中文摘要：

环境微界面过程与污染控制原理是当前环境化学的研究热点之一，而迄今较少涉及生物体表面的微界面行为。植物根、叶、果实微米级表面是一类典型的生物微界面，对植物吸收、积累、转化环境中有机污染物起关键作用，而其微纳结构-吸附行为-传输通道之间关系尚待研究。本项目旨在探明典型植物微界面的微纳结构与其吸收有机污染物传输通道之间的构-效关系及调控机制。利用显微技术原位表征典型植物的根、叶面、果实的表面微形貌和结构特征，建立植物微界面过程的实验装置；研究极性和非极性有机污染物在植物微界面(死体和活体)上的吸附行为、机理及其影响因素；重点研究不同存在状态的有机污染物(气态、液滴、颗粒态)在植物微界面上的传输通道及调控机制，建立植物表面微结构-吸附-跨膜传输的构-效关系。预期成果将为准确预测植物吸收积累有机污染物、调控植物微界面以实现有机污染环境绿色修复和阻控农产品污染提供理论依据和技术支撑。

结论摘要：

项目用SEM、FTIR、NMR等手段表征了典型植物角质层的组成及结构特征，研究了HOCs在不同植物角质层及组分上的吸附作用及影响因素，定量计算了蜡质、角质、角碳和多糖等的相对贡献率，建立了角质层吸附HOCs的构-效关系和组分吸附模型；探讨了HOCs在植物角质层上的非稳态渗透行为、分布特征及影响因素；利用双光子激光共聚焦显微技术首次原位观测到植物角质层的HOCs传输通道，提出了其中聚酯组分形成吸附HOCs的“有机泵”新观点；同时，调查了植物叶面角质层中多环芳烃(PAHs)的浓度水平和分布特征与其表面微结构之间的关系。主要创新点如下(1)探明了植物角质层组分与有机污染物相互作用的构-效关系及影响因素，解决了“脂肪碳”和“芳香碳”对吸附起决定作用不一致的争论。“脂肪碳”和“芳香碳”对有机污染物都具有较强的吸附能力，但其吸附作用受吸附性能最弱的糖类组分调控。糖类的包裹作用，角质层中芳香碳与有机污染物的接触受限，其吸附贡献可忽略，脂肪碳是含糖角质层组分的主要吸附介质。酸解脱糖后，角质层的吸附性能显著提高，主要是由于芳香碳暴露出来并控制吸附作用。建立了植物角质层的结构-吸附模型。(2)阐明了有机污染物在植物角质层上的跨膜过程及作用机制，建立了“三区”逐级扩散模型。发现角质层内扩散的动力不是通常认为的角质层两端溶液的浓度差，也不是角质层内外侧上吸附态溶质的浓度差，不适用费克定律；根据角质层组分的吸附特征和跨膜现象，提出了表面蜡质→正角质层→角化层的“三区”逐级扩散模型，其决速步骤是正角质层→角化层界面上的扩散。HOC在角质层上的传输具有可逆性，角质层内出现HOC从低浓度向高浓度的“主动运输”假象。(3)利用双光子激光共聚焦扫描电镜，直接观测了角质层的组分逐层分布和污染物菲在植物角质层中的分布情况，发现有机污染物在植物叶片表面呈不均匀分布，形成吸附通道；同时污染物的最大浓度位置出现在角质层中的聚酯组分，提出了角质层聚酯组分是HOCs强的吸附场，对有机污染物起到“有机吸附泵”的作用。完成论文10篇，其中7篇发表SCI刊物上；获得授权国家发明专利2件，2项成果获浙江省科学技术一等奖(排名第2)、教育部科学技术一等奖(排名第3)；参加9次国内/国际学术交流。培养研究生4人，其中1人获浙江省优秀硕士学位论文、1人获教育部优秀学术新人奖。项目已各项指标。