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《厦门大学》 2017年
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原位研究典型多环芳烃在红树植物根表皮赋存及向组织内部迁移的过程

李锐龙  
【摘要】:红树植物根去除外界环境(气相、沉积物相和水相)中多环芳烃(PAHs)是环境中PAHs的重要去除途径。因此,大量研究围绕解决环境中(大气、水和沉积物)PAHs进入植物体的途径、在植物体内的迁移路径、赋存情况等一系列相关问题展开。然而,因缺乏合适的红树植物根表皮PAHs的原位分析方法,对于PAHs在红树植物根表皮赋存情况及向组织内部迁移这一红树植物根去除PAHs步骤尚不清楚。鉴于此,本文开展了相关研究,分别构建了激光诱导纳秒时间分辨荧光光谱法(LITRF)、导数激光诱导纳秒时间分辨荧光光谱法(D-LITRF)以及显微荧光光谱法(MFSA)法实现了红树植物根表单/双组分PAHs的原位定量测定,并初步探讨了 PAHs在红树植物根表的赋存情况及向组织内部的迁移过程。主要的研究结果如下:(1)与红树植物叶片不同,红树植物根为圆柱形状。因而,在进行秋茄(K.obovata)根表皮上的菲(Phe)、芘(Pyr)或苯并[a]芘(B[a]P)的LITRF的原位测定时,难于确保每次测定红树植物根均处于同一位置。为减少误差、最大限度的保障原位测定的重现性,首先自制了用于LITRF技术原位测定红树植物根表皮Phe、Pyr或B[a]P的样品架。应用此样品架后,K.obovata根样品上Phe最大发射峰位置的荧光信号测定值(λex = 266 nm,λex= 368 nm)的相对标准偏差(RSD)由10.26%降至2.63%(n=9),重现性显著提高。利用配有自制样品架的LITRF仪,新建定量测定吸附于K.obovat.根表皮Phe、Pyr或B[a]P的原位分析方法。所建分析方法的线性范围为:Phe:1.5-1240.5 ng/g、Pyr:1.0-1360.4ng/g、B[a]P:5.2-1220.2 ng/g。检出限分别为:Phe:0.2 ng/g、Pyr:0.1 ng/g、B[a]P:0.1 ng/g。与LIF相比,所建方法消除了红树植物根表本底荧光信号对红树植物根表皮Phe、Pyr或B[a]P测定的干扰。继而,利用该方法进行吸附于K.obovata根表皮的Phe、Pyr或B[a]P的赋存情况及向根组织内部迁移过程研究。结果显示,快、慢和极慢的三阶段动力学迁移模型较一阶段或两阶段动力学模型可更好的描述吸附于K.obovata根表皮的Phe、Pyr或B[a]P向组织内部迁移的过程。其中,吸附于K.obovata根表皮的Phe、Pyr或B[a]P向内部迁移过程快阶段的迁移速率主要取决于被动扩散,而慢、极慢两阶段的迁移速率则由被动扩散和主动吸收共同决定;被动扩散是吸附于K.obovata根表皮B[a]P向组织内部迁移的主要机制。此外,低盐度条件下,植物根主动运输能力较强,可促进吸附于K.obovata根表皮的Phe、Pyr或B[a]P向组织内部的迁移。(2)将(1)中已建立的LITRF法拓展至原位定量研究母环PAHs(芴(Flu))、烷基化PAHs(1-甲基-芴(1-M-Flu))和N/O/S杂环PAHs(二苯并噻吩(DBT)、咔唑(Car)或二苯并呋喃(DBF))在红树植物根表的赋存情况及向组织内部的迁移过程。结果显示,三类PAHs的赋存情况存在明显差异。对于母环PAHs(Flu)和烷基化PAHs(1-M-Flu)来说,其Koc值与植物根表皮极性(N+O)/C值呈显著负相关(P0.05)相关系数分别为0.99和0.98,说明不仅母环PAHs,烷基化PAHs亦较难穿透植物细胞壁、进而通过跨膜作用进入根表皮细胞,烷基化PAHs赋存和向组织内部迁移过程主要取决于其与根表皮之间的分子间作用力大小,而非空间位阻效应;N/O/S杂环PAHs(DBT、Car或DBF)与植物根表皮极性的无显著相关性(p0.05),说明N/O/S杂环PAHs孤对电子与植物根表皮之间形成的n-π和氢键是决定其赋存量和向组织内部迁移过程的重要因素。(3)在LITRF法的基础上结合导数荧光光谱技术,建立同时测定吸附于K.obbovfata、木榄(G.gymnorhiza.和桐花树(A.corniculatum)根表皮 Phe 和荧蒽(Fla)的原位分析方法(D-LITRF法)。该方法的选择性较LITRF法明显改善,可有效区分荧光发射光谱严重重叠的Phe和Fla,实现Phe和Fla的同时测定,所建方法的线性范围分别为:5.3-700.2 ng/g和1.1-350.3 ng/g;检出限分别为:0.2 ng/g和0.1 ng/g。继而,利用所建方法原位研究红树植物根表皮Phe和Fla混合组分赋存情况及向植物根组织内部迁移的过程。结果表明,吸附于红树植物根表皮的Phe和Fla向内部迁移的速率常数与植物根的脂质含量呈现良好的线性关系,而共存时的抑制率则与脂质含量无显著相关性(p0.05)。进一步研究显示,吸附于红树植物根表皮的Phe和Fla相互作用抑制了二者向组织内部迁移的速率,抑制程度在慢和极慢迁移阶段最为明显。(4)红树植物根表皮结构复杂,不同区域PAHs的赋存情况和迁移过程可能存在显著差异。利用结合荧光光谱和显微荧光技术的显微荧光光谱系统建立原位可视化定量分析红树植物根表皮微区吸附PAHs的MFSA法。所建MFSA法测定吸附于K.obovata根表皮萘(Nap)、蒽(Ant)和B[a]P的线性范围分别为:600.1-1500.2 ng/g、450.4-3000.4 ng/g 和 350.6-4200.8 ng/g,回收率分别为:90.6-111.3%、93.6-108.9%和 92.3-106.8%,荧光图像的空间分辨率(~1.0μm)能够满足研究PAHs在红树植物根表皮微区赋存和向组织内部迁移的要求。继而利用该方法考察K..obovata植物根表皮微区吸附的Nap、Ant或B[a]P向组织迁移的过程及受老化作用的影响。结果显示,Nap、Ant或B[a]P在植物根表皮中呈现非均匀、团簇的赋存形式,在K.obovata根表皮处Nap、Ant或B[a]P的浓度最高,分别为:3729.3 ng/g、1346.6 ng/g和813.4 ng/g,远高于平均浓度(p0.05)。经计算,Nap、Ant或B[a]P在K..obovata根表皮非均匀分布程度分别为7.63、8.82和11.52。MFSA图像显示,部分PAHs进入了K..obbovfata根的维管组织,与小麦(Triticumaestvum L.)和玉米(Zea maysL.)植物等禾本植物不同。此外,老化作用使红树植物根表皮赋存的Nap、Ant或B[a]P的平均浓度分别由 9713.42±266.05 μg/kg、4031.11 土94.82 μg/kg 和 1298.77土92.28 μg/kg下降至 4249.52± 74.64 μg/kg、2185.34±54.52 μg/kg 和 350.21 ±6.09 μg/kg。
【学位授予单位】:厦门大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X592;X173

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