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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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廣州地化所在孢粉素吸附多環(huán)芳烴（菲）的機制方面取得進展

2019-12-17 廣州地球化學(xué)研究所

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　　雖然生態(tài)環(huán)境中花粉和孢子的數(shù)量相當(dāng)豐富，無處不在，然而它們在有機污染物的遷移、轉(zhuǎn)化和歸宿等過程中的作用，往往被忽視。花粉粒是產(chǎn)生雄配子（精子細胞）的種子植物的雄配子體。孢子是非開花植物（例如蕨類和苔蘚）、細菌、真菌和藻類的單細胞繁殖體?；ǚ酆玩叻墼谒?、土、氣、生物圈中無處不在，并可通過風(fēng)媒傳粉的方式進入大氣中，成為主要的生物氣溶膠顆粒；特別是孢粉在附著毒性污染物的情況下，它可以引起或增強哮喘和過敏。在美國南部的孢粉區(qū)，大氣中最大花粉?？梢愿哌_15,000粒/m³，這將導(dǎo)致約15粒的云凝結(jié)核 (CNN)/m³。由于空氣中的花粉和真菌孢子不僅大量地產(chǎn)生，而且還可以通過長距離運輸至高海拔地區(qū)，因此，它們是全球空氣污染物運輸?shù)闹匾浇?。然而這些孢粉在污染物的歸宿和遷移中的作用卻被忽略了。此外，孢子或花粉可以充當(dāng)CNN或冰核形成云滴，通過干濕沉降降落到水體和土壤中，并以孢粉素的形式保存在地層中；孢粉素的難降解特性使其成為沉積中有機碳或“干酪根”中的重要成分，以及孢粉作為生態(tài)系統(tǒng)變化和全球變化的沉積檔案。

　　由于孢粉素表面具有酚類、烷烴和羧酸等官能團，因此，孢粉素是一種潛在的、低成本的生物吸附劑；根據(jù)現(xiàn)有文獻報道，它可以用于去除環(huán)境中的污染物，例如農(nóng)藥、多環(huán)芳烴、以及來自廢水、土壤和沉積物等不同來源的多氯聯(lián)苯等。然而，目前針對孢粉素進行疏水性有機污染物 (HOCs) 的吸附研究只有兩項。之前的研究中只對高等植物的花粉進行了研究，尚未研究多種孢粉的成分和結(jié)構(gòu)在HOCs吸附中的作用。并且相對地缺乏基于多種孢子/花粉對多環(huán)芳烴吸附的定量信息。

　　天然有機物（NOM）的化學(xué)結(jié)構(gòu)、微孔和極性會控制HOC的吸附能力；NOM的脂肪結(jié)構(gòu)或芳香結(jié)構(gòu)在HOCs的吸附中的重要性，仍然具有爭議。先前的一些研究表明，NOM的芳香結(jié)構(gòu)在HOCs的吸附親和力中扮演著重要的作用，然而，另外一些研究指出NOM的脂肪結(jié)構(gòu)在HOCs的吸附中占據(jù)關(guān)鍵的作用，尤其是高抗性孢粉素的聚亞甲基等脂質(zhì)碳結(jié)構(gòu)域的作用不容忽視。此外，在水體沉積物中，難降解有機質(zhì)的微孔體積也是影響HOCs的吸附、解吸、歸宿過程的主要因素。針對以上科學(xué)問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機地球化學(xué)國家重點實驗室碩士研究生徐德成和研究員冉勇，深入地研究了多種孢粉及其孢粉素的化學(xué)成分、化學(xué)結(jié)構(gòu)和微孔特性等性質(zhì)對菲吸附行為的作用及其環(huán)境意義。

　　在這項研究中，研究人員選擇了來自低等和高等植物的七種孢粉（OS），依次分級為無脂質(zhì)級分（LF）和孢粉素級分（SP），并運用元素分析、CO₂氣體吸附、高級固態(tài)¹³C核磁共振光譜等技術(shù)進行表征。選擇菲作為代表性的多環(huán)芳烴，運用批處理吸附技術(shù)調(diào)查了菲在原樣和各個級分上的吸附等溫線。研究結(jié)果顯示孢粉是一種高度交聯(lián)的高分子聚合物，包括烷基碳、聚亞甲基碳和芳香碳以及含氧官能團等。孢粉素對菲的吸附能力（K_oc）可以高達1170000 mL/g，表明一些孢粉素是良好的生物吸附劑，可用于去除水介質(zhì)中的疏水性有機污染物。菲的吸附能力與孢粉素的聚甲基碳、聚亞甲基碳等脂質(zhì)碳結(jié)構(gòu)域之間存在著高度顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明它們對菲的非吸附行為的重要性。同時，極性指數(shù)和極性基團與菲的吸附容量呈高度顯著的負相關(guān)，表明孢粉及其級分的可及性在吸附過程中也扮演著重要的作用。此外，還觀察到吸附容量與孢粉及其孢粉素的微孔體積之間存在著不同的顯著相關(guān)性。本文的研究結(jié)果在自然環(huán)境中有機污染物的遷移、轉(zhuǎn)化、生物可利用性、水環(huán)境的污染修復(fù)等方面具有重要的理論和實踐意義。

　　該成果以封面文章形式發(fā)表于Environmental Science & Technology上。研究得到國家自然科學(xué)基金-廣東省聯(lián)合基金（U1701244）和面上項目（41773137)）資助。

　　論文鏈接

圖1 孢粉素對菲的logK_oc值與脂肪碳、烷基碳、聚亞甲基、芳香碳、芳香C-C和芳香C-O含量之間的線性分析（來源：ACS）

圖2 Environ. Sci. & Technol.期刊封面介紹

　　雖然生態(tài)環(huán)境中花粉和孢子的數(shù)量相當(dāng)豐富，無處不在，然而它們在有機污染物的遷移、轉(zhuǎn)化和歸宿等過程中的作用，往往被忽視?；ǚ哿Ｊ钱a(chǎn)生雄配子（精子細胞）的種子植物的雄配子體。孢子是非開花植物（例如蕨類和苔蘚）、細菌、真菌和藻類的單細胞繁殖體?；ǚ酆玩叻墼谒?、土、氣、生物圈中無處不在，并可通過風(fēng)媒傳粉的方式進入大氣中，成為主要的生物氣溶膠顆粒；特別是孢粉在附著毒性污染物的情況下，它可以引起或增強哮喘和過敏。在美國南部的孢粉區(qū)，大氣中最大花粉?？梢愿哌_15,000粒/m3，這將導(dǎo)致約15粒的云凝結(jié)核 (CNN)/m3。由于空氣中的花粉和真菌孢子不僅大量地產(chǎn)生，而且還可以通過長距離運輸至高海拔地區(qū)，因此，它們是全球空氣污染物運輸?shù)闹匾浇?。然而這些孢粉在污染物的歸宿和遷移中的作用卻被忽略了。此外，孢子或花粉可以充當(dāng)CNN或冰核形成云滴，通過干濕沉降降落到水體和土壤中，并以孢粉素的形式保存在地層中；孢粉素的難降解特性使其成為沉積中有機碳或“干酪根”中的重要成分，以及孢粉作為生態(tài)系統(tǒng)變化和全球變化的沉積檔案。
　　由于孢粉素表面具有酚類、烷烴和羧酸等官能團，因此，孢粉素是一種潛在的、低成本的生物吸附劑；根據(jù)現(xiàn)有文獻報道，它可以用于去除環(huán)境中的污染物，例如農(nóng)藥、多環(huán)芳烴、以及來自廢水、土壤和沉積物等不同來源的多氯聯(lián)苯等。然而，目前針對孢粉素進行疏水性有機污染物 (HOCs) 的吸附研究只有兩項。之前的研究中只對高等植物的花粉進行了研究，尚未研究多種孢粉的成分和結(jié)構(gòu)在HOCs吸附中的作用。并且相對地缺乏基于多種孢子/花粉對多環(huán)芳烴吸附的定量信息。
　　天然有機物（NOM）的化學(xué)結(jié)構(gòu)、微孔和極性會控制HOC的吸附能力；NOM的脂肪結(jié)構(gòu)或芳香結(jié)構(gòu)在HOCs的吸附中的重要性，仍然具有爭議。先前的一些研究表明，NOM的芳香結(jié)構(gòu)在HOCs的吸附親和力中扮演著重要的作用，然而，另外一些研究指出NOM的脂肪結(jié)構(gòu)在HOCs的吸附中占據(jù)關(guān)鍵的作用，尤其是高抗性孢粉素的聚亞甲基等脂質(zhì)碳結(jié)構(gòu)域的作用不容忽視。此外，在水體沉積物中，難降解有機質(zhì)的微孔體積也是影響HOCs的吸附、解吸、歸宿過程的主要因素。針對以上科學(xué)問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機地球化學(xué)國家重點實驗室碩士研究生徐德成和研究員冉勇，深入地研究了多種孢粉及其孢粉素的化學(xué)成分、化學(xué)結(jié)構(gòu)和微孔特性等性質(zhì)對菲吸附行為的作用及其環(huán)境意義。
　　在這項研究中，研究人員選擇了來自低等和高等植物的七種孢粉（OS），依次分級為無脂質(zhì)級分（LF）和孢粉素級分（SP），并運用元素分析、CO2氣體吸附、高級固態(tài)13C核磁共振光譜等技術(shù)進行表征。選擇菲作為代表性的多環(huán)芳烴，運用批處理吸附技術(shù)調(diào)查了菲在原樣和各個級分上的吸附等溫線。研究結(jié)果顯示孢粉是一種高度交聯(lián)的高分子聚合物，包括烷基碳、聚亞甲基碳和芳香碳以及含氧官能團等。孢粉素對菲的吸附能力（Koc）可以高達1170000 mL/g，表明一些孢粉素是良好的生物吸附劑，可用于去除水介質(zhì)中的疏水性有機污染物。菲的吸附能力與孢粉素的聚甲基碳、聚亞甲基碳等脂質(zhì)碳結(jié)構(gòu)域之間存在著高度顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明它們對菲的非吸附行為的重要性。同時，極性指數(shù)和極性基團與菲的吸附容量呈高度顯著的負相關(guān)，表明孢粉及其級分的可及性在吸附過程中也扮演著重要的作用。此外，還觀察到吸附容量與孢粉及其孢粉素的微孔體積之間存在著不同的顯著相關(guān)性。本文的研究結(jié)果在自然環(huán)境中有機污染物的遷移、轉(zhuǎn)化、生物可利用性、水環(huán)境的污染修復(fù)等方面具有重要的理論和實踐意義。
　　該成果以封面文章形式發(fā)表于Environmental Science & Technology上。研究得到國家自然科學(xué)基金-廣東省聯(lián)合基金（U1701244）和面上項目（41773137)）資助。
　　論文鏈接
　　圖1 孢粉素對菲的logKoc值與脂肪碳、烷基碳、聚亞甲基、芳香碳、芳香C-C和芳香C-O含量之間的線性分析（來源：ACS）
　　圖2 Environ. Sci. & Technol.期刊封面介紹
　　

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