《Environmental Pollution》：Prioritizing alkylated and oxygenated PAHs over PAHs in freshwater organisms: Evidence from a Chinese freshwater lake
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本研究系统评估了巢湖水体中79种多环芳烃（PACs）的生物积累及食物链传递特征，发现烷基化PAHs（Alk-PAHs）显著增强生物积累，甲基化可能提升萘、菲等优先PAHs的生物可利用性。稳定同位素分析表明，部分PACs的放大因子（TMFs）达2.1，且与2010年调查相比，优先PAHs的食物链传递模式由以稀释为主转向更多出现放大趋势，凸显监测PAH衍生物的紧迫性。
王珊珊|何鹏鹏|梁洋洋|张雪梅|严云志|袁子娇|方婷|夏宇恒|吴晓国
中国安徽省普通师范学院生态与环境学院水与土壤污染控制与修复工程实验室，芜湖，安徽，241002
摘要
尽管多环芳烃（PAHs）的生物累积作用已得到广泛研究，但关于其在淡水食物网中的营养级转移机制仍无共识。更重要的是，关于PAH衍生物的生物累积和营养级转移的数据仍然稀缺。为了填补这一知识空白，本研究对中国巢湖中的19种水生生物体内的79种多环芳烃化合物（PACs）进行了定量分析，这些化合物包括PAHs、烷基化PAHs（Alk-PAHs）、氧化PAHs（OPAHs）和杂环芳烃（HAHs）。PACs的总浓度范围为2.2至47 ng g-1（湿重）（中位数：15 ng g-1）。值得注意的是，与湖底沉积物不同，烷基化PAHs在生物体内成为主要成分，显示出较强的生物累积能力。生物-沉积物累积因子（BSAF）进一步表明，甲基化作用可能增强了蒽、菲、苯并[a]蒽和苯并[c]蒽的生物可利用性和生物累积性。此外，生长过程中饮食和代谢的变化似乎也影响了C. alburnus、H. molitrix和C. carpio体内烷基化PAHs的负荷。PACs的营养级放大因子（TMFs）范围为0.50至2.1。与2010年的调查数据相比，优先监测的PAHs的营养级转移模式发生了变化，从以生物稀释为主转变为TMFs > 1的情况更为常见。重要的是，几种PAH衍生物（包括二苯并噻吩、2-甲基萘、1,4-二甲基萘、1,5-二甲基萘、2-甲基苯并[c]蒽、9,10-蒽醌、9-氟蒽和6,8-二甲基苯并[a]蒽）的TMFs高于其相应的母体PAHs或类似物，这突显了加强这些物质监测的必要性。
引言
多环芳烃化合物（PACs）至少含有两个融合的苯环，包括母体多环芳烃（Par-PAHs）、烷基化PAHs（Alk-PAHs）、氧化PAHs（OPAHs）和杂环芳烃（HAHs）。这些化合物主要来源于化石燃料、热解过程以及有机材料的不完全燃烧（Qadeer等人，2019年）。一些PACs具有致癌性、致畸性和致突变性（Liu等人，2023年），因此美国环保署在1976年将16种PAHs列为优先污染物（Pri-PAHs）。然而，仅关注Pri-PAHs会忽略PACs的更广泛毒性，因为其他Par-PAHs和PAH衍生物可能在环境中达到更高的浓度，表现出更高的毒性和更大的生物累积潜力（Li等人，2023年；Wassenaar和Verbruggen，2021年；Xu等人，2023b年）。
在水生生物中，PACs会引起一系列有害效应，包括生殖紊乱（Xu等人，2023a年）、肿瘤诱导（Straif等人，2005年）、氧化应激（Yazdani，2020年）和基因毒性（Mai等人，2024年）。由于其疏水性和持久性，PACs可以在水生生物体内积累，并可能通过食物网对更高级的营养级产生长期影响（Liu等人，2023年）。因此，了解PACs的生物累积和营养级动态对于评估其环境命运和风险至关重要。然而，关于它们在水生食物网中的营养级转移机制尚无共识。观察到PAHs既有营养级放大也有稀释现象，且同一生态系统内不同PACs之间的模式可能存在差异（Han等人，2022年；Qadeer等人，2019年；Wan等人，2007年；Wang等人，2012年；Wang等人，2025年；Zhang等人，2015年）。例如，在北部湾，萘（Nap）、氟蒽（Fla）和菲（Phe）表现出生物放大效应，而芘（Pyr）、氟（Flo）、苊（Ace）和苊烯（Acy）则经历了生物稀释（Wang等人，2025年）。相比之下，在中国南海的珊瑚礁生态系统中，Ace、Acy、Flo、Fla和Pyr表现出营养级放大效应，而蒽（Ant）、荧蒽（Chr）和苯并[k]氟蒽（BkF）则表现出营养级稀释效应（Han等人，2022年）。此外，不同生态系统中个别PAHs的营养级转移情况也有所不同。例如，在滇山水库和莱州湾，菲表现出生物稀释效应，但在辽东湾和黄海的小须鲸体内则表现出生物放大效应（Liu等人，2023年；Qadeer等人，2019年；Tian等人，2023年）。同样，萘在北部湾表现出营养级放大效应，但在渤海则没有这种趋势（Wan等人，2007年；Wang等人，2025年）。这些相互矛盾的发现突显了当前对PAHs营养级动态理解上的重大空白。此外，全面监测水生生物体内的PAH衍生物对于扩展PACs的优先监测名单至关重要。然而，目前关于它们在淡水生物体内的生物累积和营养级转移的知识仍然有限。据我们所知，尚未有研究基于物种的营养级来量化Alk-PAHs、OPAHs和HAHs在水生食物网中的营养级动态。
巢湖是中国第五大淡水湖，位于长江下游。由于大量市政和工业排放，该湖遭受了严重的PAC污染和生态系统退化（He等人，2020年）。为了减轻环境破坏并恢复渔业资源，2020年1月实施了为期十年的禁渔令。商业捕鱼可能会通过改变关键种群结构、生物量分布和捕食者-猎物关系来掩盖PACs的自然营养级转移过程。因此，禁渔令减少了因捕捞造成的食物网干扰，使我们能够将观察到的模式主要归因于自然生物累积过程。本研究旨在（1）评估巢湖水生食物网中PACs（包括24种Par-PAHs、50种Alk-PAHs、3种OPAHs和2种HAHs）的残留水平和组成；（2）探讨影响PACs生物累积的因素；（3）利用稳定碳和氮同位素评估它们的营养级转移。研究结果将为了解PAHs、Alk-PAHs、OPAHs和HAHs在淡水食物网中的生物累积和营养级动态提供宝贵见解。
样本采集与分析
2023年11月，在生物多样性调查期间从巢湖采集了水生生物样本（图S1）。使用拖网捕获了两种虾类和十七种鱼类。水生生物的详细生理特征见支持信息（SI，表S1）。使用我们之前建立的方法（Wang等人，2024年），通过Agilent 8890-5977C GC-MS仪器定量分析了79种PACs。目标PACs的缩写列在SI文本S1中。
水生生物体内的PACs浓度
巢湖水生生物体内的PACs浓度如图1所示。各PACs的浓度见表S2和图S2。所有PACs浓度均呈非正态分布，以中位数和四分位数范围（IQR）表示。生物体内PACs的总浓度范围为2.2至47 ng g-1（湿重），中位数为15 ng g-1。Alk-PAHs的总浓度[中位数（IQR）为8.1 ng g-1（9.9 ng g-1），Par-PAHs的总浓度[中位数（IQR）为5.3 ng g-1（10 ng g-1）。
结论
本研究全面调查了巢湖中PAHs及其衍生物（Alk-PAHs、OPAHs和HAHs）的存在、生物累积和营养级转移情况。烷基化PAHs在生物体内占主导地位，其次是Par-PAHs、OPAHs和HAHs。几种二甲基化PAHs（包括1,12-DMBcPhe、1,4-DMNap和9,10-DMAnt）是生物体内最丰富的烷基化PAHs。此外，β-取代异构体（2-MNap和2-MPhe）相对于α-取代异构体的优势进一步表明...
研究伦理批准
本研究已获得安徽师范学院的伦理批准，如需可提供批准证明。
作者贡献声明
袁子娇：研究、资金获取、数据分析。方婷：研究。夏宇恒：研究、资金获取。吴晓国：写作——审稿与编辑、监督、项目管理、方法学、资金获取、概念构思。何鹏鹏：方法学、研究、数据分析。梁洋洋：研究、资金获取。张雪梅：软件支持、研究。严云志：研究。王珊珊：写作——初稿撰写、方法学设计。
未引用参考文献
Wang等人，2025年；Xu等人，2023年；Zhang等人，2022年。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（42207283、42002183）、安徽省自然科学基金（2108085QD160、2108085Y15）、中国大学生创新创业培训计划（S202410370311）以及安徽省重点水域水生生物监测项目（ZF2022-18-0399）的支持。同时，我们也感谢自然资源部第三海洋研究所在碳相关研究中的支持。
