黃藝：新型土壤污染物——環烷酸類物質污染狀況以及環境危害
全球石油需求量的不斷增長促使石油工業飛速發展，隨之而來的則是全球石油污染的不斷加劇，以及石油開采區及周邊生態環境的嚴重破壞。大量的石油在勘探、開采、運輸和加工過程中發生泄漏，包含了烷烴類、芳烴類、揮發性有機污染物、極性物質和重金屬等對環境具有極大危害的污染物進入到環境中，使石油污染成為全球性環境問題。
在眾多石油污染物中，多環芳烴(polycyclicaromatichydrocarbons，PAHs)因具有致癌、致畸和致突變的“三致”效應，以及內分泌干擾效應，獲得了研究者、管理者和公眾的廣泛關注。隨著環境研究和分析技術水平的提升，發現石油污染物中導致嚴重生態毒性及人體健康危害的污染成分遠不只多環芳烴類物質。根據我們的最新研究，環烷酸類物質(naphthenicacids，NAs)就具有極大的生態毒性(Wangetal.,2015a;2015b;2015c)。
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圖1環烷酸類物質分子結構示意圖
環烷酸類物質是一種環烷基直鏈羧酸，其分子結構中一般含有一個或多個飽和環，可用通用分子式CnH2n+ZO2來表示(圖1)。環烷酸類物質化學性質穩定，具有低揮發性，其穩定性和不揮發性隨分子量增大而增強。環烷酸類物質分子結構中同時存在烷基憎水基團和羧基親水基團，因而具有表面活性劑的特性。由于其結構中羧基的存在，環烷酸類物質可溶于中性或堿性的水體中，在酸性環境中為非水溶性物質，可能具有生物積累和放大效應。
環烷酸類物質在我國土壤環境中的污染水平
環烷酸類物質是石油中的的自然成分，其在石油中所占比例約為2%。隨著石油工業的發展，大量的環烷酸類物質伴隨石油工業廢水排放進入到地表水和地下水中(Rossetal.,2012)。北京大學黃藝老師課題組在研究我國主要產油區石油污染土壤時發現，污染土壤中環烷酸類物質的濃度為2.29-132.91mg/kg，其濃度水平是相同采樣點的多環芳烴類物質的10倍多(圖2)。
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圖2主要產油區土壤中多環芳烴和環烷酸類物質相對濃度
環烷酸類物質生態毒性
土壤中環烷酸類物質具有很強的生態毒性效應。根據黃藝課題組的研究，蚯蚓暴露在較高濃度的環烷酸環境時，會引起回避行為和出血等癥狀。暴露時間過長時，會導致蚯蚓直接死亡(圖3)。
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圖3蚯蚓急性損傷圖
環烷酸類物質除可造成急性致死毒性外，低濃度長時間暴露(與現實環境相似)也會對生物產生多種健康危害，包括發育毒性、免疫毒性、器官損傷等。根據黃藝課題組的研究，環烷酸類物質能夠誘導蚯蚓體內產生過量活性氧自由基(ROS)，影響蚯蚓體內抗氧化酶系統和谷胱甘肽系統的正常運行，造成蚯蚓脂質過氧化，并造成DNA斷裂(圖4)。
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圖4環烷酸類物質產生的氧化損傷
該課題組在對環烷酸類物質結構特征進行研究時發現，含芳香環的環烷酸類物質的分子結構與環境雌激素的分子結構非常相似，進一步利用重組酵母細胞研究其雌激素受體結合的特征時發現，環烷酸能選擇性的與雌激素受體結合，是一種雌激素受體激動劑，且具有一定抗雄激素作用，是一種弱雄激素受體拮抗劑;課題組利用人體腎上腺皮脂瘤細胞系研究環烷酸類物質對類固醇激素合成的影響時發現，環烷酸類物質能夠影響類固醇激素合成過程中關鍵酶的基因表達，從而使雌二醇的合成量增加，降低睪酮的合成，證明了其雌激素特性。進一步使用斑馬魚胚胎作為受試對象，發現環烷酸類物質能夠使斑馬魚幼體產生脊柱畸形等發育畸變(圖5)，并通過測定受試斑馬魚幼體中雌激素受體基因、卵黃蛋白源基因等內分泌相關基因的表達水平，進一步證明環烷酸類物質具有內分泌干擾活性。
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圖5.環烷酸類物質誘導斑馬魚幼體產生發育畸形
目前我國對于土壤石油污染的研究雖然不少，但對于這種來自于石油污染的新型污染物的關注并不多。作為在污染土壤中濃度比多環芳烴濃度高10倍，具有高生態毒性效應的污染物，環烷酸類物質并沒有進入國家的土壤污染控制清單。在當前石油依然是主要能源物質，環境中石油污染物還會不斷積累的情況下，需要加強環烷酸類物質的研究，對于該污染物在環境中的遷移轉化特征、環境基準和標準、人體健康影響等問題，進行系統深入的研究，為國家土壤污染控制的管理策略，提供科學依據。
作者介紹：
1983年本科畢業于中南林科大學后，1992年至1997年先后在英國和德國學習獲得碩士和博士學位。1998年至今，先后在北京大學城市與環境學院以及環境科學與工程學院，從事科研和教學工作。獲得國家重大水專項、環保部公益項目、國家自然科學基金以及國家科技部863、973項目的支持，從事環境生態學和環境生物技術領域的研究工作，已在SCI收錄雜志上發表論文20余篇，國內核心刊物上發表論文70余篇。同時，作為聯合國環境署《全球環境展望》和國家環保部《生物多樣性公約》的核心專家，參與國際環境公約談判和國家履約行動的技術支持。
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