973项目申报书——2009CB421600-持久性有机污染物的环境行为、毒性效应与控制技术原理

1、项目名称：持久性有机污 染 物的环境行 为、毒性效 应与控 制 技术原理首席科学家：江桂斌 中国科学院生 态 环境研究中 心起止年限：2009.1 至 . 8依托部门：中国科学院一、研究内容本项目将在建立POPs快速准确检测方法的基础上，开展典型地区POPs污 染源、污染特征、排放模式及演变趋势研究；分析 在环境和生物中的行为； 探讨 在环境介质中的界面过程动力学和毒性效应；发展 的削减与控制 技术。1) 超痕量s的快速筛查与生物分析方法以斯德哥尔摩公约中规定的12种 s和新 s为主要目标化合物，建 立以GC-MS，HPLC-MS/MS技术为核心的多种联用技术，完善典型 Ps的检 测方法技术体

2、系。在机制研究的 基础上发展用于POPs检测的生物分析技术和以 多成分免疫传感分析为核心的检测新技术，建立环境中痕量POPs的快速检测方 法。研制具有多种POPs分析能力的免疫传感器和阵列传感器。2) POPs区域污染现状、分布与演变趋 势研究典型流域主要环境介质及河流表层沉积物中二恶英类POPs的污染水 平、分布规律和复合污染特征，垂向分布和组成分异特征，揭示其污染变化趋势 与演变规律。研究经济高速 发展地区Ps的污染特征，从污染源、排放因子、排放强度、排放规律及控制因素等方面研究和表征 OPs污染源排放模式和特征。 探索 污染物的运移和循环规律，阐明 在环境体系中的变化及其影响因 素。3)

3、 POPs界面过程与跨介质环境行为研究 的生物可接近性和生物可利用性、过程及环境调控影响；界面过 程中手性POPs的对映体选择性；环境界面Ps的跨介质迁移转化机制：揭示界面条件下 POPs 的生物可接近性和生物可利用性差异；证实界面过程中手性 s的生物对映体选择性差异；阐明植物根/土壤、根/土壤溶液微界面中的跨介质迁移转化机制，研究土壤介质？特性有机 ？溶有机？对POPs跨?机制迁移转化？的影响；探索土壤/土壤溶液界面POPs的锁定机理及其对非生物 降 的影响。4) POPs污染物的生物转移、累积与放大研究新 s在生物体内的降 和代谢，重点研究高溴代PB 在生物体内 的脱溴降 ，探讨 的生物降

4、 和代谢途径；分析 在不同营养级别水 生和陆生生物中的传递与放大；研究和发展分 子同位素等技术手段用于示踪 POPs在不同生物链中的迁移过程；通过三维分子 模拟技术研究PBDEs等POPs 在生物体内与相关代谢酶的结合过程，预测 的结构与其体内代谢有效性的 定量关系；探讨溶 有机质(DOM )对水体中 Bs和 Es等 s生物有 效性的影响。5) POPs污染物的毒性机制与生态效应研究s、PFCs等新POPs与各类生物大分子之间的相互作用，探讨对靶分子结构与功能的影响，在分子水平上研究新S对生物大分子的毒性作用机制；揭示新 s在细胞中的代谢、活化和毒性效应间的关系；选择鱼类等 模式生物，研究新s

5、的毒性作用特征，尤其是对动物早期生命发育、全生命周期的生长、发育和种群繁衍等的毒性效应；开展新s污染生态环境风险评价。6) POPs降解与污染源控制技术原理研究研究我国金属冶炼过程二恶英类的排放特征，探索金属冶炼等高温过程二恶 英类产生机理、关键控制因子及阻滞机制，研究二恶英类污染物减排新技术原理。 制备新型 Ps 催化降 材料，筛选高活性与高效降 催化剂，研究 降 的途径和催化机理以及动力学规律，发展高含量 OPs废物的处理技术。二、预期目标总体目标本项目将以斯 德哥尔摩公约中规定的 种POPs和新POPs为主要目标化合 物，发展快速准确的POPs检测方法，弄清我国典型POPs的污染源、污染

6、特征、 排放模式及演变趋势，探讨其在环境和生物中的行为、在环境介质中的界面过程 动力学和毒性机制，研究我国金属冶炼等高温过程中二恶英类生成与阻滞机理， 发展纳米催化材料降 Ps技术。为我国履行斯德哥尔摩公约、正确应对和利 用绿色贸易壁垒，确保国家环境安全提供理论、方法和途径，使我国 s领域 的研究在国际上占有一席之地，提高我国 Ps研究的整体水平。五年目标1）组织参与项目的二恶英等 OPs实验室，基本查明我国 新POPs的主要污染源、 释放因子、污染特征、背景水平及演 变趋势，发展和完善 OPs的检测体系， 为履行斯德哥尔摩公约提供科学和技术支持。2） 基本阐明我国典型和新 在多介质环境中的迁

7、移转化、积累放大规 律及其毒性机制。针对典型工业过程中二恶英的排放提出适合我国国情 的POPs控制与削减技术途径。3 ）及时向国家有关决策部门提供相应的技术支持和科学评估报告。在国内外核心刊物发表论文300篇，其中SCI收录论文篇，具有重要国际影响的论文0篇，申请国家发明专利 15件，撰写 的区域污染、生物累积和控制机 理方面的专著 5部。4）培养和造就在国际环境科学相关领域较有影响的中青年专家，培养 120名博 士研究生和博士后，形成高水平的POPs研究群体。三、研究方案1）总体学术思路选择二恶英等典型物质和Es、PFOS等新污染物，以履行斯德哥 尔摩公约为国家目标，以认识s物质的环境化学行

8、为为科学目标，结合区域污染特点，依托我国现有的POPs实验室，开展分工、协作，定量阐明我国 典型区 域 Ps特别是新POPs的污染源、环境背景值、POPs的分布规律、污染特征及 演变趋势。把握研究的关键科学问题，强调分子水平 与细胞水平的机制研究、生物水平的累积机理研究、多介质界面过程和复合生态毒理效应研究、区 域尺度的迁移转化与演变趋势研究相结合。在探讨工业过程中 形成机制的基础上，发展控制与削减技术原理。综合地球科学、环境科学、生物学等交叉学科的研究优势。强调实验室内工作与野外现场测试相结合。2）技术路线选择典型Ps物质，二恶英、PBDEs、PFOS,开展下述几方面研究：1）建立高精度和

9、高准确度的仪器分析方法与快速灵敏的生物检测方法与化学计量 学方法相结合的 OPs甄别体系，描述我国二恶英、PBDEs、PFOS等主要POPs 的污染背景水平。2）通过研究关键界面过程机理及其非平衡态反应动力学，把 握其在区域环境系统中的活化钝化过程；阐明主要Ps在环境介质中形态、迁移转化规律、降机制和累积机理。3）从分子、细胞、个体等不同水平上研 究 Ps物质导致鱼类性别变异等毒性效应的机理，从分子水平探讨POPs的神 经等毒性作用机制，把握 影响区域生态环境质量和人体健康的要素。4）按 照斯德哥尔摩公约要求，为了有效控制 和削减 s物质，项目将主要研 究我国 冶金生产中二恶英等POPs的生成

10、规律；综合研究结果，提出减小Ps排放的技术导则；探索纳米技术 在POPs降 中的应用。课题一、超痕量s的快速筛查与生物分析方法研究内容：以二恶英、PCBs、PBDEs、PFCs等为研究对象，开展 4方面研究：1）建立以GC-MS, HPLC-MS/MS技术为核心的多种联用 技术；建立新 s、短链氯化石蜡（SCCPs）、PFOS等的检测方法，完善典型Ps的检测方法技术体系；2）发展以生物标志物为核心的生物分析技术；研究典型Ps与生物大分子相互作用机理，在机制研究的基础上发展用于POPs检测的生物分析技术，建 立环境中痕量POPs的快速检测方法；3）发展以多成分免疫传感分析为核心的检测新技术；研究

11、 等新 半抗 原的设计与合成方法，探索由多个半 抗原制备具有多个抗原决定基抗体的途 径，获得具有类识别能力的抗体，构筑能进行 FCs分析测定的免疫传感器；4）发展以阵列免疫传感分析为核心的检测技术；研究阵列免疫传感器进行多成分同时测定的原理与方法，探索消除阵列传感器相互干扰及传感器信号放大 的方法，构筑针对新 OPs的阵列传感器。研究目标：建立与完善 OPs分析检测方法技术体系，发展新的 Ps生物检测技 术，研制具有多种POPs分析能力的免疫传感器和阵列传感器。五年在 刊物 上发表学术论文30篇，国内核心刊物上发表学术论文30篇，申请国家发明专利 2-3项，培养研究生 0名，撰写分析方法方面的

12、专著1部。承担单位：湖南大学化学化工学院、中国科学院生？态环境研究中？心课题负责人：蔡青云 经费比例：14% 课题二、POPs区域污染现状和演变趋势 研究内容： 以二恶英、PCBs、PBDEs等为目标，以中国东部经 济发达地区为区域，开展 3 方面研究:1）经济高速发展地区污染特征：以长江下游重点城市群为代表，研究大气、土壤、河流沉积物、植被等环境介质中 的时间连续分布规律，揭示城市 化进程、经济产业结构、污染物减排等因素对区域内POPs的演变过程和发展 趋势的影响；2） 高风险区域 OPs排放及污染特征：重点研究典型 电子垃圾拆 地环境污染 及生物暴露水平，探讨这类 Ps对区域环境和食物链的

13、影响；3） 典型流域二恶英类演化历史的研究：研究典型流域内主要环境介质及河流表层沉积物中二恶英类的污染水平、分布规律和复合污染特征，研究其入海口沉积物中二恶英类垂向分布和组成分异特征，揭示其污染变化趋势与演变规律。研究目标：揭示我国经济 高速发展地区及我国环境高风险地区 Ps污染的浓度 水平、空间分布和演变规律，为履行 s国际公约、POPs污染控制和修复提供 科学决策依据。五年在 刊物上发表学术论文15篇，国内核心刊物上发表学 术论文15篇，培养研究生 名，撰写 污染迁移方面的专著1部。承担单位：国家环境分析测试中心、中国科学院大 连化学物理研究所课题负责人：黄业茹 经费比例：14%课题三、P

14、OPs的界面过程与跨介质环境行为研究内容：以PCBs、PBDEs等为主要研究对象，开展4方面的 研究：1） 界面生物降 过程与机制：主要研究水/土/植物耦合体系的界面中，POPs的 生物可接近性（lity）和生物可利用性（ity）的方式、过程及环境调控影响；2）界面过程中手性POPs的对映体选择性（）：主要研究界面过程中手性 OPs微生物降的对映体选择性差异；土壤、水生生物体内 酶降 手性 OPs的对映体差异；植物对手性 OPs吸收的对映体差异；3）植物根/土壤、根/土壤溶液微界面POPs的跨介质迁移转化机制：主要研究Ps在根/土和根/土壤溶液界面 中的赋存形态、跨介质迁移和 转化过程；POP

15、s在植物中的吸收和 降 机理；4）土壤/土壤溶液界面POPs的锁定（on）机理及其对非 生物降 行为的影响：主要研究Ps在不同土壤/土壤溶液界面的扩散、吸附与锁定行为；POPs的界面锁定对其非生物降行为的影响。研究目标：揭示微界面条 件下 的生物可接近性和生物可利用性差异；证实 界面过程中手性s的生物对映体选择性差异；阐明植物根/土壤、根/土壤溶液微界面中的跨介质迁移转化机制；探索土壤/土壤溶液界面POPs的锁定机理及其对非生物降 的影响。五年在 刊物上发表学术论文30篇，国内核心刊物上 发表学术论文30篇，培养研究生0名，撰写界面过程方面的专著1部。承担单位：浙江工业大学生物与环境学院、中国

16、科学院生态环境研究中心 课题负责人：刘维屏经费比例：16 %课题四、POPs污染物的生物转移、累积与放大研究内容：以PCBs、PBDEs为主要研究对象，开展5方面的研究：1）POPs的生物转移机制：选取代表性的 水生和陆生生物，研究在生物体内的降和代谢，重点研究高溴 代（9）在生物体内的脱溴降，通过分析鉴定 POPs的羟基（HO-）、甲氧基（MeO-）和甲磺基（MeSO2-）等代谢产物，研究POPs?的生物降 和 代谢途径； 用C、N稳定同位素技术，构建完整的食 物网，研究 在不同营养级别水 生和陆生生物中的传递与放大，获得各种 Ps化合物的生物富集和放大因 子，比较不同食物 链对不同 Ps放

17、大能力的差异以及影响因素；2）POPs的生物累积与放大：选择受s污染的典型水生和陆生生态系统，利3）POPs生物迁移过程的示踪技术研究：包括筛选能用于指示生物代谢能力的指示物（代谢标志物）；研究和发展分子同位素、手性化合物（PCBs、HBCD） 等技术手段用于示踪s在不同生物链中的迁移过程；4）POPs生物体内代谢过程的三维模拟和结构-活性相关预测：通过三维分子模 拟技术研究PBDEs等POPs在生物体内与相关代谢酶的结合过程，预测 的结构与其体内代谢有效性的定量关系；5）POPs的生物有效性及其控制因素：重点研究溶 有机质（DOM ）对水体中Bs和等POPs生物有效性的影响。研究目标：阐明在

18、典型生物体中的降 和代 谢机理，揭示在水生和陆生生态系统中食物链累积、传递规律及主 要控制因素。五年在刊物上发表学术论文30篇，国内核心刊物上发表学术论文30篇，培养研究生0名，撰写 生物累积与放大方面的专著1部。承担单位：中国科学院广州地球化学研究所、南京大学环境 学院课题负责人：麦碧娴经费比例：15.7%课题五、POPs污染物的毒性机制与生态效应研究内容：以、PFCs等为主要研究对象，开展4方面研究：与各类生物大1）分子水平的 OPs毒性机制：采用毒理基因 组学方法研究PBDEs、PFCs等OPs 的毒性效应分子机制，筛选敏感的生物效应标志物；研究分子（受体，酶，蛋白，DNA/RNA ）之

19、间的相互作用，阐明在生物体内运输转移机制，揭示引起的细胞凋亡、DNA损伤等致毒机理；2）细胞水平的毒性效应：研究新s对不同来源细胞正常结构、功能的影响，通过检测特定生物标志物含量 活性的变 化，揭示新s在细胞中的代谢、活化和毒性效应间的关系；3）个体及种群水平的影响：选择鱼类等模 式生物，研究新s的毒性作用特征，尤其是对动物早期生命发育、全生命周期的生长、发育和种群繁衍等的毒性效应，揭示新s的剂量-效应关系及致 毒机制；4）环境水平的毒性评价：针对典型污染 区域，利用特定生物 标志物，从分子、细胞、个体及种群水平上研究新 OPs对代表性物种的毒理学效应，开展新P s污染生态环境风险评价。研究目

20、标：从不同水平上研究新 s的毒性效应与致毒机制，着重探讨新 OPs 污染对代表性物种生殖繁衍的影响，为我国新 Ps污染生态风险评价提供科学 依据。五年内在 I刊物上发表学术论文 篇，国内核心刊物上发表学术论文 30篇，培养研究生 0名，撰写毒理效应方面的专著1部。承担单位：中国科学院生 态环境研究中心、北京师范大学 环境学院课题负责人：江桂斌经费比例：21.3%课题六、POPs降解与污染源控制技术原理研究研究内容：以二恶英的控 制和削减为目 标，开展 4方面研究：1）通过对我国典 型钢铁冶炼、再生有色金属企业二恶英类排放污染现状的调查,认识二恶英类在我国金属冶炼过程的排放特征，结合行业现状和典

21、型案例分析，归纳总结二恶英类排放因子，科学评估金属冶炼行业二恶英类的排放量；2) 研究金属冶炼等高温过程二恶英类产生及阻滞机制，开发二恶英类减排新技 术。通过系统表征飞灰的催化特性和反应模拟研究，揭示飞灰热处理过程中DD/Fs分途径及催化机理；通过在飞灰中添加少量助剂,原位形成具有 催化活性的物种强化 D/Fs的分过程，发展催化强化的低温飞灰安全处 置技术原理；3) 制备形貌可控、性能稳定的大表面积新型材料，研制 降 的高效催化剂； 研究纳米材料特性对降 OPs 活性的影响规律以及降 机理；筛选高活性 的持久性有机物脱卤和降 材料，发展处理高含 量POPs废物处理技术。4) 在研究重点行业的

22、污染控制技术的基础上，探讨关键Ps控制技术在重点行业的应用规范，提出 控制和削减的技术对策。研究目标：认识我国冶金行业二恶英类up-pop放特征及排放因子。通过实际 监测和典型案例分析，提出我国冶金 行业UP-POPs排放量及对生态环境的影响。 提出适合国情的up-pops亏染源减排技术，上述研究结果将对行业推行减排 的环境保护政策提供基础。开发处理新技术，为经济、高效削减Ps奠定技术基础。五年在刊物上发表学术论文15篇，国内核心刊物上发表学术论文15篇。培养研究生 5名。承担单位：中国科学院生态环境研究中心、中国科学院大连化学物理研究所 课题负责人：郑明辉经费比例： 19%四、年度计划研究内

23、容预期目标总项目和各课题分别制定详细的确定项目的详？细研究计划和？研究计划和方案，组织可行性论 证，方案；建立 完善典？型POPs及？落实课题任务；我国新s生产和其生物代谢物？的仪器分析方？法和使用资料的收集和整理；落实研究区生物分析？方法；建立 完善手？性域，完成研究设计和室内实验准备；POPs的?仪器分析方法？，揭示POPs第开始生态风险评价模式，成立?的微界面迁移？转化行为；初步了项目专家委员会和项目办公室。PO?Ps在环境生？物体内的降 ？和代谢机理，完善DOM的？化方 法，为进一步研究？生物有效性的？年影响奠定基础？；获得 量的细？ 胞、模型动物为模？拟实验 下基？ 础获得PO?Ps

24、的部分毒？性剂量- 效应关系据？；初步了冶金？行 业飞灰分 ？的动力学和热？力学规 律。完成科技论文？35-45篇。研究内容预期目标组织实施我国典型区域二恶英和建立和完善典？型 POPs的？新s的污染现状调查；完成电子HPLC-MS/MS 及生物检？测方法；垃圾处置区域样品的布点采样任务；建立几种典型？ POPs的免?疫传感完善的HPLC-MS/MS分析方分析技？术；获取典型区域？电子法研究在Ps生物检测方面取得垃圾拆？卸地新POP?s的污染特征突破；完成各实验的阶段性工作。总? ； 了POPs?在不同基质上？的吸第结前期工作。附规律，揭示POPs?的生物有效性?;构建水生/陆生体系的食？物链

25、，二初步阐明PO？Ps在食物传？递过程 中的生？物富集及传递？；确认典型年PO？Ps在模型动？物的主要代谢？过 程，揭示POPs？在细胞中的代？谢、 活化和效应的？关系；获得行业二 恶？英排放的分析？测试据，初步 了飞灰？热处理过程中？二恶英的 分？途径及催化机？理。完成科技 论文？60-65篇，专利2-3项。研究内容预期目标给出我国典型区域二恶英获得我国典型？区域典型PO?Ps和PBDEs与PFOS的污染背景 据，的污染背？景据形成？研究报向国家有关部门呈送研究报告;完成告； 续完善典型？ POPs的生?物时空分布的 据测定工作；完分析技术 ？应用于头际环?境样品成金属冶炼行业二恶英排放因子的分析；明确影响土壤？吸附POPs?第研究；在POPs复合污染机制方面取和降的关键？因素；阐明pops？在得重要进展。不同食物链？的降与代谢？机理，三初步了溶？有机质与水？体颗粒物对P?