声中圆满结束。

贾承造院士是我国著名的石油地质与构造地质学家,曾任中国石油天然气股份有限公司总地质师、副总裁,中国石油学会理事长, 2003年当选中国科学院院士,目前担任国家油气重大专项技术总师。贾院士长期从事石油天然气地质与盆地构造理论研究和油气勘探工作,为我国石油工业油气勘探和地质科学发展做出了重大贡献。获国家科技进步一等奖2项、二等奖3项,以及多项国家荣誉表彰。2019 年获得美国石油地质学家协会(AAPG)诺曼•福斯特杰出勘探家奖(Norman Foster Outstanding Explorer Award),是亚太地区第一位获此殊荣的勘探家。

何宏平书记致欢迎词 会议现场照片 贾承造院士作报告彭平安院士提问