全氟化合物的生物富集效应研究进展
摘要：研究污染物的生物富集效应，对于预测污染物在生物体内的含量、建立环境标准以及评估污染物的生态风险具有重要的意义。结合近年来国内外报道的有关全氟化合物（PFCs）的生物浓缩因子（BCF）、生物富集因子（BAF）等参数，对PFCs的生物富集效应及其影响因素进行了综述。研究结果表明，氟代碳原子数高于7的PFCs一般在生物体或食物链（网）上具有生物富集效应，而氟代碳原子数低于7的PFCs的生物富集效应较低。
关键词：全氟化合物；生物富集效应；食物链放大能力；影响因素
全氟化合物（perfluorinated compounds,PFCs）具有良好的表面活性和很高的化学稳定性，并具有疏油、疏水特性，被广泛应用于纺织、造纸、包装、农药、地毯、皮革、地板打磨、电镀、灭火泡沫和洗发香波等领域；其中，全氟辛磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）是两种最主要的PFCs。1970-2002年全球PFCs生产量达96000t，1970-2011年全球PFOS估计排放量约为450~2700t。PFCs的大量使用，使得它们已经成为一类全球性污染物，甚至在偏远的极地地区都检测到这种污染物的存在。毒理试验表明，PFCs具有肝脏毒性、生殖毒性、发育毒性、免疫毒性、内分泌干扰作用和潜在的致癌性。PFCs在环境中具有很高的稳定性，很难被热、光、微生物及高等生物降解，并且可以在生物体内富集和沿食物链放大，使得高生态位的生物体内PFCs达到很高的含量，最终对生态系统和人类产生毒害作用。
一、PFCs的生物富集效应
生物富集（bioaccumulation）是指生物从环境介质（水、土壤、沉积物和大气等）和食物中摄取污染物，使得生物体内污染物的含量超过环境介质中该污染物含量的过程。水生生物仅从水中而非食物途径富集污染物的过程称为生物浓缩（bioconcentration）。污染物在生物体内的富集能力通常可以用生物浓缩因子（BCF）和生物富集因子（BAF）等参数来评估。
PFCs在生物体内被广泛检出，然而，对PFCs在生物体内的生物富集能力研究得很少。Martin等在实验室条件下测试了虹鳟鱼对全氟辛酸（PFOA）、全氟癸酸（PFDA）等PFCs的生物富集能力，结果表明：PFDoA和PFTA具有生物富集效应（BCF>5000）；PFDA也可能具有生物富集效应（BCF>2000）；而虹鳟鱼对PFOA、PFDA和PFHxS的生物富集能力不大（BCF<10）（表1）。从表1还可以看出，氟代碳原子数低于7的PFCs没有生物富集效应，野生生物体内很少检测到这些化合物也验证了这一结论；然而，高于7的全氟羧酸具有显著的生物富集效应，且生物对全氟羧酸的生物富集能力与其碳链长度（氟代碳原子数）有关，碳链长度越长，其生物富集能力越大。
Houde等、Kannan等测试了几种无脊椎动物、鱼类、爬行动物（乌龟）和哺乳动物（海豚）等水生生物体内的PFCs含量，同时测定了水中PFCs的含量。根据这些数据，计算出PFCs的BAF值经对数转化后如图1所示。从图1可以看出，除PFOA外，哺乳动物、爬行动物和某些鱼类等高生态位的水生生物对其他PFCs（PFNA、PFDA、PFUA、PFDoA和PFOS）的BFA值高于5000，即这些生物对PFCs具有显著的生物富集效应。从图1还可以看出，野生生物对PFCs的生物富集能力随化合物的种类和生物种类的不同而不同，对于同一种化合物，哺乳动物和爬行动物等高生态位生物的生物富集能力明显高于无脊椎动物和鱼类的生物富集能力。应该指出，由于BAF数据有限，特别是爬行动物和哺乳动物只包括一种生物，这种结论还有待于进一步验证。
二、PFCs沿食物链（网）的生物放大效应
生物放大（biomagnification）是指生物通过摄食，导致捕食者体内污染物高于被捕食者体内该污染物的含量的过程。污染物沿食物链的生物放大效应可以用生物放大因子（BMF）衡量，而沿食物链（网）的生物放大能力可以用营养级放大因子（TMFs）来评估。当BMF或TMFs大于1时，表明该污染物在食物链（网）上具有生物放大效应。研究发现，高生态位的生物PFCs的含量显著高于低生态位的生物，表明PFCs在生物体内存在生物放大效应。然而，对于PFCs的BMFs值报道不多。海洋鸟类对PFCs 的生物放大能力可能高于哺乳动物（图2）。
PFCs在食物网上的生物富集能力研究得较少，且主要集中于海洋食物网，淡水食物网仅有一篇报道。表2列出了这些文献中报道的TMF值。从表2可以看出，大多数PFCs在食物网上都具有不同程度的生物放大效应。此外，在同一食物网上，相同氟代碳原子数的全氟磺酸（例如PFOS）的生物放大能力要高于全氟酸（例如PFOA）；对于全氟酸，随着氟代碳原子的增多，其在食物网上的生物放大能力有增大的趋势。
有些研究在测定生物体内PFCs含量时，同时测定了多溴联苯醚（PBDEs）、多氯联苯（PCBs）等其他持久性有机污染物（POPs）的含量，从而可以比较PFCs和这些POPs在相同生物体内或食物链（网上）的生物富集能力。结果表明，除PFOS在极地食物网上的生物放大能力和PCBs相近外，其他大部分PFCs在食物网上的生物放大能力都低于PCBs、Mirex和DDTs，但高于PBDEs和HCHs。以上研究结果表明，不同生物对不同种类POPs的生物富集能力不同，但总的说来，PFOS在食物网上的生物放大能力和PCBs等相近，其他PFCs的生物放大能力要低于PCBs，但高于PBDEs。
三、影响PFCs生物富集的因素
影响PFCs生物富集的因素很多，其中PFCs的理化性质（碳链长度、碳链末端基团类型和是否含有支链等）、生物的种类及其生理生化参数（体长、体重和性别等）、环境条件（生态系统的组成、水温和污染物含量等）是最主要的影响因素。
PFCs通常具有4~13个氟代碳原子，由于不同碳链长度的PFCs在生物体内的排出能力、与蛋白质的结合能力以及在环境介质中（如水中颗粒相和溶解相）的分配行为不同，这些PFCs在生物体内的富集能力也不同。研究表明，PFCs碳链长度越长，其生物富集能力通常越大；但当氟代碳原子个数超过11时，其生物富集能力反而下降，可能是由于这些PFAs的分子体积较大，很难通过生物体的细胞膜，从而降低了这些化合物的生物富集能力。
四、结论与展望
尽管对PFCs的生物富集效应研究不多，但现有的研究表明，高于7个氟代碳原子的PFCs在生物体具有生物富集效应，而低于7个氟代碳原子的PFCs的生物富集效应很低。PFCs的理化性质（碳链长度、碳链末端基团类型和是否含有支链等）、生物的种类及其生理生化参数（体长、体重和性别等）、环境条件（生态系统的组成、水温和污染物含量等）等因素都影响这些污染物在生物体内的富集和食物链上的传递。综观当前研究成果，PFCs在食物链（网）上生物放大效应研究主要集中于极地地区海洋食物链，应加强其他区域（特别是典型污染区域）、各种类型食物链（如淡水食物链和陆生食物链）上PFCs的生物富集效应研究，全面评估PFCs的生态风险。由于PFCs的理化性质不同于其他传统憎水性POPs，影响憎水性POPs生物富集的因素（如化合物的水—正辛醇分配系数、生物体内的分配、代谢以及暴露途径等）可能不完全适合PFCs，应加强PFCs生物富集的影响因素研究，评估这些污染物的生态风险，从而制定相应的控制措施。
往期文章
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本文主要内容来自于：有删减，吴江平1,2，管运涛1,2*，李明远1,2，靳军涛1,2，MakotoYoshijima2,3，张锡辉1,2
1.清华大学深圳研究生院环境工程与管理研究中心，广东深圳518055；2.清华大学中日环境技术与教育联合研究中心，广东深圳518055；3.京都大学城市与环境工程系，日本京都615-8540
中图分类号：X171.5文献标识码：A文章编号：1674-5906（2010）05-1246-07
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