生物化学与分子生物学-第十一章第五节 多氯联苯类
多氯联苯的生物降解探究
1 引言生物降解是指有机化合物在生物所分泌的各种酶的催化作用下，通过氧化、还原、水解、脱氢、脱卤、芳烃羟基化和异构化等一系列的生物化学反应，使复杂的有机化学物转化为简单的有机物质。
多氯联苯（polychlorinated biphenyls,简称PCBs）通过废物排放、储油罐泄露和干、湿沉降等过程进入环境中，并通过植物和水生生物进入食物链。
孙红斌刘亚云陈桂珠微生物降解多氯联苯的研究进展[J]。
Chinese Journal of Ecology生态学杂志. 2006 ,25 (12) :1564～1569。
因其高度持久性、半挥发性、生物积累性、亲脂憎水性、长距离迁移性和高毒性, 被列入优先污染物POPs 的首批行动计划名单。
PCBs 即使在极低浓度下也可对人的生殖、内分泌、神经和免疫系统造成不利影响。
对PCBs 污染的修复方法主要包括:高温处理、化学降解、利用紫外光降解和生物降解,其中生物降解法PCB污染的生物修复费用低,降解彻底,不造成二次污染,被认为是最有前景的手段[2] Abramowicz D A. Aerobic and anaerobic biodegradation of PCBs:a review [J]. Crit. Rev. Biotechnol., 1990,10(3):241-251。
2 PCBs的生物降解PCBs根据降解所用的主体可分为微生物降解、植物降解、植物- 微生物联合降解和土壤- 动物联合降解等。
2.1 PCBs 的微生物降解微生物降解PCBs 有2 种方式,一种是无机化,即在好氧或厌氧条件下以PCBs 为碳源或能源,降解的同时满足自身的生长和繁殖的需要;另一种是共代谢,即微生物生长代、谢过程中以另外一种基质作为碳源或能源,同时转化目标污染物[16 ] 。
[ 16 ] Borjia J , Taleon DM , Auresenia J , et al . 2005. Polychlorinatedbiphenyls and their biodegradation [J ] . Process Biochem. , 40 1999～2013.:PCBs 的微生物降解包括厌氧降解和好氧降解。
微生物降解多氯联苯的研究进展
（一）好氧降解作用
好氧生物降解包括两种方式，一种是矿化， 一种是共代谢。大部分氯取代的联苯只能通 过共代谢的方式被转化。
好氧过程能将5个氯以下低氯含量的PCBs 氧化为氯代苯甲酸，但很难降解高氯含量的 PCBs。
1.共代谢降解PCBs 的微生物类群
到现在为止，人们已经在无色杆菌属、不动杆菌属、 产碱杆菌属、节杆菌属、假单胞菌属、白腐菌属中发 现能够降解氯代芳烃的菌株。 主要的好氧降解菌有伯克霍尔德氏菌，红球菌，粪产 碱假单胞菌，真养产碱杆菌，不动杆菌，节杆菌，耐 寒假单胞菌，产碱杆菌等等。PCB降解真菌主要是白 腐真菌 ，还有一些丝状真菌和酵母 。
（三）好氧-厌氧协同作用
美国EPA曾在Gary（美国印地安那州一 城市）利用好氧一厌氧联合降解方法对一特 殊试验场底泥中的PCBs进行降解，在加入 采自市政污水处理厂的厌氧污泥后再引入好 氧降解菌，然后定期翻耕。经过4-9个月的 培养，初始浓度为500mg/kg和140mg/kg的 PCBs同系物分别降解了75%和25% 。
（一）多氯联苯的性质
多氯联苯是一类人工合成的持久性有机 污染物，因而具有持久性有机污染物的基 本特性，即持久性，生物累积性，长距离 大气传输性，毒性。
（二） 多氯联苯的来源
在环境中无已知的PCBs天然来源，而环境中 PCBs总含量的99%以上都存在于土壤中。土壤中
PCBs主要来源于大气中吸附PCBs颗粒物的沉降，
微生物降解多氯联苯的研究进展
主要内容
多氯联 苯简介 微生物对多 氯联苯的降解
好 厌 氧 协 同 作 用
存在问 题及展望
性 质
污 来 染 源 状 况
好 氧 降 解
厌 氧 降 解
多 氯 联 苯 简 介
多氯联苯_PPT课件
多氯联苯
1.多氯联苯的中毒事件
1968年，日本米糠油中毒事件 多氯联苯对人的危害最典型的例子是日本1968年
米糠油中毒事件。受害者食用被 PCB污染的米糠油 （每公斤米糠油含 PCB2000～3000毫克）而中毒。 病人有下列症状：痤疮样皮疹,眼睑浮肿和眼分泌物增 多,皮肤、粘膜色素沉着，黄疸，四肢麻木，胃肠道功 能紊乱等。到1978年底为止，日本28个县（包括东京 都、京都府、大阪府）正式确认了1684名病人为PCB 中毒患者;在1977年前死于此症的有30多人。
废弃的管理 ：
（1）掩埋法 （2）微生物去除法 （3）焚烧法 （4）化学法 （5）物理法 （6）植物根际修复法
7.国家标准
1.中国职业接触限值 (GBZ 2—2002)
2.环境标准
中国(GB 9674—88)
中国(GB 9674—88)
地表水环境质 8.0×10-5 量标准(I、II、mg/L III类水域特 定值)
4.污染来源
PCB是人工合成的有机物,在工业上 用作热载体、绝缘油和润滑油等。使用 PCB的工厂排出的废弃物,是PCB污染的 主要来源。如美国、日本等每年生产的 PCB只有20～30％是在使用中消耗掉,其 余70～80％排入环境。
5.多氯联苯的检测方法
1.现场应急监测方法
便携式气相色谱法
2.实验室监测方法
危险特性：遇明火、高热可燃。与氧化剂可发生反应。受高热分解放出有毒的 气体。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。
多氯联苯的特性与危害环境保护对外合作中心
生殖毒性
PCBs
神经毒性
干扰内分泌系统
致癌性
➢ 国际癌症研究中心已将多氯联苯列为人体致癌物质
➢ 致癌性影响代表了多氯联苯存在于人体内达到一定浓 度后的主要毒性影响
生殖毒性
➢人类精子数量减少、精子畸型的人数增加
➢人类女性的不孕现象明显上升
➢有的动物生育能力减弱
神经毒性
➢ 脑损伤 ➢ 抑制脑细胞合成 ➢ 发育迟缓 ➢ 降低智商
黑色树脂样
增加 100～1000µg/L
互溶于合成树脂
遇明火、高热可燃受高热 分解，放出有毒的气体 CO、CO2、HCl
（二）PCBs的特性
➢化学稳定性 ➢低蒸汽压 ➢抗热 ➢不可燃 ➢低电导率 ➢难生物降解 ➢脂溶性
（三）PCBs的危害
人类
多氯联 苯的人
特性
含多氯联 生物毒性等 多 氯 联 苯
（二）POPs的特性及危害
➢生物毒性 ➢持久性 ➢ 生物累积性 ➢迁移性
POPs的生物累积性
亲脂憎水性 生物脂肪组织内 通过食物链放大
人体
二、多氯联苯的特性及危害
（一）多氯联苯的分子结构
Polychlorinated biphenyls,PCBs
C12H10-XClX X 为H或Cl
209种
三氯联苯(PCB3，AR-1242) 四氯联苯(PCB4，AR-1248) 五氯联苯(PCB5，AR-1254) 六氯联苯(PCB6，AR-1260)
-19 ~ -15 -8 ~ -5
8~12
29~33
沸程（℃）
325~360 340~375 365~39
385~420
蒸气压（kPa，35℃） 0.133×10-3 0.493×10-4 0.799×10-4 －
多氯联苯概述
多氯联苯概述摘要：多氯联苯具有高毒、难降解、强脂溶和生物累计等特性，被联合国列为第一批持久性有机污染物，本文就多氯联苯的性质、来源、分布及迁移转化、化学转化和国内外的最新研究进展等方面进行了探讨和研究。
关键词：多氯联苯；性质；来源分布；化学转化1多氯联苯简介多氯联苯(PCBs)是广泛存在于环境中的持续性有机污染物,它是以联苯为原料在金属催化剂作用下,高温氯化合成的氯代联苯同系物与商业混合物的混合体系。
PCB 的分子式为C l2H10-m-n Cl m+n(m+n<10),根据氯原子取代数目和取代位置的不同,PCB共有209种同系物。
Mills等对它们进行了编号,从1-209,其中,大概有180种PCB的同系物是以混合物的形式存在【1】。
图1 多氯联苯的分子结构1.1多氯联苯的物理性质根据氯原子取代数目的不同,PCBs的存在状态从流动的油状液体至白色结晶固体或非结晶性树脂,并具有有机氯的气味。
PCBs的Mr在188.7～498.7之间,比重为1.4～1.5 (30℃),密度为1.44g/cm3（30℃），沸点340～375℃。
PCB极易溶解于非极性的有机溶剂和生物油脂, PCBs在水中的溶解度极小,25 ℃的Sw为0.01～0.0001 ug/L,并且Sw值随着氯化程度的增加而减小。
1.2多氯联苯的化学性质PCBs遇高热分解放出有毒的烟气,甚至分解为毒性更大的物质。
它的化学性质稳定,但遇到紫外光会发生反应,能与强氧化剂反应。
Arodorl254不能与强氧化剂共存,它能够攻击一些塑料、橡胶以及涂料等,具有耐热、抗氧化的性质以及耐强酸强碱的攻击等特点【1】。
1.3多氯联苯的环境特性1.3.1长期残留性也称为持久性,PCBs由于化学性质极其稳定,耐热性极强,对于自然条件下生物代谢、光分解、化学降解等都具有很强的抵抗能力,一旦其排放进环境中便会长久存在,且一般条件很难将其分解。
1.3.2生物蓄积性PCBs具有低水溶性且高脂溶性的特点,因而能在脂肪中进行生物蓄积,从而导致其从周围媒介中富集到生物体内,并且通过食物链的生物放大作用在食物链的高营养级达到中毒浓度。
多氯联苯(氯化联苯)的理化性质及危险特性表
标识
别名：氯化联苯
UN编号：2315
英文名：Polychlorinated biphenyls
危险化学品编号：61062
分子式：无资料
分子量：无资料
CAS号：1336-36-3
理化性质
外观与性状
流动的油状液体或白色结晶固体或非结晶性树脂。
熔点（℃）
无资料
相对密度(水=1)
毒性及健康危害
毒性பைடு நூலகம்
LD50：1900mg／kg(小鼠经口)
健康危害
本品为高毒性化合物。有致癌作用。长期接触能引起肝脏损害和痤疮样皮炎。使用本品而同时接触四氯化碳，则增加肝损害作用。中毒症状有恶心、呕吐、体重减轻、腹痛、水肿、黄疸等。
燃烧爆炸危险性
燃爆危险
无资料
危险特性
遇明火、高热可燃。受高热分解，放出有毒的烟气。
灭火方法
泡沫、二氧化碳、干粉、砂土。
有害分解产物
一氧化碳、二氧化碳、氯化氢。
急救措施
①皮肤接触：用肥皂水及清水彻底冲洗。就医。
②眼睛接触：拉开眼睑，用流动清水冲洗15分钟。就医。
③吸入：脱离现场至空气新鲜处。就医。
④食入：误服者，饮适量温水，催吐。洗胃。就医。
泄漏处置
隔离泄漏污染区，周围设警告标志，建议应急处理人员戴自给式呼吸器，穿化学防护服。不要直接接触泄漏物，用砂土吸收，铲入提桶，倒至空旷地方深埋。被污染地面用肥皂或洗涤剂刷洗，经稀释的污水放入废水系统。如果大量泄漏，回收。
储运注意事项
储存注意事项：
储存于阴凉、通风仓间内。远离火种、热源。专人保管。保持容器密封。应与氧化剂、食用化工原料分开存放。不能与粮食、食物、种子、饲料、各种日用品混装、混运。操作现场不得吸烟、饮水、进食。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。分装和搬运作业要注意个人防护。
多氯联苯的环境毒理学
多氯联苯的环境毒理学多氯联苯（Ｐｏｌｙｃｈｏｒｉｎａｔｅｄｂｉｐｈｅｎｙｌｓ，ＰＣＢｓ）是一组人工合成的工业化学品，目前环境中尚未发现自然来源的ＰＣＢｓ。
ＰＣＢｓ是人类自己发明制造出来的化合物, 其最主要也最直接的污染源就是来自工业生产过程中的使用: (1) 含ＰＣＢｓ工业废水废渣的排放; (2) 含ＰＣＢｓ的工业液体的渗漏; (3) 从密封存放点渗漏或在垃圾场堆放沥滤; (4) 由于焚化含ＰＣＢｓ的物质而释放到大气中; (5) 增塑剂中的ＰＣＢｓ的挥发。
ＰＣＢｓ被排入外界后，进入大气的ＰＣＢｓ少量经反应后消失，大部分经由雨水冲洗和湿沉降作用进入水体和土壤。
水体中的ＰＣＢｓ可挥发进入大气，也可沉积进入土壤。
土壤中的PCBS少量可挥发进入大气，大部分被生物降解或被吸附。
一般河流水体中ＰＣＢｓ浓度较低, 而沉积物中含量较高。
ＰＣＢｓ通过生物吸收进入生态系统,通过生物放大作用累积在食物链中高营养级生物的体内使其受到毒害。
进入人体后，ＰＣＢｓ最先储存在肝脏，其次是脂肪组织，在人血清、血浆、母乳及头发中也可检测到。
尽管ＰＣＢｓ在环境中具有很高的持留性和生物蓄积性，但在生物体内仍可缓慢转化，其在人体的半衰期大约１－１０年。
一般来说，ＰＣＢｓ首先与芳烃受体（ＡｈＲ）结合代谢为芳烃氧化物中间体，然后，经两个主要途径代谢为两种重要的产物，即经巯基尿酸途径形成甲磺基多氯联苯，或羟基化形成羟基多氯联苯。
其中，以羟基化代谢产物为主，其在人血清中的含量超过ＰＣＢｓ的１０％。
ＰＣＢｓ可以通过水体中生物食物链的富集作用，在鱼类体内浓度累积到几万甚至几十万倍，通过食物链进入人体后，对人体有很强的毒害作用，毒性主要表现为：影响皮肤、神经、肝脏，破坏钙的代谢，导致骨骼、牙齿的损害，并有慢性致癌和致遗传变异等的可能性。
ＰＣＢｓ混合物能表现出环境雌激素作用，这些类雌激素环境污染物的暴露, 对人类健康尤其是人类的生殖周期以及生殖功能都有不利的影响，在ＰＣＢｓ的代谢产物中经常会发现轻基化ＰＣＢｓ存在, 而后者可能会因邻位取代而与雌激素受体有效地结合其结构特征反应具有一定的环境雌激素作用，羟基多氯联苯是多种亚型的酚类硫酸基转移酶的抑制剂和底物，可以强烈抑制人雌激素硫酸基转移酶对雌激素的硫酸基结合反应，即雌激素灭活作用，这可能是ＰＣＢｓ具有拟雌激素作用的机制之一。
多氯联苯
11
用途、 PCDDs） 用途、产量和特征（PCDDs）
多氯代二苯并-P-二恶英，一般可简写为PCDDs，其结构式为：
二恶英是利用1，2，4，5-四氯代苯生产2，3，5-三氯代酚过 程的副产品。
12
用途、 PCDDs） 用途、产量和特征（PCDDs）
13
用途、 PCDDs） 用途、多氯代二苯并多氯代二苯并-P-二恶英
(Polychlorinated dibenzo-P-dioxins) （PCDDs） PCDDs）
多氯代二苯并- 二恶英属于有机氯化合物， 75种氯代化合 多氯代二苯并-P-二恶英属于有机氯化合物，由75种氯代化合 物组成，从单氯代二苯并- 二恶英到多氯代二苯并- 二恶英。 物组成，从单氯代二苯并-P-二恶英到多氯代二苯并-p-二恶英。 毒性和危害最大： 一四氯代二并-P-二恶英 毒性和危害最大：2,3,7,8一四氯代二并 二恶英 一四氯代二并 二恶英(TCDD)。 。 1973年国际环境卫生科学研究会议开始注意二恶英的环境危 1973 年国际环境卫生科学研究会议开始注意二恶英的环境危 害和行为。 害和行为。
7
产品、 OCs） 产品、用途和特征（PCBs 、OCs）
1939年 Paul、Muller发现了有机氯农药 DDT的高效杀虫 发现了有机氯农药DDT 1939 年 ， Paul、Muller 发现了有机氯农药 DDT 的高效杀虫 力。 （九年以后，Muller获得了诺贝尔奖） 九年以后，Muller获得了诺贝尔奖） 获得了诺贝尔奖 DDT包含大约80% P,P′ DDT和 20% O,P′ DDT。 DDT包含大约80%的P,P′-DDT和l5~20%的O,P′-DDT。 包含大约80 1942年发明了高效农药高丙体六六六 ( Londane)， 1942 年发明了高效农药高丙体六六六( Londane)， 六氯代苯 年发明了高效农药高丙体六六六 HCH)的 一同分异构体。 (HCH)的γ一同分异构体。 1945年发明了氯丹 Chlordane)。 年发明了氯丹( 1945年发明了氯丹(Chlordane)。
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活化SPE柱：1mL二氯甲烷2次，1mL甲醇、1mL超 纯水2次润洗C18柱
萃取：样品过SPE柱，超纯水冲洗，真空干燥20min， 再用1mL正己烷洗脱3次，1mL二氯甲烷-正己烷 混合液（20:80，v/v）洗脱，洗脱液经无水 Na2SO4 干燥，再经C18柱，收集洗脱液。
浓缩：40 ℃下氮气浓缩至100 µL
• 测定：SIM模式下进行GC-MS分析
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2. 样品处理和测定
提取：1±0.05g样品中，加15mL正己烷-乙酸乙酯 （1:1，v:v），漩涡30s，超声10min，4000r/min， 取上层有机相，重复萃取1次，合并有机相。提 取液旋转蒸发至干，用2mL正己烷洗涤鸡心瓶， 重复操作2次，洗涤液转入具塞玻璃离心管中
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4. 仪器参考条件 色谱条件：
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(二)血液中羟基多氯联苯的 气相色谱-质谱法测定
1. 原理
• 提取和净化：血样经正己烷-乙酸乙酯（1:1，v/v） 提取，H2SO4去脂类，KOH反萃取法
• 衍生化：以双（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺-三甲 基氯硅烷（BSTFA-TMCS，99:1，v/v）为衍生剂 对羟基多氯联苯进行硅烷化衍生
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去蛋白剂的比例对7种PCBs回收率的影响
方法一:1ｍL5%Na2SO4、500μL乙腈和500μL1-丙醇/水(85∶15) 方法二:1ｍL5%Na2SO4、500μＬ乙腈和1ｍL1-丙醇/水(85∶15) 方法三:1ｍL5%Na2SO4、1ｍL乙腈和500μL1-丙醇/水(85∶15) 方法四:总1ｍ目L录5%Na2S下O页4、1ｍL乙退腈出和返1回ｍ一L1种-丙人醇血/水浆(中85多∶氯15联) 苯测定方法的建立
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2. 样品处理和测定
去蛋白：1mL血浆加入带聚四氟乙烯盖的玻璃瓶 中，依次加1mL5% Na2SO4，1mL乙腈和1mL1丙醇-水（85:15， v/v ），超声20min后， 3000r/min离心10min
• 去蛋白剂的比例选择很关键：干扰蛋白和被分 析物之间的相互作用，影响回收率
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第五节 多氯联苯
多氯联苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)：又称氯
化联苯，以联苯为核心，连有1~10个氯原子组成，
其通式是C12H10-nCln。
分类（按氯取代的个数）：
PCB3，PCB4
PCB5，PCB6
Bibenzene 联苯
PCB7，PCB8 PCB9，PCB10
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去脂类：加3mL浓H2SO4，振摇充分，2000r/min离 心10min，正己烷层移至分液漏斗中，向H2SO4 层加5mL正己烷，重复操作一次，合并正己烷 层于分液漏斗中。
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反萃取：加10mL0.5mol/LKOH溶液，振荡，静置 分层后，水层转移至分液漏斗中，向正己烷层
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生物转化：形成甲磺基多氯联苯；形成羟基多氯联苯
• PCBs取代氯原子多于6个和对位氯取代的同系物难 羟基化，长半衰期；
• 羟基多氯联苯持留性，部分长期存在血液中，部分 与葡萄糖醛酸或硫酸盐结合，结合物水溶性增加， 随胆汁排泄；部分与血浆蛋白质结合或分布在脂肪 组织中。
• 单羟基多氯联苯或环氧化中间产物→多羟基多氯联 苯，动物实验，双羟基多氯联苯占整个多氯联苯代 谢产物80%以上。
作服，洗净手，臂，面部
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四、多氯联苯及羟基多氯联苯的测定
(一)血浆中多氯联苯的气相色谱法测定
1. 原理 5%Na2SO4，乙腈和1-丙醇-水（85:15，v/v）超声
提取人血浆中的PCBs，固相萃取后，86%二甲基聚 硅氧烷气相色谱柱分离，电子捕获器检测，标准曲 线法定量。
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用途：绝缘介质、增塑剂、石蜡扩充剂，黏合剂等 广泛应用于电力工业，塑料加工业，化工和印刷等 吸收途径: 以气溶胶和蒸气态存在PCBs，经胃肠道， 呼吸系统和皮肤等吸收。 分布：持久稳固的环境毒物，各组织，以脂肪和肝 脏中含量最多。脂肪组织中PCBs含量反映环境持 久性污染物机体内暴露水平。
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加10mL0.5mol/LKOH溶液，重复操作一次，合 并KOH层
正己烷萃取，干燥：KOH层加4mL5.0mol/LHCl，
调至酸性，加5mL正己烷，充分振荡，静置分
层，正己烷层过无水Na2SO4柱，再加入5mL正 己烷，重复干燥。
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浓缩：氮气浓吹干
衍生化：残留物中加100µL衍生试剂（BSTFATMCS），60℃下衍生40min，于氮气流下吹干， 加1mL正己烷溶解后上机分析。
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一、理化特性
• 状态：随着氯化程度加大，从无色油状液体逐 渐转变成黑色膏状物
• 沸点：340~375℃ • 气味：特殊浓烈气味 • 溶解性：难溶于水，在水中溶解度随氯化程度
增加而减小；易溶于油脂。 • 稳定性：化学惰性，抗热性，不可燃性
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二、代谢和生物监测指标
净化：浓缩液加浓硫酸去除酯类，离心后，取正己 烷层进样分析。
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3. 仪器参考条件 – 氰丙基（14%）-二甲基聚硅氧烷（86%）色谱柱： (60m×0.32mm, 0.25m) 中等极性 – 进样口温度：280℃；检测器温度：300 ℃ – 柱温升温程序：50℃ ，以10℃ /min升至200 ℃ ； 以2℃ /min升至240 ℃； 以5 ℃ /min升至250 ℃， 保持4min ，以10 ℃ /min升至270 ℃，保持10min 。 – N2：2mL/min – 进样量：1µL
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Hale Waihona Puke 退出 返回总目录 下页
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监测指标: • 血液中多氯联苯原型 • 多氯联苯的羟基化代谢产物 • 生物机体内暴露生物标志物，用于评价多氯 联苯所产生毒理学效应
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三、样品收集及保存 • 采集静脉血1mL，肝素抗凝，混匀。若非肝素抗
凝，则静置后分离出血浆，置于冰箱内保存。 – 采血前避免污染：工人脱离生产场所，换下工